海底長距離E管道敷設(shè)施工技術(shù)

海底長距離PE管道敷設(shè)施工技術(shù)摘要：水下敷設(shè)PE管道因其獨(dú)特的優(yōu)越性，在國內(nèi)外的取排水項(xiàng)目中已經(jīng)有了成功應(yīng)用的先例，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成了取排水工程領(lǐng)域中一個重要分支，通過近幾年我公司在沿海多個輸水項(xiàng)目中實(shí)施后，對PE管在水下敷設(shè)的應(yīng)用市場的推廣起到了積極作用。隨著我國近幾年對近海島嶼的開發(fā)利用，海上供水管道敷設(shè)需求越來越大，且敷設(shè)的管線長度也越來越長，這是一個拓展PE管道市場空間的大好機(jī)遇。本文通過對長距離管道敷設(shè)施工的介紹和總結(jié)，將為今后更好地完成類似項(xiàng)目提供技術(shù)支持。關(guān)鍵詞：PE管長距離敷設(shè)施工1、前言PE管道是目前在水下敷設(shè)應(yīng)用較多的管道材料，由于其具有獨(dú)特的柔韌性、漂浮性、延展性、整體性和不泄露、連接任意長度的特點(diǎn)，在供水管道、排水管道敷設(shè)應(yīng)用方面，有很大的運(yùn)用前景，也成了水中敷設(shè)管材的最佳選擇。PE管道的耐久性和柔韌性，結(jié)合開創(chuàng)性和低成本的敷設(shè)方法，推動其在污水排放、取水、飲用水及生活污水壓力管道系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文主要對海上長距離管道的敷埋施工技術(shù)進(jìn)行闡述，為今后海上管道敷設(shè)的施工應(yīng)用提供必要的技術(shù)支持。2、敷埋施工工藝2.1、施工工藝選擇海上管道敷埋主要是根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，按照PE管道在水下具備的特性條件，深水海域或無拋錨船舶停留的海域的管道一般均設(shè)置在海床面，淺水海域或有灘地埋設(shè)的管道必須進(jìn)行溝槽埋設(shè)，因此，施工工藝的選擇必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制定。對海上長距離管道的敷設(shè)，必須選擇抗防能力強(qiáng)，自動化程度和錨泊系統(tǒng)先進(jìn)的敷管船進(jìn)行施工，在該方面目前國內(nèi)最有實(shí)力的江蘇神龍海洋工程有限公司的“海洋工8899”敷管船，具備了自動化程度高、施工效率高、能滿足多種敷管設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)，在對于有開溝要求的管道敷設(shè)，可以采用邊開挖邊敷埋的施工工藝，如水下開溝犁等，大大提高了施工效率。2.2、長距離管道敷設(shè)施工流程長距離管道敷設(shè)需要投入大量的機(jī)具設(shè)備、施工船舶、施工用材、配重塊、油料、飲用水和其他一些輔助材料，這些都是項(xiàng)目正式開始前必須全部到位或分批到位后方可進(jìn)入實(shí)施。其中，配重塊的安裝由于密度大、數(shù)量多、加工量大，需要一定的場地和時間，因此，在工程正式開始前，對施工所需的材料和給養(yǎng)，必須有足夠的時間進(jìn)行提前準(zhǔn)備，這樣方可確保海上敷管施工順利進(jìn)行。根據(jù)對大連市的長?？h跨海引水工程、汕頭市澄海至南澳島跨海飲用水供水現(xiàn)場施工情況總結(jié)，海上長距離管道敷設(shè)的施工流程可以按照下面的工藝流程圖操作：敷管船適應(yīng)性改造敷管船適應(yīng)性改造管道運(yùn)送施工船舶定位配重塊預(yù)制加工管道試壓管材預(yù)定配重塊海上運(yùn)輸開溝機(jī)組啟動敷設(shè)試壓循環(huán)組管熔接移船發(fā)射通水驗(yàn)收錨泊系統(tǒng)調(diào)整管道過駁配重塊過駁安裝進(jìn)場準(zhǔn)備3、管道敷埋施工技術(shù)3.1施工地形復(fù)核長距離PE管道敷設(shè)需要投入大量的配置方可滿足正常敷管的需要，在原材料進(jìn)場、配重塊預(yù)制加工的同時，必須做好敷管路由的地形勘察，核對設(shè)計(jì)所參照的地質(zhì)資料情況，對特殊地質(zhì)段和與原設(shè)計(jì)地形不符的地段，必須報請?jiān)O(shè)計(jì)和建設(shè)單位對可疑和變化地段進(jìn)行復(fù)核和制定針對性的施工處理方案，對有溝槽開挖要求的施工地段，必須選擇可行的施工措施和準(zhǔn)備相應(yīng)的施工機(jī)械和設(shè)備，必要的時候可以對敷管船及開溝機(jī)組進(jìn)行改造，來保證管道的埋深。水下地形復(fù)核勘察可以采用淺層剖面儀和GPS定位系統(tǒng)，結(jié)合超深水下測深儀進(jìn)行地形的復(fù)測，在測量過程中，GPS將輸入相應(yīng)的路由參數(shù)和相關(guān)控制點(diǎn)坐標(biāo)，利用GPS微型導(dǎo)航來指揮和控制測量船舶的航行路線，確保測量路由和設(shè)計(jì)路由重合。3.2施工布置海上長距離輸水管道一般都是向開發(fā)島嶼或重要基地進(jìn)行供水的基礎(chǔ)設(shè)施，由于經(jīng)過的路線長，很有可能要經(jīng)歷多個島嶼、航道、深弘深水區(qū)等，這樣就形成了深水區(qū)敷設(shè)和淺水或?yàn)┑胤笤O(shè)，如根據(jù)敷管船工作吃水深度劃分，當(dāng)?shù)统彼钤?m以深將作為正常施工水深時，則小于該深度的水域則作為灘地或淺水施工區(qū)域。淺水區(qū)域一般均需要對管道進(jìn)行一定的埋深布置，但由于敷管船吃水深度較大，無法進(jìn)入該區(qū)域進(jìn)行施工，因此，該區(qū)段的埋管溝槽需要采用另外的開挖設(shè)備或船只進(jìn)行施工。敷管起點(diǎn)的溝槽開挖完畢后，由敷管船進(jìn)行組焊接長發(fā)射到開挖好的溝槽內(nèi)，由陸上牽引點(diǎn)卷揚(yáng)機(jī)放出的牽引鋼絲繩進(jìn)行牽引，逐段將管道拉至岸邊進(jìn)行固定，待敷管船組焊出的管道長度進(jìn)入正常作業(yè)區(qū)段后，陸上牽引點(diǎn)開始對管道內(nèi)進(jìn)行注水，逐漸將管道沉放到位。為了確保灘地及淺水區(qū)管道能夠順利下沉，防止出現(xiàn)“架橋”現(xiàn)象造成管道過渡扭曲，在下沉?xí)r，水面配以拋錨艇對管道進(jìn)行檢查和輔助下沉，調(diào)控“水袋”的位置，控制管道下沉的速度和位置。進(jìn)入正常施工水域后，主要以敷管船為主，前后左右工布置8套錨泊系統(tǒng)，主要用于敷管船敷管移動所用，另配置拋錨艇、交通艇、給養(yǎng)供給船、配重及管道運(yùn)輸船等，對于重要保護(hù)管段，增加浮吊、潛水作業(yè)船，以便在管道敷埋后，對管溝頂部進(jìn)行網(wǎng)箱、石籠的拋填和壓固，防止管道上浮、錨損及受到過往船舶損傷。先進(jìn)的敷管船是完成長距離PE管道敷設(shè)的重要保證，目前，國內(nèi)自動化程度最高、敷管開溝的敷埋機(jī)、開溝犁設(shè)備、接管設(shè)備及壓塊預(yù)制加工技術(shù)和力量最強(qiáng)的江蘇神龍海洋工程有限公司，在水下敷管技術(shù)方面也有相當(dāng)豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，該公司今年投資建造的敷管船主要參數(shù)有：型長140m，型寬22m，型深4.35m，共有8套20T-35t級錨泊系統(tǒng)、海上雷達(dá)及雙GPS導(dǎo)航定位設(shè)備、弧形托管架、管道熱熔對接機(jī)、液壓張緊器、旋轉(zhuǎn)吊、儲管及配重儲存、高壓開溝犁等設(shè)備，能夠抵御7級以下風(fēng)力的影響，在此海況條件下承接多種地質(zhì)條件的管道敷設(shè)施工。通過本項(xiàng)目的實(shí)施，江蘇神龍海洋的技術(shù)能力完全能夠勝任和完成好各種海上管道的敷埋工程施工任務(wù)。3.3、管道組焊連接PE管的連接除要有熱熔接、機(jī)械連接、電熔連接等方式。其中熱熔接連接方式具有成本低、管道接口質(zhì)量好、不需管件等優(yōu)點(diǎn)而被大量使用。在進(jìn)行管道熔接期間，必須注意做好以下工作：a、認(rèn)真檢查管材或零件，要復(fù)合規(guī)定的設(shè)計(jì)要求，在安裝過程中，每連接一根管段，必須及時檢查并及時清除管內(nèi)雜物，保持管內(nèi)干凈。b、發(fā)現(xiàn)管材有外觀有劃傷部位的，要禁止使用；c、檢查焊接操作崗位是否有足夠的空間，避免影響焊接機(jī)操作而造成焊接質(zhì)量問題；d、焊接前應(yīng)認(rèn)真檢測管道中心線和標(biāo)高，確保敷設(shè)的管道符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求；3.4、管道敷埋施工3.4.1、管道材料的選擇水下管道可利用管材柔性好、曲率半徑小、能實(shí)現(xiàn)無接縫長距離連接敷設(shè)、有一定的延展性和漂浮性（可調(diào)控管道的順直度）的管材，能夠使用海底基面大幅度變化而不影響使用壽命、保證正常運(yùn)行的管道。3.4.2、PE管敷設(shè)方法選擇海上PE管敷設(shè)由于其韌性及分段長度較長，常規(guī)敷設(shè)的方式可以采用漂浮下沉、敷管船溝槽敷埋、底拖敷設(shè)等方法，由于漂浮下沉和底拖方式對接管方式的需求較高，在沒有一定的施工場地或條件時，不宜采用。水下承插或法蘭連接方式雖然也可以實(shí)現(xiàn)，但由于投入的潛水員水下工作量較大，工期較長，在海上長距離敷設(shè)施工項(xiàng)目上一般都不采用。在上述方法中，敷管船配合開溝犁開溝埋管的方式是最經(jīng)濟(jì)和快捷的一種方法。敷管船在組管過程中，邊焊接邊發(fā)射邊移動船舶向前推進(jìn)，前行的動力依靠敷管船上的錨機(jī)和路由上的直行錨纜提供，每熔接完一根管道，向前推進(jìn)一次，直至到達(dá)預(yù)定的設(shè)計(jì)敷設(shè)位置。由于淺海區(qū)域水深一般都小于20m，因此，為了防止新敷設(shè)的管道暴露在海床上受到過往船舶拋錨時損壞或者因?yàn)槠渌蛐纬晒皹虮煌七M(jìn)器損壞，大都要求進(jìn)行溝槽內(nèi)埋設(shè)，因此，在進(jìn)行這類線路管道的敷設(shè)，需要利用敷管船端部的開溝犁或敷埋機(jī)進(jìn)行管溝的開挖，依靠入水后的管道注水和管道上安裝配重后形成的自重沉入溝槽底部，達(dá)到埋設(shè)的目的。管道進(jìn)入溝槽后，隨著開溝犁攪出的泥漿回淤，將管道固定。3.4.3、管道水壓試驗(yàn)為了檢驗(yàn)管線敷設(shè)后的質(zhì)量情況，防止管線一次敷設(shè)過長后檢查困難或出現(xiàn)故障后檢查難度增加，一般每完成500-1000m敷設(shè)即可進(jìn)行一次試壓，管線全部結(jié)束后，再進(jìn)行一次整體試壓，確保通水一次成功?？偣茉噳簭臑┑販\水去開始。a、灘地或淺水區(qū)管道安裝沉放到位后，管道兩側(cè)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回填（接口處不得回填）后，一般根據(jù)管段的長短，分1-2段進(jìn)行試壓。b、系統(tǒng)注水時，應(yīng)打開管道哥高出的排氣閥，將管道內(nèi)空氣盡量排盡。待水灌滿后，關(guān)閉排氣閥，用試壓泵進(jìn)行加壓，壓力應(yīng)逐漸升高，加壓到一定數(shù)值后，應(yīng)停下來對管道進(jìn)行檢查，物問題時繼續(xù)加壓，一般分2-3次升到試驗(yàn)壓力。當(dāng)壓力達(dá)到試驗(yàn)壓力時應(yīng)停止加壓，保持恒壓10min。對接口管身檢查無破損及漏水現(xiàn)場，認(rèn)為管道強(qiáng)度試驗(yàn)合格，在試驗(yàn)壓力下10min壓力下降不大于0.02Mpa，可以認(rèn)為氣密性試驗(yàn)合格，試壓質(zhì)量優(yōu)良，班組質(zhì)檢員應(yīng)及時做好試壓記錄。3.5、特殊工況下的應(yīng)急處置3.5.1、棄管海上的氣候瞬息萬變，由于敷管船施工期間受錨泊系統(tǒng)束縛，即使自己有動力也無法因?qū)Ｉ洗箫L(fēng)浪的影響，同時，由于敷管船受風(fēng)浪作用上下跳動，對敷管本身的質(zhì)量控制和現(xiàn)場作業(yè)安全會構(gòu)成較大的威脅，因此，在遇到臺風(fēng)或冷空氣等惡劣天氣影響時，施工船舶必須對托管架上的管道進(jìn)行棄放并及及時進(jìn)港避風(fēng)，以策施工船舶、人員的安全。棄管時有兩種方法可以采用，一種是單純地丟棄托管架上的管道，一種是將托管架和管道一起丟棄，但不管采用何種方式，棄管后都必須在管道的尾端做好標(biāo)記，以便能夠繼續(xù)施工時可以很快找到目標(biāo)。采用托管架和管道一起放棄時，可以利用敷管船前端的起重把桿，將托管架后端鉸支脫開并緩慢放到水下，然后脫開吊鉤鋼纜并系上浮鼓標(biāo)志。3.5.2、拾管風(fēng)暴過去待海上平靜后，敷管船重新進(jìn)場定位，并根據(jù)棄管時的GPS定位度數(shù)進(jìn)行軸線確認(rèn)，定位時，如果是棄管而沒有棄放托管架時，應(yīng)使托管架的前端靠近管道端部設(shè)置的浮標(biāo)，待拋錨艇將浮標(biāo)打撈起來后，緩慢地將托管架放下并慢慢地向前推進(jìn)，直至將管道起吊出水面，并擱放到托管架上，在這過程中可以通過錨纜的收放，不斷地調(diào)節(jié)敷管船，使其前后軸線與管軸線保持一致，然后通過發(fā)射架留放卷揚(yáng)機(jī)將管道慢慢拖到接管機(jī)組處，利用接管機(jī)上的修整刀斷開管端的悶板，并與新接管段對接，繼續(xù)開始管道敷放。3.6、給水管道消毒清洗在進(jìn)行生活用水輸送管道敷設(shè)施工時，管道沉放時禁止灌注海水或其他污水，建議采用干凈的自來水進(jìn)行灌注。待管道敷設(shè)貫通后，從一端裝入清洗球，并開始從管道的一端對管內(nèi)灌注清洗管道的消毒水，直至清洗球另一端排出，根據(jù)管道總長度和第一次的清洗速度，繼續(xù)用清洗液和清水哥清洗一遍。3.7、管道總體試壓及移交管道敷設(shè)結(jié)束，立即著手灘地管道和淺水區(qū)段的管道固定和壓載，然后進(jìn)行試壓，加壓時里應(yīng)管道內(nèi)充灌的水作為主要試壓體，然后通過管道兩端的法蘭盲板上設(shè)置的閥門，對管道內(nèi)進(jìn)行充氣加壓，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后，穩(wěn)定24小時，即可進(jìn)行移交，如在試壓過程中發(fā)現(xiàn)壓力不穩(wěn)定或上不去，必須對管道進(jìn)行全面的檢查，直至故障點(diǎn)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)為止。3.8、管道試壓質(zhì)量保證措施a、管道水壓試驗(yàn)前應(yīng)對壓力表進(jìn)行檢驗(yàn)，壓力表應(yīng)在有效的檢驗(yàn)期限內(nèi)；b、管道注水時，要認(rèn)真進(jìn)行排氣，排氣點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在管段的最高位。c、水壓試驗(yàn)時應(yīng)逐步升壓，并有專人負(fù)責(zé)觀測檢查。4、PE管道的應(yīng)用實(shí)例4.1、目前國內(nèi)外有記錄達(dá)到10km以上的PE輸水管線管敷設(shè)實(shí)例國家地點(diǎn)時間施工單位管道類別管徑長度（m)巴西RiodeJJaneriio1998WANTA排放管道PP16002*6000挪威Fredriksstad2004WANTA飲用水管道PP71012900中國大連長?？h2006上?；A(chǔ)輸水管道PE45016000中國汕頭至南澳島2011江蘇神龍海洋輸水管道PE6302*17850中國大連長?？h2013江蘇神龍海洋輸水管道PE6302*174004.2、國內(nèi)外5KM左右及以下的PE輸水管線敷設(shè)實(shí)例國家地點(diǎn)時間管道類別管徑長度（m)瑞典Gothenbuurg1971排放管道10005000敘利亞Arwad1985輸水管道1805664英國Fyld海1995排海管道14006300瑞典Sodertallje2000取冷水管道10006134泰國GuijofSiam2000取水管道PE10006000克羅地亞SplitSttobrecc2001排海管道10002932冰島Reykjaviik海2001飲用水管道1000-140006245愛爾蘭Corklougghmahhon2001跨海引水12007064瑞典Loudden2003泵送管6306820克羅地亞Sibenik2004排海管道12005134瑞典Kalmar2004飲用水管7107920西班牙Cartagenne2005脫鹽排放管14004800中國舟山長涂島2003輸水管道2502100中國浙江諸暨至店口2005輸水管道63038004.3、鋼管敷設(shè)和PE管施工比較施工管材鋼管PE管備注施工方法每根管段在駁船上上單獨(dú)焊接，而而后通過向前前移動駁船來來敷設(shè)已經(jīng)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藝，或者預(yù)預(yù)挖溝槽而后后對管段進(jìn)行行沉放每根管段在駁船上上單獨(dú)焊接，而而后通過向后后移動駁船來來敷設(shè)已經(jīng)焊焊接完的管段段，管道埋深深采用邊敷邊邊埋的施工工工藝，或者預(yù)預(yù)挖溝槽而后后對管道進(jìn)行行沉放材料特性強(qiáng)度高、密度大、曲曲率半徑大抗拉強(qiáng)度小、環(huán)向向強(qiáng)度低、密密度小、曲率率半徑小管段焊接采用自動或者半自自動焊對鋼管管進(jìn)行焊接，焊焊接完成后才才有超聲波探探傷、X光拍片對焊焊縫質(zhì)量進(jìn)行行檢測，并按按照有關(guān)規(guī)范范對焊縫質(zhì)量量進(jìn)行評定采用熱熔的方式對對管道進(jìn)行焊焊接，焊縫質(zhì)質(zhì)量依靠焊縫縫外觀檢測以以及工藝控制制防腐焊縫質(zhì)量合格后需需要對管段進(jìn)進(jìn)行內(nèi)外除銹銹防腐施工，同同時加焊犧牲牲陽極。無需進(jìn)行防腐施工工處理配重?zé)o需進(jìn)行額外配重重需要根據(jù)管段實(shí)際際情況對管段段進(jìn)行配重安安裝施工周期施工周期長施工周期短4.5、采用敷管船進(jìn)行邊敷邊埋工藝的特點(diǎn)：a、確保了整個管道的連續(xù)接長施