鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管在海洋供水工程中的應(yīng)用

鋼絲網(wǎng)骨架塑料復(fù)合管在海洋供水工程中的應(yīng)用

1建設(shè)條件及建設(shè)難點(diǎn)分析莆田平海半島和南日島位于福建省東南海岸，與臺灣沒有水。平海半島包含東嶠、埭頭和平海三個(gè)鎮(zhèn),面積228km2,總?cè)丝?2萬人。南日島陸域面積52km2,人口5.6萬人。平海半島及南日島年降雨量少,沒有大中型水庫工程,淡水資源缺乏,地下水中含大量苦咸水,居民生活飲水困難。為解決該問題,經(jīng)福建省發(fā)改委批準(zhǔn),莆田平海灣跨海供水應(yīng)急工程于2006年5月動工興建,水源取自以東圳水庫引水的湄洲灣北岸供水工程,設(shè)計(jì)引水流量0.78m3/s,日供水能力6.5萬噸,受益人口37.6萬人。DN500mm-800mm輸水管道長44.3km,其中跨海段DN500mm鋼絲網(wǎng)骨架塑料(聚乙烯)復(fù)合管(SPE)長9.86km。工程概算總投入1.84億元,工期2年?？绾６屋斔艿拦こ痰靥幤胶澈？?海域廣闊,海深15m-37m。海底較平緩,高差起伏不大,除石城入海段300m基巖坡度達(dá)10%,其它坡度在3%以內(nèi)。地質(zhì)條件較好,上部分分別為淤泥質(zhì)細(xì)中粗砂層,厚5m-30m,下部為砂積粘土成基巖。石城入海段和南日上島段部分有零星礁石和基巖裸露。海面多年平均風(fēng)速6.9m/s,最大風(fēng)速31m/s。潮汐為半日潮,最高潮位4.89m,最低潮位3.66m,最大潮差7.03m。跨海段管道工程受氣候、風(fēng)浪、流速、水深、潮汐的影響,施工難度大,是整個(gè)工程建設(shè)的關(guān)鍵項(xiàng)目。由于采用新型管材,實(shí)施科學(xué)的施工工藝和方法,僅用6個(gè)月時(shí)間便完成了9.86km跨海段鋪管任務(wù),確保2007年國慶節(jié)實(shí)現(xiàn)上島供水,徹底解決南日島上的居民飲水困難問題,對促進(jìn)海島經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保障人民身體健康具有十分重要的意義。2管道—管材選擇南日島跨海供水應(yīng)急工程管線鋪設(shè)經(jīng)過丘陵、淤泥、海底及海灘。陸地段管道設(shè)計(jì)工作壓力0.8MPa,跨海段1.6MPa。管材比選遵循技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)安全原則。陸地段采用纖維纏繞玻璃鋼管,造價(jià)低,質(zhì)量穩(wěn)定,滲漏量少,重量輕,安裝方便,可承受較大外力,能滿足管道運(yùn)行要求?？绾６问强绾９┧目刂菩怨こ?合理選用管材是確保整個(gè)工程質(zhì)量的關(guān)鍵。對比鋼管、纏繞玻璃鋼管、SPE管,纖維玻璃鋼管海上施工難度大,接頭連接難以滿足本工程長距離和相應(yīng)水深下的施工要求。鋼管造價(jià)高,在運(yùn)行中易銹腐,防腐難度大,需定期維護(hù)。SPE管作為一種新型管材,已在跨海工程中應(yīng)用,且投資省,耐久性好,滲漏量少,糙率小,重量輕,曲率大,安裝方便,抗拉強(qiáng)度大,無須防腐,接頭經(jīng)廠家專業(yè)施工,能滿足管網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)要求。根據(jù)海底輸水管道的運(yùn)行要求,經(jīng)過專家綜合分析比較,跨海段選用SPE管。3海底管道spe管安裝為克服SPE管接頭安全隱患,采用48m的管道,以減少接頭數(shù)量;在施工作業(yè)船舶上安裝連接時(shí),采用熱熔對接和電熔套筒雙保險(xiǎn)連接工藝,以滿足海底管道施工要求,確保工程質(zhì)量和工期。根據(jù)海上作業(yè)需要和SPE管允許的最小彎曲半徑,在施工作業(yè)船上制作專用發(fā)射架,把長48m的SPE管吊裝在發(fā)射架的軌道上組裝配管塊。在專用的工作臺上連接SPE管,通過恒張力和反弧段托管架控制拉應(yīng)力,緩慢把安裝好的SPE管發(fā)射到海床上。通過“后挖法”將SPE管埋設(shè)在海底,吹沙回填。根據(jù)不同海床地質(zhì)條件,采用網(wǎng)絡(luò)石籠、磨袋混凝土壓載,保護(hù)海底管道安全。4spe管鋪設(shè)海上鋪管采用“鋪管船”,鋪管船只尺度為L61.5m×B21.8m×D5m,托管架長40m,最大鋪設(shè)角度35°。鋪管時(shí),先將加工好的SPE管(48m/條)運(yùn)到鋪管船,再在鋪管船上進(jìn)行每條管的熱熔對接和電熔套筒連接;SPE管道每隔1.2m安裝一組耐海水腐蝕的鑄鐵壓重塊,重120kg左右;然后通過絞移鋪管船使管道下水。采用“后挖溝機(jī)”進(jìn)行后挖溝作業(yè),先采用“高壓水”射散已鋪管道周圍的淤泥,同時(shí)采用“高壓氣”將已打散的泥漿攜帶到管槽之外,使海底管槽達(dá)到設(shè)計(jì)的挖深。“后挖溝機(jī)”外形尺寸為B8m×L5m×H4m,海底開挖深度可達(dá)2.5m。4.1spe管道連接技術(shù)4.1.1電熔焊接工藝先對需連接的管材兩端表面進(jìn)行打磨處理,去除表面氧化層,并對管件內(nèi)壁進(jìn)行同樣處理。電熔套筒管件預(yù)套在連接管材的一端,采用對接機(jī)對管材連接端面進(jìn)行熱熔對接。在嚴(yán)格的工藝條件下,計(jì)算好對接時(shí)間,在管材對接翻邊位完全冷卻前,將翻邊用鏟刀清除,注意保持好對接縫的整齊與平整。待對接區(qū)域冷卻充分后,對電熔管件最終安裝位置進(jìn)行手工預(yù)標(biāo)示,利用液壓油缸將管件回推至焊縫標(biāo)示位置,確認(rèn)無誤后進(jìn)行電熔焊接操作。電熔焊接時(shí)嚴(yán)密監(jiān)控焊機(jī)的參數(shù)變化,并與管件實(shí)際反應(yīng)相結(jié)合,準(zhǔn)確判斷掌握焊接質(zhì)量。電熔焊接完成后應(yīng)保持嚴(yán)格的工藝?yán)鋮s時(shí)間,并保持夾具鎖卡,嚴(yán)禁在規(guī)定工藝時(shí)間不到的情況下擾動管材或在管材上進(jìn)行其它工序操作。在充分冷卻后,對電熔管件口端冷卻區(qū)和電熔接線柱進(jìn)行熱吹風(fēng)焊制PE密封處理,嚴(yán)防管件電熱絲與外介質(zhì)的接觸。4.1.2連接工藝的設(shè)計(jì)法蘭連接關(guān)鍵功能有兩點(diǎn),一是實(shí)現(xiàn)與陸地管網(wǎng)的連接;二是滿足在管道施工過程中的水壓試驗(yàn)需要。連接工藝如下:將管材表面及管件內(nèi)壁的氧化層去除后進(jìn)行套裝,套裝時(shí)借用液壓設(shè)備將管件的一端與管材的一端端口盡量保持同一截面。待電熔焊接完成后,同時(shí)用銑刀對管件端面和管材端面進(jìn)行銑削,修正管材與管件的截面。再利用對接設(shè)備預(yù)制好的PE法蘭頭將管材與電熔管件進(jìn)行整體熱熔對接。4.2管道安裝4.2.1運(yùn)營和管理任務(wù)(1)“抗混”裝置的吊裝為確保海上吊裝接駁安全,采用四個(gè)吊點(diǎn),搭設(shè)兩層支架,以減少管道的彎曲,確保受力均衡,避免因管道吊裝過程中應(yīng)力集中而損壞管段。待運(yùn)輸船駁靠近作業(yè)船,利用作業(yè)船上的起重機(jī),采用二層支架吊桿把48m的管道從運(yùn)輸船駁上吊卸在作業(yè)船上堆放區(qū),再用同樣的方法把48m的管道吊裝到發(fā)射架作業(yè)區(qū)的滑道上。將待下水的SPE管頭用鋼板封住,并在鋼板上安裝好一個(gè)直徑1.2cm“進(jìn)水閥門”和一個(gè)20t拉力“眼板”進(jìn)行錨固。(2)管道連接在發(fā)射作業(yè)區(qū)的熱熔工作站,對“48m長”的管道與“下?！惫艿肋M(jìn)行電熔連接。將配重塊安裝到管段的指定位置。(3)錨纜移船裝放船管放管經(jīng)連接檢驗(yàn)合格后,開始絞錨鋪管。鋪管作業(yè)時(shí),依據(jù)敷設(shè)和安裝的需要,通過收、放錨纜移動船位,一邊移船,一邊放管,保持放管的速度與移船的速度協(xié)調(diào)一致,使管線在整個(gè)鋪管過程中始終處于安全的狀態(tài)。每次放管,鋪管船移動的距離約48m。(4)控制內(nèi)部恒張力在恒張力系統(tǒng)的控制下,管線按照預(yù)先設(shè)計(jì)的曲線,沿著滑道和托管架下滑,安全著落海床上。根據(jù)管線計(jì)算,不同水深有不同的恒張力,可通過調(diào)整電壓來控制。為確保管道應(yīng)力安全,通過實(shí)測應(yīng)變檢測應(yīng)力變化范圍。(5)管道管道的形成在DGPS系統(tǒng)監(jiān)控下,鋪管作業(yè)通過調(diào)整船位,使管線能按設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確就位。(6)對該段的外觀進(jìn)行了區(qū)域注射試驗(yàn)管段每鋪設(shè)一定長度后,潛水員下水探摸并利用水下錄像檢驗(yàn)管段。(7)陸空拋錨作業(yè)為使鋪管船能夠連續(xù)作業(yè),必須根據(jù)整個(gè)工程的進(jìn)度有規(guī)律地進(jìn)行起、拋錨作業(yè)。由于該區(qū)域水流很急,為保證船舶及管線的安全,起、拋錨作業(yè)安排在平潮或水流較小(2節(jié)以下)時(shí)進(jìn)行。4.2.2水平下火炬樹為減少管道下滑過程中受力不均勻,根據(jù)管道允許變形的彎曲半徑,將托管架滑道設(shè)計(jì)成“S”型,長40m。為確保不同水深條件下管線在施工過程中保持一定的曲線形態(tài),必須根據(jù)曲線計(jì)算結(jié)果調(diào)整托管架的斜率,即水深不同,托管架的斜率也不同。在作業(yè)過程中通過扒桿上的滑輪組調(diào)整托管架斜率。4.3dgps協(xié)助下的后挖溝施工該工程的挖溝工作(除炸礁段外)采用先鋪管后挖溝的施工方法,使用專用“后挖溝機(jī)”在已鋪設(shè)的管線上開挖管溝?！昂笸跍蠙C(jī)”為機(jī)翼形,兩機(jī)翼為浮箱,在敷設(shè)海底管線中多次使用,效果良好。由“南?！逼鹬卮?fù)責(zé)吊放及牽引。管道后挖溝施工步驟如下:管道鋪設(shè)完成后進(jìn)行后挖溝施工,從近岸點(diǎn)開始往海向進(jìn)行。在DGPS協(xié)助下,挖溝施工作業(yè)支持船在管道路由上拋錨定位。通過支持船的吊桿將挖溝機(jī)吊放下水,在潛水員的協(xié)助下,挖溝機(jī)被小心安裝在管道上。潛水員注意檢查,確保挖溝機(jī)不碰傷管道,并保證管道安全進(jìn)入挖溝機(jī)的開挖槽之間。啟動支持船上的動力,開啟挖溝機(jī)高壓水泵和空壓機(jī),支持船上的絞車通過鋼絲繩牽引挖溝機(jī)進(jìn)行挖溝作業(yè)。在挖溝作業(yè)的開始段和結(jié)束段要小心控制挖溝深度,保證過渡段的挖溝深度逐漸變化達(dá)到設(shè)計(jì)深度。挖溝作業(yè)施工過程中,要定期記錄絞車的拖絞力,潛水員要定期下水檢查,摸清管溝的開挖深度,管道與挖溝機(jī)之間的相對關(guān)系,管線上是否存在障礙物以及是否存在管線懸跨現(xiàn)象,以確保管線的安全。挖溝結(jié)束后,必須在潛水員的協(xié)助下才能吊起挖溝機(jī)。4.4作業(yè)壓力控制采用注水法對已施工完的管道現(xiàn)場進(jìn)行壓水試驗(yàn)。管道兩端采用“法蘭”加“盲板”封堵,在作業(yè)船上向裝有“法蘭”和“盲板”的管端注水,