某深水跨海管道供水工程管道敷设方法与工艺研究

1、某深水跨海管道供水工程【摘要】该文介绍某深水跨海供水管道敷设中选择铺管船法与采用“车槽式”发射架滑道、 “圆弧型”托管架滑道进行悬挂式“反s形”管道铺设等施工工艺，不但投资最省、工期最短, 而且也很好地解决了深水跨海供水工程施工中的技术难题，可供类似海域条件下跨海供水工程 借鉴。【关键词】spe管；“车槽式”发射架；“圆弧型”托管架；悬挂式“反s形”管道铺设1工程概况某深水跨海管道供水工程为*（*重点工程）的跨海管段，长度9.6km, 最大海水深达36.7m,输水规模远期1.5万nf/d,近期0.75万m3/do通过经济、技术、工期等比 选后，该工程采用选用管径500mm spe管、单根长度4

2、8 m且采用电热熔连接方法，具有投资 更省、施工更易、运行更可靠、维护更方便等优点。工程区最大波高7.5m,出现最多的是23级浪，频率87.3%,最大风速31m/s,多年平 均风速69m/s,最大潮差6.30m,平均潮差4.61m,实测最大涨潮平均流速为92.4cm/s,最大 落潮平均流速为82.3cm / so工程区水深（居国内供水工程之最。本工程实施前，国内已建跨海 供水工程最大水深仅22m）、风大、浪高、线路长，工程环境复杂、恶劣，特别受气候条件约束, 施工期短，采用何种铺管方法与工艺是保证管道顺利铺设之技术难点，也是技术重点。2管道敷设方法比选海底管道的铺设主要有飘浮法、牵引法（又称拖

3、管法）和铺管船法等。经比选本工程选用铺 管船法吧飘浮法：管段按照事先拟定的方法就位、下沉至要求敷设的位置，管段z间接头部分在水下进行。本 工程水深、管长，不仅潜水员在水下的作业时间很短，水下接管操作困难，而且沉管过程受海流 及风浪的冲击安装就位困难等因素制约，施工困难、进度慢、成本高，所以不适用于本工程。拖管法：管道在陆地制管场制造加工，并焊接成数百m （也有更长的）的管道，然后利用牵引设备（绞 车、绞车船等）沿海底、离底、潜水和海面牵引管道。该方法要求海底地形、地质条件变化小， 且需要完善的管道下水滑道，有足够牵引能力的牵引设备。本项目跨海距离长，地形起伏、跨越 两条港道，拐点多，且在风大、

4、浪高、流急的海域，铺管就位难、拖管施工应力大，此方法也不 适用于本工程。铺管船法.使用设备专门的铺管船及附属运输船。管道由供应船向敷管船供应，在敷管船上焊接，这样 随着管道接长进行敷设，管道每敷设一段，前进一段距离，见图1。适用条件及范围遇有大风浪 或特殊情况对以中断作业，敷管船对以离开敷设地点，待天气转好再返回敷设地点继续作业。适 用于离岸较远的长距离管道，管道越长，优越性越显著；适应性好，可中断作业；施工方便，工 期短，对季节的适应性比较强。图1刚性拖管架铺管法示意图考虑本工程的海域情况、工程规模，经分析计算，选择铺管船法。实践证明，该方案投资最 省，工期最短，海上铺管工作109天完成了铺

5、管任务。3铺管船施工方法与管道敷设工艺3.1铺管船施工方法（1）主要施工设备本工程主要施工设备见表1所示。表1主要施工设备主要施工设备型号规格数量用途铺管船主尺度：lxbxd二61. 5mx21. 8mx5m 设计吃水：3. 4m；载重量：3500t1海上铺管托管架长40m,宽7. 44m,高3m。托管架的入水角 度可根据水深调节。1海上铺管loot起重船主尺度：lxbxd=47. 5mx 13. 5mx3. 3m； 设计吃水：2.3m；总吨：691t,净吨:329t1海上后挖沟2000t运输驳船主尺度：lxbxd= 55. 68mx 19. 72mx3. 6m 设计吃水：2. 5m；载重量：

6、2000t1spe管的运输（2）铺管作业程序 通过运输船将管段运到铺管现场，通过铺管船上的起重机械，将以上管段卸到铺管船的管 道堆放区；再利用铺管船上的起重设备，将48m长的管道移位到发射作业区的滑道上。 在发射作业区的热熔工作站，对“48m”长的管道与“下海”管道进行电熔连接；并且将 配重块安装到管段的指定位置上。 经连接检验合格后，开始绞锚铺管。铺管作业时依据敷设和安装的需要，通过收、放锚缆 移动船位，一边移船，一边放管，保持放管的速度与移船的速度协调一致，移动的距离约4创1, 使管线在整个铺管过程屮始终处于安全的状态。 管线在恒张力系统的控制下，使管线按照预先设计的曲线，沿着滑道和托管架

7、下滑，安全 着于海床上。根据管线计算，不同水深有不同的恒张力，恒张力系统可通过调整电压来控制恒张 力。 铺管船采用dgps系统。铺管作业时在dgps系统监控下，通过调整船位，使管线能按设计要 求准确就位。（3）后挖沟方案该工程的挖沟工作（除炸礁段以外）采用先铺管后挖沟的施工方法。并使用专用“后挖沟机” （见图2）跨在已铺设的管线上开挖管沟。其作业原理和施工步骤在文献1川已作详细介绍。图2专用“后挖沟机”（4）弃管与回收作业程序在海底管线正常敷设期间，当因天气或其它意外原因使铺管作业不得不终止时，要进行弃管 作业，弃管作业与回收作业的方法和程序如下。 在恶劣天气条件下准备弃管时装上“拖拉封头”，

8、“恒张力绞车”钢丝绳与“拖拉封头” 接好，慢慢将管线放在海床上后，松开钢丝绳并切断，钢丝绳端部系上“标记浮标”；后铺管船 才起锚移船。 当天气好转并具备继续开始敷设管线吋，铺管船要重新抛锚就位，开始管线回收作业，主 要工序如下：小船在dgps定位系统引导下靠近管端区，抛锚就位。b）潜水员在水下连接“恒张力绞车”钢丝绳至水下管线上的“拖拉封头”上（弃管时切断的 且接在“拖拉封头”上的钢丝绳弃用）。c）启动“恒张力绞车”，保持一定张力，向靛部方向移船，回收海底管线。d）当管线“拖拉封头”通过“张紧器”后，启动“张紧器”，夹住海底管线。c）进行张力转换，以“张紧器”代替“恒张力绞车”向管线提供张力，

9、释放“恒张力绞车”。f）继续回收管线，使“拖拉封头”达到对接工作站。g）切割“拖拉封头”、打磨坡口，重新开始正常敷设作业。3.2 “车槽式”滑道设计spe管道必须配重下水，亦即下水前，需将配重块安装好，而传统的管道下水滑道，多为间 隔布设滚轮，管道直接与滚轮接触，不便于配重的安装和具有配重块管道的下滑，这就对下水滑 道设计提出了更高的要求。结合以上工艺要求，为了确保施工的可行性和合理性，精心研究和探 讨，最终确定在铺管船甲板上，设置一条spe管道的拼装滑道，滑道上布置有两条小车滚动槽， 即承载小车与滚动槽相结合的发射架滑道设计方案，简称“车槽式”发射架滑道，见图3所示。图3 “车槽式”滑道管道

10、下水步骤如下：（1）拼装spe管道前，先将若干小车间隔一定距离沿小车滚动槽布置好；（2）再将48m长的spe管道吊上拼装滑道，小车将spe管道垫起，便于按设计要求安装配重;（3）按设计要求安装铸铁配重块；（4）spe管道热熔对接；待配重安'装和spe番道热熔对接完毕后，利用小车在滚动滑槽内的向下滚动，将联结好 的spe管道输送下水。通过实践证明，“车槽式”发射架滑道具有工艺简单、合理和安全可靠等特点，很好地解决 了配重块安装和spe管道下滑之间的矛盾，大大地提高了铺管进度和效率。3. 4圆弧型滑道悬挂式“反s形”管道铺设在长9.6km管线的施工海域，水深变化为236. 7m,针对以上特

11、点，在确定管道下水托管架 的长度时，原则上整个托管架着床，对管道海上铺设最为有利，但因为水深变化幅度大，调节困 难，托管架a长，对起重机械等配套设施要求过高，而太短就可能严重影响到管道铺设的安全, 故托管架长度既不宜太长又不能太短。针对此问题进行深入研究，以确定托管架长度和滑道形式。通过对spe管材性能的深入了解 和管道海底铺设的经验分析，充分考虑最大水深和管材容许曲率半径等因素，认为管道沿托管架 下水到着床，其弯曲变形多为“反s”形，故把托管架滑道设计成圆弧型，采用圆弧型托管架滑 道进行悬挂式“反s”形管道铺设。在托管架设计时，首先必须满足管材下水的弯曲半径大于容 许值，模拟管道最深水的下水

12、情况，将托管架内的滑道设计成圆弧形，其曲率半径略大于管材的 容许弯曲半径，托管架长度略过两个“反圆”的相切点，根据以上模拟，托管架的长度为40m满 足施工要求，托管架与铺管船以绞接的方式连接。见图4所示。为保证管道在水深大于铺管船设计吃水深度3. 4m （水深小于3. 4m的登陆端浅滩段釆用拖管 法）的海域在不同水深的情况下在施工过程中保持一定的曲线形态，根据曲线计算结果来调整托 管架的斜率，并在作业过程中保持不变。托管架的斜率可通过扒杆上的滑轮组來进行调整。图4圆弧型托管架滑道进行悬挂式反s形管道铺设通过实践证明，采用圆弧型托管架滑道进行悬挂式“反s”形管道铺设，托管架滑道的型式 和架构合理，克