海底长距离E管道敷设施工技术

海底长距离PE管道敷设施工技术摘要：水下敷设PE管道因其独特的优越性，在国内外的取排水项目中已经有了成功应用的先例，该项技术已经成了取排水工程领域中一个重要分支，通过近几年我公司在沿海多个输水项目中实施后，对PE管在水下敷设的应用市场的推广起到了积极作用。随着我国近几年对近海岛屿的开发利用，海上供水管道敷设需求越来越大，且敷设的管线长度也越来越长，这是一个拓展PE管道市场空间的大好机遇。本文通过对长距离管道敷设施工的介绍和总结，将为今后更好地完成类似项目提供技术支持。关键词：PE管长距离敷设施工1、前言PE管道是目前在水下敷设应用较多的管道材料，由于其具有独特的柔韧性、漂浮性、延展性、整体性和不泄露、连接任意长度的特点，在供水管道、排水管道敷设应用方面，有很大的运用前景，也成了水中敷设管材的最佳选择。PE管道的耐久性和柔韧性，结合开创性和低成本的敷设方法，推动其在污水排放、取水、饮用水及生活污水压力管道系统中的应用。本文主要对海上长距离管道的敷埋施工技术进行阐述，为今后海上管道敷设的施工应用提供必要的技术支持。2、敷埋施工工艺2.1、施工工艺选择海上管道敷埋主要是根据设计要求进行，按照PE管道在水下具备的特性条件，深水海域或无抛锚船舶停留的海域的管道一般均设置在海床面，浅水海域或有滩地埋设的管道必须进行沟槽埋设，因此，施工工艺的选择必须根据设计要求进行制定。对海上长距离管道的敷设，必须选择抗防能力强，自动化程度和锚泊系统先进的敷管船进行施工，在该方面目前国内最有实力的江苏神龙海洋工程有限公司的“海洋工8899”敷管船，具备了自动化程度高、施工效率高、能满足多种敷管设计要求的特点，在对于有开沟要求的管道敷设，可以采用边开挖边敷埋的施工工艺，如水下开沟犁等，大大提高了施工效率。2.2、长距离管道敷设施工流程长距离管道敷设需要投入大量的机具设备、施工船舶、施工用材、配重块、油料、饮用水和其他一些辅助材料，这些都是项目正式开始前必须全部到位或分批到位后方可进入实施。其中，配重块的安装由于密度大、数量多、加工量大，需要一定的场地和时间，因此，在工程正式开始前，对施工所需的材料和给养，必须有足够的时间进行提前准备，这样方可确保海上敷管施工顺利进行。根据对大连市的长海县跨海引水工程、汕头市澄海至南澳岛跨海饮用水供水现场施工情况总结，海上长距离管道敷设的施工流程可以按照下面的工艺流程图操作：敷管船适应性改造敷管船适应性改造管道运送施工船舶定位配重块预制加工管道试压管材预定配重块海上运输开沟机组启动敷设试压循环组管熔接移船发射通水验收锚泊系统调整管道过驳配重块过驳安装进场准备3、管道敷埋施工技术3.1施工地形复核长距离PE管道敷设需要投入大量的配置方可满足正常敷管的需要，在原材料进场、配重块预制加工的同时，必须做好敷管路由的地形勘察，核对设计所参照的地质资料情况，对特殊地质段和与原设计地形不符的地段，必须报请设计和建设单位对可疑和变化地段进行复核和制定针对性的施工处理方案，对有沟槽开挖要求的施工地段，必须选择可行的施工措施和准备相应的施工机械和设备，必要的时候可以对敷管船及开沟机组进行改造，来保证管道的埋深。水下地形复核勘察可以采用浅层剖面仪和GPS定位系统，结合超深水下测深仪进行地形的复测，在测量过程中，GPS将输入相应的路由参数和相关控制点坐标，利用GPS微型导航来指挥和控制测量船舶的航行路线，确保测量路由和设计路由重合。3.2施工布置海上长距离输水管道一般都是向开发岛屿或重要基地进行供水的基础设施，由于经过的路线长，很有可能要经历多个岛屿、航道、深弘深水区等，这样就形成了深水区敷设和浅水或滩地敷设，如根据敷管船工作吃水深度划分，当低潮水深在3m以深将作为正常施工水深时，则小于该深度的水域则作为滩地或浅水施工区域。浅水区域一般均需要对管道进行一定的埋深布置，但由于敷管船吃水深度较大，无法进入该区域进行施工，因此，该区段的埋管沟槽需要采用另外的开挖设备或船只进行施工。敷管起点的沟槽开挖完毕后，由敷管船进行组焊接长发射到开挖好的沟槽内，由陆上牵引点卷扬机放出的牵引钢丝绳进行牵引，逐段将管道拉至岸边进行固定，待敷管船组焊出的管道长度进入正常作业区段后，陆上牵引点开始对管道内进行注水，逐渐将管道沉放到位。为了确保滩地及浅水区管道能够顺利下沉，防止出现“架桥”现象造成管道过渡扭曲，在下沉时，水面配以抛锚艇对管道进行检查和辅助下沉，调控“水袋”的位置，控制管道下沉的速度和位置。进入正常施工水域后，主要以敷管船为主，前后左右工布置8套锚泊系统，主要用于敷管船敷管移动所用，另配置抛锚艇、交通艇、给养供给船、配重及管道运输船等，对于重要保护管段，增加浮吊、潜水作业船，以便在管道敷埋后，对管沟顶部进行网箱、石笼的抛填和压固，防止管道上浮、锚损及受到过往船舶损伤。先进的敷管船是完成长距离PE管道敷设的重要保证，目前，国内自动化程度最高、敷管开沟的敷埋机、开沟犁设备、接管设备及压块预制加工技术和力量最强的江苏神龙海洋工程有限公司，在水下敷管技术方面也有相当丰富的施工经验，该公司今年投资建造的敷管船主要参数有：型长140m，型宽22m，型深4.35m，共有8套20T-35t级锚泊系统、海上雷达及双GPS导航定位设备、弧形托管架、管道热熔对接机、液压张紧器、旋转吊、储管及配重储存、高压开沟犁等设备，能够抵御7级以下风力的影响，在此海况条件下承接多种地质条件的管道敷设施工。通过本项目的实施，江苏神龙海洋的技术能力完全能够胜任和完成好各种海上管道的敷埋工程施工任务。3.3、管道组焊连接PE管的连接除要有热熔接、机械连接、电熔连接等方式。其中热熔接连接方式具有成本低、管道接口质量好、不需管件等优点而被大量使用。在进行管道熔接期间，必须注意做好以下工作：a、认真检查管材或零件，要复合规定的设计要求，在安装过程中，每连接一根管段，必须及时检查并及时清除管内杂物，保持管内干净。b、发现管材有外观有划伤部位的，要禁止使用；c、检查焊接操作岗位是否有足够的空间，避免影响焊接机操作而造成焊接质量问题；d、焊接前应认真检测管道中心线和标高，确保敷设的管道符合设计和规范要求；3.4、管道敷埋施工3.4.1、管道材料的选择水下管道可利用管材柔性好、曲率半径小、能实现无接缝长距离连接敷设、有一定的延展性和漂浮性（可调控管道的顺直度）的管材，能够使用海底基面大幅度变化而不影响使用寿命、保证正常运行的管道。3.4.2、PE管敷设方法选择海上PE管敷设由于其韧性及分段长度较长，常规敷设的方式可以采用漂浮下沉、敷管船沟槽敷埋、底拖敷设等方法，由于漂浮下沉和底拖方式对接管方式的需求较高，在没有一定的施工场地或条件时，不宜采用。水下承插或法兰连接方式虽然也可以实现，但由于投入的潜水员水下工作量较大，工期较长，在海上长距离敷设施工项目上一般都不采用。在上述方法中，敷管船配合开沟犁开沟埋管的方式是最经济和快捷的一种方法。敷管船在组管过程中，边焊接边发射边移动船舶向前推进，前行的动力依靠敷管船上的锚机和路由上的直行锚缆提供，每熔接完一根管道，向前推进一次，直至到达预定的设计敷设位置。由于浅海区域水深一般都小于20m，因此，为了防止新敷设的管道暴露在海床上受到过往船舶抛锚时损坏或者因为其他原因形成拱桥被推进器损坏，大都要求进行沟槽内埋设，因此，在进行这类线路管道的敷设，需要利用敷管船端部的开沟犁或敷埋机进行管沟的开挖，依靠入水后的管道注水和管道上安装配重后形成的自重沉入沟槽底部，达到埋设的目的。管道进入沟槽后，随着开沟犁搅出的泥浆回淤，将管道固定。3.4.3、管道水压试验为了检验管线敷设后的质量情况，防止管线一次敷设过长后检查困难或出现故障后检查难度增加，一般每完成500-1000m敷设即可进行一次试压，管线全部结束后，再进行一次整体试压，确保通水一次成功。总管试压从滩地浅水去开始。a、滩地或浅水区管道安装沉放到位后，管道两侧按设计要求进行回填（接口处不得回填）后，一般根据管段的长短，分1-2段进行试压。b、系统注水时，应打开管道哥高出的排气阀，将管道内空气尽量排尽。待水灌满后，关闭排气阀，用试压泵进行加压，压力应逐渐升高，加压到一定数值后，应停下来对管道进行检查，物问题时继续加压，一般分2-3次升到试验压力。当压力达到试验压力时应停止加压，保持恒压10min。对接口管身检查无破损及漏水现场，认为管道强度试验合格，在试验压力下10min压力下降不大于0.02Mpa，可以认为气密性试验合格，试压质量优良，班组质检员应及时做好试压记录。3.5、特殊工况下的应急处置3.5.1、弃管海上的气候瞬息万变，由于敷管船施工期间受锚泊系统束缚，即使自己有动力也无法因对海上大风浪的影响，同时，由于敷管船受风浪作用上下跳动，对敷管本身的质量控制和现场作业安全会构成较大的威胁，因此，在遇到台风或冷空气等恶劣天气影响时，施工船舶必须对托管架上的管道进行弃放并及及时进港避风，以策施工船舶、人员的安全。弃管时有两种方法可以采用，一种是单纯地丢弃托管架上的管道，一种是将托管架和管道一起丢弃，但不管采用何种方式，弃管后都必须在管道的尾端做好标记，以便能够继续施工时可以很快找到目标。采用托管架和管道一起放弃时，可以利用敷管船前端的起重把杆，将托管架后端铰支脱开并缓慢放到水下，然后脱开吊钩钢缆并系上浮鼓标志。3.5.2、拾管风暴过去待海上平静后，敷管船重新进场定位，并根据弃管时的GPS定位度数进行轴线确认，定位时，如果是弃管而没有弃放托管架时，应使托管架的前端靠近管道端部设置的浮标，待抛锚艇将浮标打捞起来后，缓慢地将托管架放下并慢慢地向前推进，直至将管道起吊出水面，并搁放到托管架上，在这过程中可以通过锚缆的收放，不断地调节敷管船，使其前后轴线与管轴线保持一致，然后通过发射架留放卷扬机将管道慢慢拖到接管机组处，利用接管机上的修整刀断开管端的闷板，并与新接管段对接，继续开始管道敷放。3.6、给水管道消毒清洗在进行生活用水输送管道敷设施工时，管道沉放时禁止灌注海水或其他污水，建议采用干净的自来水进行灌注。待管道敷设贯通后，从一端装入清洗球，并开始从管道的一端对管内灌注清洗管道的消毒水，直至清洗球另一端排出，根据管道总长度和第一次的清洗速度，继续用清洗液和清水哥清洗一遍。3.7、管道总体试压及移交管道敷设结束，立即着手滩地管道和浅水区段的管道固定和压载，然后进行试压，加压时里应管道内充灌的水作为主要试压体，然后通过管道两端的法兰盲板上设置的阀门，对管道内进行充气加压，达到设计压力后，稳定24小时，即可进行移交，如在试压过程中发现压力不稳定或上不去，必须对管道进行全面的检查，直至故障点发现并修复为止。3.8、管道试压质量保证措施a、管道水压试验前应对压力表进行检验，压力表应在有效的检验期限内；b、管道注水时，要认真进行排气，排气点应尽量选择在管段的最高位。c、水压试验时应逐步升压，并有专人负责观测检查。4、PE管道的应用实例4.1、目前国内外有记录达到10km以上的PE输水管线管敷设实例国家地点时间施工单位管道类别管径长度（m)巴西RiodeJJaneriio1998WANTA排放管道PP16002*6000挪威Fredriksstad2004WANTA饮用水管道PP71012900中国大连长海县2006上海基础输水管道PE45016000中国汕头至南澳岛2011江苏神龙海洋输水管道PE6302*17850中国大连长海县2013江苏神龙海洋输水管道PE6302*174004.2、国内外5KM左右及以下的PE输水管线敷设实例国家地点时间管道类别管径长度（m)瑞典Gothenbuurg1971排放管道10005000叙利亚Arwad1985输水管道1805664英国Fyld海1995排海管道14006300瑞典Sodertallje2000取冷水管道10006134泰国GuijofSiam2000取水管道PE10006000克罗地亚SplitSttobrecc2001排海管道10002932冰岛Reykjaviik海2001饮用水管道1000-140006245爱尔兰Corklougghmahhon2001跨海引水12007064瑞典Loudden2003泵送管6306820克罗地亚Sibenik2004排海管道12005134瑞典Kalmar2004饮用水管7107920西班牙Cartagenne2005脱盐排放管14004800中国舟山长涂岛2003输水管道2502100中国浙江诸暨至店口2005输水管道63038004.3、钢管敷设和PE管施工比较施工管材钢管PE管备注施工方法每根管段在驳船上上单独焊接，而而后通过向前前移动驳船来来敷设已经焊焊接好的管段段，管道埋深深采用先敷后后埋的施工工工艺，或者预预挖沟槽而后后对管段进行行沉放每根管段在驳船上上单独焊接，而而后通过向后后移动驳船来来敷设已经焊焊接完的管段段，管道埋深深采用边敷边边埋的施工工工艺，或者预预挖沟槽而后后对管道进行行沉放材料特性强度高、密度大、曲曲率半径大抗拉强度小、环向向强度低、密密度小、曲率率半径小管段焊接采用自动或者半自自动焊对钢管管进行焊接，焊焊接完成后才才有超声波探探伤、X光拍片对焊焊缝质量进行行检测，并按按照有关规范范对焊缝质量量进行评定采用热熔的方式对对管道进行焊焊接，焊缝质质量依靠焊缝缝外观检测以以及工艺控制制防腐焊缝质量合格后需需要对管段进进行内外除锈锈防腐施工，同同时加焊牺牲牲阳极。无需进行防腐施工工处理配重无需进行额外配重重需要根据管段实际际情况对管段段进行配重安安装施工周期施工周期长施工周期短4.5、采用敷管船进行边敷边埋工艺的特点：a、确保了整个管道的连续接长施