長距離排海管道設(shè)計

黃璟

摘 要：隨著海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略上升為國家戰(zhàn)略，沿海城市的經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)加快步伐，為避免污水排海對環(huán)境和漁業(yè)的影響，合理利用海洋的自凈能力，長距離排海管道越加普遍，本工程以東吳漿紙基地尾水排海工程為例，介紹了最新的海上管道敷設(shè)方法，對長距離海上管道的設(shè)計有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：排海管 鋪管船 沖槽埋管

1.引言

社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一個不可逆轉(zhuǎn)的必然趨勢，要滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，又要充分考慮水環(huán)境的承受能力，同時對水資源進(jìn)行切實可行有效的保護(hù)，使水資源得以持續(xù)利用，支持社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。這就要求我們必須首先對工業(yè)園區(qū)污水進(jìn)行處理，進(jìn)而實現(xiàn)綜合治理，改善我們的水環(huán)境和生活環(huán)境，并使水資源可持續(xù)利用，以滿足經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。因此，長距離尾水排放工程已成為經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急，是改善開發(fā)區(qū)環(huán)境狀況，進(jìn)一步提高生活質(zhì)量，建設(shè)優(yōu)美的人居環(huán)境、投資環(huán)境和旅游環(huán)境的迫切需求。

2.工程概況

海域段尾水排海管道入海點位于莆田市秀嶼區(qū)文甲碼頭的東北側(cè)約1km處，山柄東北側(cè)。尾水經(jīng)陸域管道和提升泵站進(jìn)入高位井后，再通過海域段排放管輸送至擬定排放口進(jìn)行排放，排放口位于入海點東南側(cè)約12.4km的海域。具體位置如下圖所示。

根據(jù)本項目水量的分析預(yù)測，東吳漿紙基地尾水排海工程和環(huán)湄洲灣北岸尾水排放工程近期（2020年）設(shè)計排水總量為25萬m3/d，其中東吳漿紙線近期排水量為20萬m3/d，環(huán)湄洲灣線近期排水量為5萬m3/d；遠(yuǎn)期（2030年）設(shè)計排水總量為100萬m3/ d，其中東吳漿紙線遠(yuǎn)期排水量為40萬m3/d，環(huán)湄洲灣線遠(yuǎn)期排水量為60萬m3/d

3.建設(shè)條件

本工程海域段尾水排放管道路由總長約12.4km，其中灘地高程在平均低潮位-2.22m以上的山體和灘涂段長度約100m，海底高程為-2.22m～-10.0m段長度約300m，海底高程為-10.0m ～-18.2m段約為12000m。海上主要為淤泥層，管道路由沿線存在航道，通航要求管道覆土厚不小于2m。

4.排海管道施工可行性方案分析

4.1管道施工方法比選

目前國內(nèi)沿江沿海新建的發(fā)電廠取排水管道、污水處理廠污水排海管道，很多都采用埋管法、頂管法建造，已有豐富的成功施工經(jīng)驗。

4.1.1架管法

架管法即管道在陸地上制作，采用水上鉆孔制樁或打樁，并安裝橫梁，管道架設(shè)于橫梁上的方法來完成管道鋪設(shè)。

水上打樁、構(gòu)件安裝及管道安裝等工序復(fù)雜，受海上風(fēng)浪影響大，施工難度較大。海上施工環(huán)節(jié)多，風(fēng)險相對加大。漲落潮對承臺處的海床沖淤影響較大，可能造成局部沖刷?；A(chǔ)為樁基承臺，受海床沖淤變化影響小。海域段管道均高于原海床面，對航運有影響。樁基施工對周邊環(huán)境有影響，但程度有限。施工工期較長，造價較高。

4.1.2開槽埋管法

開槽埋管法為管道在陸地上制作并連接成一定長度，同時在水下挖土形成溝槽，再在槽溝中敷設(shè)排海管，最后回填土。海底管溝開挖方法有預(yù)開槽法和后開槽法。

（1）預(yù)開溝法

預(yù)開溝法是利用水面（挖泥船機）或海底設(shè)備（開溝犁）在管道鋪設(shè)前，按照預(yù)定路線事先在海底形成管溝的方法。水面機械開挖管溝，常使用各類挖泥機（船）完成，作業(yè)水深一般小于20m。各種型號的開溝犁，適用于不同水深和不同海底地質(zhì)條件，但價格比較昂貴。

（2）后開溝法

后開溝法是在已鋪設(shè)的管道上，利用噴射水流、氣舉水流、鉸刀等將管道下方和周圍的土壤切削、沖刷、液化和擾動，通過水力（氣）噴射和排泥設(shè)備將土壤（或泥漿）揚棄或排出，在管道周圍及下方形成管溝，使管道隨即下臥在形成的管溝中。根據(jù)挖溝的形式又可分為：沖射法、土壤液化法、后開溝犁法、機械開溝法。目前較為常用的為沖射法，由于其施工費用低、施工速度快，目前長距離海底小管徑管線溝槽開挖多采用該方法實施。隨著近幾年技術(shù)的革新，該方法目前可用于管徑最大可達(dá)到DN1400的管道工程。

海上鋪管、成槽工藝成熟，受風(fēng)浪影響相對較小，施工難度小。施工過程主要受風(fēng)浪影響，風(fēng)險較小。管道埋設(shè)于海床下，工程對海床沖刷無影響。管道埋深較淺，淤積對工程無影響，沖刷對工程不利，須采取防沖措施。管道埋設(shè)于泥面以下，僅擴(kuò)散段有上升管和噴頭出露，對航運影響有限。施工工期短、造價低。

4.1.3 頂管法

頂管法施工技術(shù)如下所述：先在管道設(shè)計路線上施工一定數(shù)量的頂管工作井，當(dāng)作一段頂管的起點和終點，工作井的一面或兩面?zhèn)缺谠O(shè)有圓孔作業(yè)預(yù)制管節(jié)的出口與入口。頂管出口孔壁對面?zhèn)葔槌袎罕?，其上安裝液壓千斤頂和承壓墊板。千斤頂將帶有切口和開挖裝置的工具管（平衡式頂管機）頂出工作井出口孔壁，然后以工具管為先導(dǎo)，將預(yù)制管節(jié)按設(shè)計軸線逐節(jié)頂入土層。

施工工藝成熟，海上段基本在泥面以下推進(jìn)，施工基本不受風(fēng)浪影響，本工程海上頂進(jìn)長度較長，須設(shè)置3～4個海上工作井和海上工作平臺，施工難度較大。本項目管線長度較長，頂進(jìn)過程中不確定因素較多，長距離頂進(jìn)成功案例較少，施工風(fēng)險較大。管道埋設(shè)于海床下，工程對海床沖刷無影響。管道埋深較深，較小的沖淤變化基本不會對管道造成影響。管道埋設(shè)于泥面以下，僅擴(kuò)散段有上升管和噴頭出露，對航運影響有限。施工時對周邊無影響。施工工程長，造價高。

4.1.4沉管法

混凝土管沉管法是用浮運、沉放預(yù)制管段來建造水底隧道的一種工法。設(shè)計時，將擬建隧道的水底部分分成若干節(jié)管節(jié)。管節(jié)先在干塢內(nèi)制作成型、兩端封閉，浮運至隧道位置。然后使其下沉預(yù)先浚挖好的基槽中就位、對接，進(jìn)行管底基礎(chǔ)處理、回填覆蓋。如此逐節(jié)進(jìn)行直到完成沉管段施工。

管道的海上浮運、沉放、成槽工藝成熟，沉放過程受風(fēng)浪影響較大，并接管節(jié)的拼裝需要在水下中進(jìn)行，工程實施難度相對加大。施工過程主要受風(fēng)浪影響，風(fēng)險較小。管道埋設(shè)于海床下，工程對海床沖刷無影響。管道埋深較淺，淤積對工程無影響，沖刷對工程不利，須采取防沖措施。管道埋設(shè)于泥面以下，僅擴(kuò)散段有上升管和噴頭出露，對航運影響有限。海底溝槽開挖對周邊水環(huán)境影響較大。施工工期較短，造價較低。

綜上比選，考慮本項目海域段管道較長，并綜合分析本項目當(dāng)?shù)睾Ｓ蝻L(fēng)、浪、潮、海灘地形和地質(zhì)情況，推薦采用開槽埋管法進(jìn)行施工。

4.2管道敷設(shè)方法比選

本工程排放管海域段入?？谖挥跓煻丈降陌安?，陸上施工作業(yè)場地條件較差，且場地較小，不適宜進(jìn)行大量的陸域作業(yè)；且陸域運輸僅靠北側(cè)的一條簡易道路，長管節(jié)的鋼管運輸極其困難。因此，若漂浮鋪設(shè)法和牽引鋪設(shè)法進(jìn)行敷設(shè)管道，將存在工程投資較大、工程難度較高、施工工期較長等劣勢。而鋪管船鋪設(shè)法的施工作業(yè)場地均在鋪管船上，陸域無需設(shè)置作業(yè)區(qū)。因此，本工程海域段管道敷設(shè)推薦采用鋪管船鋪設(shè)法。

4.3管道開槽方法比選

本工程管道路由沿線海床表層以淤泥土為主，沖射后開溝槽法相對預(yù)開挖溝槽法相比，土方開挖量大大減少，且施工費用低、施工速度快，但其沖槽深度有限（目前國內(nèi)沖槽設(shè)備海底最大開槽深約2.7米）。海域段管道直徑為1400mm，因此，海底開槽深度應(yīng)至少達(dá)到3.4m。為盡量減少海上土方開挖，節(jié)省工程施工費用，縮短施工工期，本工程海域段管道開槽推薦采用預(yù)開溝法與沖射后開溝槽法相結(jié)合的方法，即將管道路由上方約1m厚的土方采用挖泥船進(jìn)行疏浚，然后敷管，最后采用埋設(shè)機進(jìn)行沖槽埋管至設(shè)計標(biāo)高。

5.結(jié)語

隨著工業(yè)蓬勃發(fā)展，人口增加，工業(yè)廢水河生活污水不斷增加。為避免污水排海對環(huán)境和漁業(yè)的影響，合理利用海洋的自凈能力，長距離排海管道越加普遍，傳統(tǒng)開槽埋管作為常見的海上鋪管方法，施工工期長，土方開挖量大，而沖槽埋管法將開槽及管道敷設(shè)的工序結(jié)合，從而減短工期，減少造價。本工程以東吳漿紙基地尾水排海工程為例，介紹了最新的海上管道敷設(shè)方法，對長距離海上管道的設(shè)計有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]污水海洋處置技術(shù)指南[J].中國環(huán)境科學(xué)出版社，1995.