海上长管道起浮、对接、沉放施工工艺探讨
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【摘要】本文根据烟台市套子湾污水处理厂尾水深海排放管道工程施工情况对海上长管道施工存在的问题进行分析总结，以便在后续类似工程施工过程中减少不必要的损失，提高施工效率。
【关键词】海上长管道;拖运;定位;注水沉放;排水起浮;水上水下对接
1.引言
烟台市套子湾污水处理厂尾水深海排放管道工程位于山东省烟台市芝罘岛北侧，该工程设计为深海排放管道铺设，合同开工日期为2017年1月1日，竣工日期为2019年10月15日，目前该项目已投入使用。本工程施工地点为海上，海上自然环境变化复杂，风浪及涨落潮对海上长管道拖运、定位、沉放、起浮、对接影响较大，如何保证海上长管道稳定、保证施工安全和质量满足要求是本文研究的重点内容。
2.工程概况
本工程设计排海管道总长944m，分两道铺设，详见下图（图1），其中一段管道与原有老管道相接，由G4（长225m）和G5（长30m，包括2个135°转角）组成;并排的新建管道分4节加工：第一节管道（G1）长220m，第二节管道（G2）长220m，第三节管道（G3）长236m，第四节（G6）长7.4m。G1和G3在管道对接侧顶面设置一个人孔备用，G2在两个管道端头顶面各设置一个人孔，人孔用于管道海上分段对接时安放封堵气囊用。计划将管道G1、G2、G4先行沉放在施工海域，最后将G3加工完成后浮拖到现场，在海上与起浮后的管道（G1、G2、G4）对接后整体沉放安装。沉放完毕后，G5、G6管道用甲板驳运送至现场，在水下完成对接。
3.工艺流程及操作要点
3.1工艺流程
施工准备→管道起浮→拖运定位→管道海上对接→管道注水沉放→水下管段对接→管道与连接井的连接。
3.2操作要点
3.2.1施工准备
本方案实施前，管道G1、G2、G4已经分别沉放于现场。提前查询最近3天气象情况，确定合适的钢管起浮时间段。潜水员提前探摸管道沉放状态，确保管道两端外露。1#定位船运载空压机和50t履带吊航行至管道临时存放区就位，2#定位船定位于管道设计轴线上的里程L0+440m处。提前1天在管道路由每隔100m放置一个浮漂，用于管道沉放时对标。
3.2.2管道起浮
潜水员沿管道浮漂下潜至管道打气孔端，螺栓连接打气管，同时打开管道尾部的两个DN150的排水阀，潜水员撤离管道起浮区域。打气管另一端连接1#定位船上的8m3空压机，空压机向管道内打气，使管道缓慢起浮。3节管道依次起浮，按G4→G2的顺序由拖轮拖至2#定位船处，傍靠在2#定位船的一侧。G1最后起浮，1#定位船挪动至L0+220处，拖轮直接将G1管道拖至1#定位船处。
3.2.3拖运定位
1#定位船行驶至里程L0+220处定位于管道安装轴线一侧，两艘拖轮将管道G1拖运至沉放轴线上方，没有人孔的一端通过钢丝绳连接陆上挖掘机，另一端用定位驳的锚机固定于船边。管道G2一端拖拽至1#定位船，另一端锚固在2#定位船上。完成G1和G2的对接后，挪动两艘定位船对接G3和G4。
3.2.4管道海上对接
管道海上对接以G1和G2管段对接为例：通过1#定位船上50t履带吊转动管道使直径1m的人孔正面朝上，拧开封堵盲板的螺栓，船上50t履带吊将盲板吊到船上。然后吊车配合人工将直径1.6m的封堵气囊塞入人孔，通过空压机将气囊充气封堵管道端头，然后吊机配合潜水员移开管道端头的封堵盲板。
三节管道按照上述方法依次完成封堵气囊和封堵盲板的转换后，先进行G1和G2的海上对接，用拖轮顶推G2管道使G1和G2的法兰盘靠紧，然后调整法兰盘螺栓的螺栓孔对齐，潜水员依次拧紧对接螺栓。管道对接完成后气囊放气后抽出封堵气囊，安装人孔上的封堵盲板。
接好G1和G2管段后，定位船挪到G2和G3管道接头处，进行G2和G3管段的对接。
3.2.5管道注水沉放
三节管道对接完成以后，两艘定位船分别定位于L0+220m和L0+550m处，用船上锚机牵引管道，岸上1台300挖掘机配合控制管道端头位置，形成3点定位，确保管道端头能与连接井顺利对接。通过对标预先放置的浮漂调整管道位置处于设计轴线上，并通过岸上全站仪精确调整管道沉放位置。定位完成后，打开G1靠岸侧的2个进水阀，同时打开G3海侧的1个水上排气阀，排气阀连接气管引至拖轮上，控制管道注水速度，使其在定位船一侧精确下沉至管道沟槽内。因为G3管道尾端带有25根扩散支管，需要在支管两侧的底端支架上捆绑浮漂，保证扩散管竖直朝上。鸭嘴阀处封堵盲板，管道整体沉放后在水下安装鸭嘴阀及尾部G6冲洗盖门。
G4管段沉放措施：676m管道沉放完成后潜水员在管道西侧安装定位浮漂，G4管道沉放时两艘定位船要配合岸上挖掘机及全站儀精确定位，并参照定位浮漂调整管道，防止G4管道与新建676m管道碰撞。管道下沉过程中通过两艘定位船上的4台锚机和岸上挖掘机共同控制管道轴线，防治管道移位。因为管道下沉至基槽后便无法调整管道位置，所以全站仪观测出现管道偏离轴线状况时，第一时间关闭尾部排气阀，在进水端连接打气管起浮管道，再次调整沉放。
3.2.6水下管道对接
水下管道对接包括尾部鸭嘴阀安装、G6管段对接和G5管段对接。鸭嘴阀和G6管道均有50t履带吊吊装下放，水下潜水员对接。
G4与老管道通过G5连接，老管道对接处有一个钢套箱，内部填充的水下混凝土，对接前需要先进行水下钢套箱切割和混凝土破碎，露出原管道的预留法兰盘;G4安装完毕后，精确测量G4端头与老管道预留法兰盘的相对距离和相对高度。新建G4管段与旧管道通过G5管道连接，G5管道根据测量数据在钢管加工场内加工成30m长的伸缩管，伸缩管由一个15mDN1600钢管和一个15mDN1700钢套管组成，两个变截面管道之间通过一个固定法兰盘和一个活套法兰盘连接，两个法兰盘之间通过定制橡胶圈止水，活套法兰通过抱箍松紧。通过G5的伸缩装置调整管道长度，在加工场焊接两个转弯接头解决管道高差问题，船上两台吊机辅助潜水员水下操作对接两处法兰。G5管道中间位置用挖泥船开挖一个深坑，G5安装前潜水员用高压水枪冲刷两个管道接头底部泥沙，露出法兰盘底部螺栓孔，便于潜水员上紧底部螺栓。 3.2.7管道与连接井的连接
制作两根并排的4.13m的DN1600钢管，伸缩节与连接井外壁之间可活动量为40cm，另一侧法兰盘用于连接海上管道。伸缩钢管，在工艺实施前推进连接井内，法兰端位于里程L0+7.6m处。海上并排管道端头在L0+8m处下放，然后通过挖掘机将伸缩钢管拖出连接井，与海上管道对接（海侧管道端头绑扎泡沫浮鼓支垫处空隙，岸侧伸缩节用挖掘机吊起，拧紧下部螺栓后，下放在基槽内）。根据A型钢套管图集做法：连接井内壁预留的DN1660钢套与和伸缩钢管之间填充石棉水泥、油麻、挡圈。
4.实践中的经验和教训
4.1关注气象，降低自然环境影响
本工程为海上施工，长管道在海上对接、沉放要求精度高，施工时受风浪、潮流影响较大。为降低自然环境影响，需提前关注施工海区气象，选择连续3天以上风平浪静的日期进行管道起浮对接，将现场风浪影响降至最低;选择平流时间段对接，保证管道对接时的平稳;同时增加管道周边警戒船，确保管道海上对接安全。
4.2制定合理的施工顺序，提高施工效率
海上管道施工为危险性较大工程，需要提前制定合理的施工顺序，配备性能匹配的船机，才能确保施工安全，提高施工效率。本工程管道共6节，分两道铺设。根据计划，先将管道G1、G2、G4沉放在施工海域，再将加工完成的G3浮拖至现场，最后将管道G1、G2、G4起浮与管道G3对接后整体沉放安装。沉放完毕后，G5、G6管道用甲板驳运送至现场，在水下完成对接。
5.结语
海上管道施工涉及的工序多，影响因素也多，其施工质量主要依靠施工前期策划和施工过程控制，因此，施工人员必须全面详细地熟悉整个施工工艺流程，通过施工前确定质量控制目标和检验标准，施工中严格落实操作要求，不断总结经验教训，从而达到预期的质量控制目标，为各道工序的施工提供精准数据和良好的基础。通过该工程的施工，我公司形成了一套较为成熟的海上管道拖运、定位、沉放、起浮、水上水下對接等施工工艺，并取得了较好的施工效果，为以后类似施工提供借鉴。
参考文献
[1] 江正荣编著.建筑施工计算手册（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2007.
[2] 单祖辉主编.材料力学教程（二）.北京：国防工业出版社，2016.
（作者单位：中交一航局第二工程有限公司）
【中图分类号】TU992.3
【文献标识码】A
【文章编号】1671-3362（2020）02-0070-02
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