耙吸挖泥船注水敷設艏吹水上管線創(chuàng)新實踐

程海勇，蒲迪陽，王付耀

（中交上海航道局有限公司，上海 200002）

1 工程概況

尼日利亞萊基港疏浚吹填工程需先吹填出一個人工沙灘潛堤通道，供防波堤施工單位的履帶吊機上下潛堤進行預制塊安裝施工。擬采用耙吸挖泥船從航道取砂然后進行艏吹形成沙灘至潛堤北端的通道，吹填量45 萬m3左右。潛堤通道位置如圖1 所示。

圖1 人工沙灘潛堤通道

根據(jù)現(xiàn)場管線儲備，耙吸挖泥船進行人工沙灘潛堤通道艏吹施工，需要采用浮管、沉江管和岸管串聯(lián)組裝的配置方案。各類管線配置如表1所示。

表1 艏吹管線配置方案

2 傳統(tǒng)的水上管線敷設工藝

傳統(tǒng)上，國內(nèi)敷設水上管線必須利用專用錨艇進行水上浮管、沉管的連接和定位下沉施工。具體工藝流程是，先將沉江管沿海岸線組裝連接成一條計劃長度的管線，完成后在兩端加裝封門板，使其泌水達到在水中浮起的效果；再由挖機推至水中使其浮起，或者直接用拖輪將在其他地方組裝好的管線從水上拖帶至現(xiàn)場；最后由錨艇將沉江管拖帶至預定位置，拆除兩端封門板，自動灌水完成下沉安放，并在需要連接浮管的一端（端點站）預留啟吊點。浮管組裝完成后，高潮位時利用挖機把管線推下水使其浮起（如從其他工地水上調(diào)遣至本工地則無此步驟），然后利用錨艇把浮管拖帶至預定位置，固定好后把浮管與沉江管連接的一端拖帶至端點站，利用錨艇將沉江管和浮管連接，使其成為一個整體。水上管線拼裝完成后，連接岸管并延伸至指定吹填位置，從而完成整個吹填管線的敷設。

3 無專用錨艇敷設水上管線新工藝

在海外，特別是非洲市場，船舶資源相當匱乏，周邊市場上很難找到能滿足水上組裝管線的專用錨艇。從國內(nèi)調(diào)遣錨艇將花費大筆的海運費、清關費以及返遣的各項費用等，且需要較長的運輸時間，對緊急施工項目的成本和進度控制都有嚴重的影響。

如果考慮不使用錨艇進行管線敷設施工，就無法在水上進行管線拼接，那么在陸上組裝并盡量減少水上的相關施工操作便是唯一選擇。因此，擬在陸上一次性組裝好沉江管、浮管和耙吸船吹填所需要的雄頭，然后由小型拖輪拖帶管線至目標位置固定，最后由耙吸挖泥船連接雄頭灌注清水完成沉管下沉固定。

采用陸上一次性拼接全部沉江管、浮管和雄頭的施工工藝，需要對其技術可行性進行分析，并對該優(yōu)化方案實施時可能遇到的問題提前采取一定的預防措施，保證其順利實施。存在的主要問題和解決措施如下：

1）把所有需要的水上管線一次性拼接好然后整體拖帶，使管線單次拖帶的長度達到960 m 左右，在風、水流和大西洋涌浪的影響下，管線下水時拖帶阻力較大。針對這一問題，采用兩艘1 000 kW 左右的輔助船舶同時進行拖帶，在管線的雄頭端和距離雄頭端200 m 左右的位置處分別設置兩根牽引鋼絲由兩艘輔助船舶共同拖帶，以保證拖力能抵抗風、流和浪的阻力，順利將管線拖帶至目標位置。

2）在將拼接好的管線拖帶至目標位置的過程中，可能會有海水在波浪作用下從雄頭口進入管線內(nèi)部造成沉江管在拖帶過程中下沉，使管線不能到達目標位置。針對這一問題，在雄頭管口處包裹了防水布（圖2），包裹防水布需要用鐵絲扎緊，并需多綁扎幾道，防止在拖帶過程中斷裂進水，同時也要考慮方便管線拖帶到指定位置后的拆除。

圖2 雄頭包裹防水布

3）單次拖帶較長段的水上管線定位，在風和水流的作用下易造成水上管線彎曲較大，影響水上管線的有效長度，造成雄頭不能到達目標區(qū)域；另外海床坡度也易造成水上管線有效長度損失，在海床坡度較大的施工區(qū)域也應按照實際坡長長度結合經(jīng)驗系數(shù)計算管線組裝長度，不過本工程所處海域經(jīng)過水深測量分析，坡度較緩，暫不用考慮海床坡度對有效長度的影響（已包含在經(jīng)驗系數(shù)）。針對這一問題，采取利用挖機控制管線下水的節(jié)奏，使已經(jīng)下水的管線保證一定張力的措施；另外，在進行管線拼接時適當增加沉江管的長度，考慮一定的冗余長度。實際長度和有效長度對比如圖3 所示。

圖3 管線實際和有效長度對比

4）采用優(yōu)化的管線施工方案需要解決浮管錨的拋設問題。經(jīng)過調(diào)查，當?shù)赜心軌蜻M行起錨拋錨的小型輔助船舶。經(jīng)過比選，選擇了當?shù)匾凰揖邆淦鸬鹾蛼佸^功能的多功能船（圖4）。相對而言，具備拋錨能力的輔助船舶較易尋得。

圖4 BOSKALIS 的多功能船

5）管線被拖輪拖帶至水中時受拉過大易造成法蘭連接處撕裂。針對這一問題，主要采取以下解決措施：①在進行沉江管和浮管組裝時，挑選較新的管線，并認真檢查管線法蘭處有無變形和損傷，必要時進行管線厚度測量；②必須采用符合要求的和法蘭螺孔直徑相對應的螺絲進行法蘭對接組裝；③在管線下水時選擇功率為1 000 kW左右的小型拖輪進行拖帶，嚴禁采用大型拖輪拖曳水上管線，在拖帶時岸上指揮人員通過高頻時刻與拖輪保持溝通，控制好拖輪航行速度。

6）耙吸挖泥船對已經(jīng)拖帶至目標位置的水上管線注水下沉時在管內(nèi)氣流的作用下容易造成管線漂移。針對這一問題，主要采用在端點站附近的浮管上加裝排氣閥和控制耙吸挖泥船注水速度（或注水流量）的措施，本工程采用“低低吹”的模式對沉江管進行注水。

7）在完成相關的艏吹施工任務后，能進行水上管線位置調(diào)整及回收才能是一個切實可行的施工工藝。要解決這一問題，可以先用輔助船舶吊起雄頭端使其離開水面，然后利用空壓機從岸管端向管線內(nèi)灌注空氣使整個水上管線完全起浮。管線起浮后在岸管端加裝封門板，然后利用小型拖輪和挖機協(xié)作完成管線的移位和回收作業(yè)。

4 新工藝實施情況

4.1 管線組裝

經(jīng)過現(xiàn)場多次勘察，選擇了距離人工沙灘潛堤通道西側200 m 的位置為沉江管與岸管的過渡點，水上管線組裝從過渡點開始向西依次拼接沉江管、浮管和雄頭，并把雄頭管口用防水布包裹牢固。管線敷設目標位置和拼接位置示意圖如圖5所示，管線拼接圖如圖6 所示。

圖5 管線敷設目標位置和拼接位置

圖6 管線拼接航拍照片

4.2 下水定位

為減小風和水流對管線水上敷設的影響，選擇浪小于1.5m、風力相對較小的時段進行艏吹管線水上敷設施工，實施過程如下：

1）采用一艘吃水較小的船盡可能駛到距離岸邊較近的位置，岸上人員將綁扎牽引鋼絲的細尼龍繩投遞給小船。小船上工作人員接到尼龍繩后開始牽引尼龍繩打撈牽引鋼絲，打撈上牽引鋼絲后將其送至吃水較深功率較大的多功能船。

2）多功能船接過牽引鋼絲后將其固定好，同時挖掘機開始將管線從岸邊推入水中使管線起浮。多功能船在挖掘機推管線的同時，控制航行速度及方向向安放地點慢慢航行（圖7）。距離雄頭端200 m 左右的牽引點到達滿足小型拖輪吃水要求的水域后，小型拖輪打撈起牽引鋼絲并系至纜樁上，開始與多功能船共同拖帶管線向目標位置靠近，直至到達目標位置（圖8）。

圖7 多功能船進行管線拖帶

圖8 兩條輔助船舶同時拖帶管線

3）到達目標位置后，多功能船開始拋設浮管錨使水上管線固定至目標位置防止水上管線隨風流移動。完成管線固定后，耙吸挖泥船連接雄頭至船艏管系，然后耙吸挖泥船啟動泥泵向管線內(nèi)注入清水，使沉管下沉固定于海床上。至此，整個艏吹管線敷設施工圓滿完成，保證了艏吹施工按期進行。

圖9 耙吸挖泥船注水沉放管線

5 結語

通過在尼日利亞萊基港疏浚吹填工程中的創(chuàng)新實踐，得出以下幾點結論：

1）在無專用錨艇的情況下，采用沉江管、浮管和雄頭在陸上一次性全部組裝，然后在挖掘機的配合下由小型拖輪將其拖帶至指定位置，最后由耙吸挖泥船灌注清水完成敷設的創(chuàng)新水上管線敷設工藝，能夠完成耙吸挖泥船艏吹水上管線敷設施工。

2）無專用錨艇敷設水上管線新工藝無需使用錨艇，減少了國外耙吸挖泥船艏吹水上管線施工成本中的設備調(diào)遣及返遣等費用，達到了節(jié)省管線施工成本的效果。按照尼日利亞當?shù)睾＿\費市場價格和船舶清關費價格計算，本工程節(jié)省管線施工成本509 萬元，提高項目整體毛利0.9 %。

3）無專用錨艇敷設水上管線新工藝可以節(jié)約專用錨艇長距離調(diào)遣所需的時間，有利于施工進度管理，特別適用于工期緊急的小型艏吹項目。