海上長管道起浮、對接、沉放施工工藝探討

馬文龍 付海興

【摘要】本文根據(jù)煙臺市套子灣污水處理廠尾水深海排放管道工程施工情況對海上長管道施工存在的問題進行分析總結(jié)，以便在后續(xù)類似工程施工過程中減少不必要的損失，提高施工效率。

【關(guān)鍵詞】海上長管道;拖運;定位;注水沉放;排水起浮;水上水下對接

1.引言

煙臺市套子灣污水處理廠尾水深海排放管道工程位于山東省煙臺市芝罘島北側(cè)，該工程設(shè)計為深海排放管道鋪設(shè)，合同開工日期為2017年1月1日，竣工日期為2019年10月15日，目前該項目已投入使用。本工程施工地點為海上，海上自然環(huán)境變化復(fù)雜，風(fēng)浪及漲落潮對海上長管道拖運、定位、沉放、起浮、對接影響較大，如何保證海上長管道穩(wěn)定、保證施工安全和質(zhì)量滿足要求是本文研究的重點內(nèi)容。

2.工程概況

本工程設(shè)計排海管道總長944m，分兩道鋪設(shè)，詳見下圖（圖1），其中一段管道與原有老管道相接，由G4（長225m）和G5（長30m，包括2個135°轉(zhuǎn)角）組成;并排的新建管道分4節(jié)加工：第一節(jié)管道（G1）長220m，第二節(jié)管道（G2）長220m，第三節(jié)管道（G3）長236m，第四節(jié)（G6）長7.4m。G1和G3在管道對接側(cè)頂面設(shè)置一個人孔備用，G2在兩個管道端頭頂面各設(shè)置一個人孔，人孔用于管道海上分段對接時安放封堵氣囊用。計劃將管道G1、G2、G4先行沉放在施工海域，最后將G3加工完成后浮拖到現(xiàn)場，在海上與起浮后的管道（G1、G2、G4）對接后整體沉放安裝。沉放完畢后，G5、G6管道用甲板駁運送至現(xiàn)場，在水下完成對接。

3.工藝流程及操作要點

3.1工藝流程

施工準(zhǔn)備→管道起浮→拖運定位→管道海上對接→管道注水沉放→水下管段對接→管道與連接井的連接。

3.2操作要點

3.2.1施工準(zhǔn)備

本方案實施前，管道G1、G2、G4已經(jīng)分別沉放于現(xiàn)場。提前查詢最近3天氣象情況，確定合適的鋼管起浮時間段。潛水員提前探摸管道沉放狀態(tài)，確保管道兩端外露。1#定位船運載空壓機和50t履帶吊航行至管道臨時存放區(qū)就位，2#定位船定位于管道設(shè)計軸線上的里程L0+440m處。提前1天在管道路由每隔100m放置一個浮漂，用于管道沉放時對標(biāo)。

3.2.2管道起浮

潛水員沿管道浮漂下潛至管道打氣孔端，螺栓連接打氣管，同時打開管道尾部的兩個DN150的排水閥，潛水員撤離管道起浮區(qū)域。打氣管另一端連接1#定位船上的8m3空壓機，空壓機向管道內(nèi)打氣，使管道緩慢起浮。3節(jié)管道依次起浮，按G4→G2的順序由拖輪拖至2#定位船處，傍靠在2#定位船的一側(cè)。G1最后起浮，1#定位船挪動至L0+220處，拖輪直接將G1管道拖至1#定位船處。

3.2.3拖運定位

1#定位船行駛至里程L0+220處定位于管道安裝軸線一側(cè)，兩艘拖輪將管道G1拖運至沉放軸線上方，沒有人孔的一端通過鋼絲繩連接陸上挖掘機，另一端用定位駁的錨機固定于船邊。管道G2一端拖拽至1#定位船，另一端錨固在2#定位船上。完成G1和G2的對接后，挪動兩艘定位船對接G3和G4。

3.2.4管道海上對接

管道海上對接以G1和G2管段對接為例：通過1#定位船上50t履帶吊轉(zhuǎn)動管道使直徑1m的人孔正面朝上，擰開封堵盲板的螺栓，船上50t履帶吊將盲板吊到船上。然后吊車配合人工將直徑1.6m的封堵氣囊塞入人孔，通過空壓機將氣囊充氣封堵管道端頭，然后吊機配合潛水員移開管道端頭的封堵盲板。

三節(jié)管道按照上述方法依次完成封堵氣囊和封堵盲板的轉(zhuǎn)換后，先進行G1和G2的海上對接，用拖輪頂推G2管道使G1和G2的法蘭盤靠緊，然后調(diào)整法蘭盤螺栓的螺栓孔對齊，潛水員依次擰緊對接螺栓。管道對接完成后氣囊放氣后抽出封堵氣囊，安裝人孔上的封堵盲板。

接好G1和G2管段后，定位船挪到G2和G3管道接頭處，進行G2和G3管段的對接。

3.2.5管道注水沉放

三節(jié)管道對接完成以后，兩艘定位船分別定位于L0+220m和L0+550m處，用船上錨機牽引管道，岸上1臺300挖掘機配合控制管道端頭位置，形成3點定位，確保管道端頭能與連接井順利對接。通過對標(biāo)預(yù)先放置的浮漂調(diào)整管道位置處于設(shè)計軸線上，并通過岸上全站儀精確調(diào)整管道沉放位置。定位完成后，打開G1靠岸側(cè)的2個進水閥，同時打開G3海側(cè)的1個水上排氣閥，排氣閥連接氣管引至拖輪上，控制管道注水速度，使其在定位船一側(cè)精確下沉至管道溝槽內(nèi)。因為G3管道尾端帶有25根擴散支管，需要在支管兩側(cè)的底端支架上捆綁浮漂，保證擴散管豎直朝上。鴨嘴閥處封堵盲板，管道整體沉放后在水下安裝鴨嘴閥及尾部G6沖洗蓋門。

G4管段沉放措施：676m管道沉放完成后潛水員在管道西側(cè)安裝定位浮漂，G4管道沉放時兩艘定位船要配合岸上挖掘機及全站儀精確定位，并參照定位浮漂調(diào)整管道，防止G4管道與新建676m管道碰撞。管道下沉過程中通過兩艘定位船上的4臺錨機和岸上挖掘機共同控制管道軸線，防治管道移位。因為管道下沉至基槽后便無法調(diào)整管道位置，所以全站儀觀測出現(xiàn)管道偏離軸線狀況時，第一時間關(guān)閉尾部排氣閥，在進水端連接打氣管起浮管道，再次調(diào)整沉放。

3.2.6水下管道對接

水下管道對接包括尾部鴨嘴閥安裝、G6管段對接和G5管段對接。鴨嘴閥和G6管道均有50t履帶吊吊裝下放，水下潛水員對接。

G4與老管道通過G5連接，老管道對接處有一個鋼套箱，內(nèi)部填充的水下混凝土，對接前需要先進行水下鋼套箱切割和混凝土破碎，露出原管道的預(yù)留法蘭盤;G4安裝完畢后，精確測量G4端頭與老管道預(yù)留法蘭盤的相對距離和相對高度。新建G4管段與舊管道通過G5管道連接，G5管道根據(jù)測量數(shù)據(jù)在鋼管加工場內(nèi)加工成30m長的伸縮管，伸縮管由一個15mDN1600鋼管和一個15mDN1700鋼套管組成，兩個變截面管道之間通過一個固定法蘭盤和一個活套法蘭盤連接，兩個法蘭盤之間通過定制橡膠圈止水，活套法蘭通過抱箍松緊。通過G5的伸縮裝置調(diào)整管道長度，在加工場焊接兩個轉(zhuǎn)彎接頭解決管道高差問題，船上兩臺吊機輔助潛水員水下操作對接兩處法蘭。G5管道中間位置用挖泥船開挖一個深坑，G5安裝前潛水員用高壓水槍沖刷兩個管道接頭底部泥沙，露出法蘭盤底部螺栓孔，便于潛水員上緊底部螺栓。

3.2.7管道與連接井的連接

制作兩根并排的4.13m的DN1600鋼管，伸縮節(jié)與連接井外壁之間可活動量為40cm，另一側(cè)法蘭盤用于連接海上管道。伸縮鋼管，在工藝實施前推進連接井內(nèi)，法蘭端位于里程L0+7.6m處。海上并排管道端頭在L0+8m處下放，然后通過挖掘機將伸縮鋼管拖出連接井，與海上管道對接（海側(cè)管道端頭綁扎泡沫浮鼓支墊處空隙，岸側(cè)伸縮節(jié)用挖掘機吊起，擰緊下部螺栓后，下放在基槽內(nèi)）。根據(jù)A型鋼套管圖集做法：連接井內(nèi)壁預(yù)留的DN1660鋼套與和伸縮鋼管之間填充石棉水泥、油麻、擋圈。

4.實踐中的經(jīng)驗和教訓(xùn)

4.1關(guān)注氣象，降低自然環(huán)境影響

本工程為海上施工，長管道在海上對接、沉放要求精度高，施工時受風(fēng)浪、潮流影響較大。為降低自然環(huán)境影響，需提前關(guān)注施工海區(qū)氣象，選擇連續(xù)3天以上風(fēng)平浪靜的日期進行管道起浮對接，將現(xiàn)場風(fēng)浪影響降至最低;選擇平流時間段對接，保證管道對接時的平穩(wěn);同時增加管道周邊警戒船，確保管道海上對接安全。

4.2制定合理的施工順序，提高施工效率

海上管道施工為危險性較大工程，需要提前制定合理的施工順序，配備性能匹配的船機，才能確保施工安全，提高施工效率。本工程管道共6節(jié)，分兩道鋪設(shè)。根據(jù)計劃，先將管道G1、G2、G4沉放在施工海域，再將加工完成的G3浮拖至現(xiàn)場，最后將管道G1、G2、G4起浮與管道G3對接后整體沉放安裝。沉放完畢后，G5、G6管道用甲板駁運送至現(xiàn)場，在水下完成對接。

5.結(jié)語

海上管道施工涉及的工序多，影響因素也多，其施工質(zhì)量主要依靠施工前期策劃和施工過程控制，因此，施工人員必須全面詳細地熟悉整個施工工藝流程，通過施工前確定質(zhì)量控制目標(biāo)和檢驗標(biāo)準(zhǔn)，施工中嚴格落實操作要求，不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，從而達到預(yù)期的質(zhì)量控制目標(biāo)，為各道工序的施工提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)和良好的基礎(chǔ)。通過該工程的施工，我公司形成了一套較為成熟的海上管道拖運、定位、沉放、起浮、水上水下對接等施工工藝，并取得了較好的施工效果，為以后類似施工提供借鑒。

參考文獻

[1] 江正榮編著.建筑施工計算手冊（第二版）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 單祖輝主編.材料力學(xué)教程（二）.北京：國防工業(yè)出版社，2016.

（作者單位：中交一航局第二工程有限公司）

【中圖分類號】TU992.3

【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】1671-3362（2020）02-0070-02