水下長(zhǎng)距離PE管道敷設(shè)施工技術(shù)

韓建軍，張旭峰，高玉久，劉先念

（大連市供水有限公司，遼寧 大連116021）

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(zhǎng)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(dòng)其應(yīng)用在污水排放、取水、飲用水及生活污水壓力管道系統(tǒng)中。本文主要對(duì)海上長(zhǎng)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。

1 敷埋施工工藝

1.1 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(wú)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(duì)海上長(zhǎng)距離管道的敷設(shè)，必須選擇抗防能力強(qiáng)，自動(dòng)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(guó)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(dòng)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(duì)于有開溝要求的管道，采用了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。

1.2 長(zhǎng)距離管道敷設(shè)施工流程

長(zhǎng)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(chǎng)地和時(shí)間，因此，在工程正式開始前，對(duì)施工所需的材料和給養(yǎng)必須提前準(zhǔn)備到位，這樣方可確保海上敷管施工順利進(jìn)行。

根據(jù)對(duì)此次大連市長(zhǎng)?？h跨海引水工程現(xiàn)場(chǎng)施工情況總結(jié)，海上長(zhǎng)距離管道敷設(shè)的施工流程可以按照?qǐng)D1所示的工藝流程圖操作。

圖1 工藝流程圖

2 管道敷埋施工技術(shù)

2.1 施工地形復(fù)核

長(zhǎng)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(chǎng)、配重塊預(yù)制加工的同時(shí)，必須做好敷管路由的地形勘察，核對(duì)設(shè)計(jì)所參照的地質(zhì)資料情況，對(duì)特殊地質(zhì)段和與源設(shè)計(jì)地形不符的地段，必須報(bào)請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)和建設(shè)單位對(duì)可疑和變化地段進(jìn)行復(fù)核和制定針對(duì)性的施工處理方案，對(duì)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(shí)候可以對(duì)敷管船及開溝機(jī)組進(jìn)行改造，來(lái)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(cè)深儀進(jìn)行地形的復(fù)測(cè)，在測(cè)量過(guò)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(lái)指揮和控制測(cè)量船舶的航行路線，確保測(cè)量路由和設(shè)計(jì)路由重合。

2.2 施工布置

海上長(zhǎng)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(guò)的路線長(zhǎng)，很有可能要經(jīng)歷多個(gè)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 以上深將作為正常施工水域和深度，淺于該水深的水域作為灘地或淺水施工區(qū)域。

淺水區(qū)域一般均需要對(duì)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(wú)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(zhǎng)發(fā)射到開挖好的溝槽內(nèi)，由陸上牽引點(diǎn)卷?yè)P(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(zhǎng)度進(jìn)入正常作業(yè)區(qū)段后，陸上牽引點(diǎn)開始對(duì)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(guò)渡扭曲，在下沉?xí)r，水面配以拋錨艇對(duì)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，前后左右共布置8 套錨泊系統(tǒng)，主要用于敷管船敷管移動(dòng)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(duì)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(duì)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(guò)往船舶損傷。

2.3 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：

1）檢查管材或零件，要符合規(guī)定的設(shè)計(jì)要求，在安裝過(guò)程中，每連接一根管段，必須及時(shí)檢查并及時(shí)清除管內(nèi)雜物，保持管內(nèi)干凈。

2）發(fā)現(xiàn)管材有外觀有劃傷部位的，要禁止使用。

3）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(wèn)題。

4）焊接前應(yīng)認(rèn)真檢測(cè)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。

2.4 管道敷埋施工

2.4.1 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(wú)接縫長(zhǎng)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。

2.4.2 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(zhǎng)度較長(zhǎng)，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(duì)接管方式的需求較高，在沒(méi)有一定的施工場(chǎng)地或條件時(shí)，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(zhǎng)，在海上長(zhǎng)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(guò)程中，邊焊接、邊發(fā)射、邊移動(dòng)船舶向前推進(jìn)，前行的動(dòng)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20 m，因此，為了防止新敷設(shè)的管道暴露在海床上受到過(guò)往船舶拋錨時(shí)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。

2.4.3 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(guò)長(zhǎng)后檢查困難或出現(xiàn)故障后檢查難度增加，一般每完成500～1 000 m 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\水區(qū)開始。

1）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(zhǎng)短，分1～2 段進(jìn)行試壓。

2）系統(tǒng)注水時(shí)，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(lái)對(duì)管道進(jìn)行檢查，沒(méi)問(wèn)題時(shí)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(shí)應(yīng)停止加壓，保持恒壓10 min。對(duì)接口管身檢查無(wú)破損及漏水現(xiàn)場(chǎng)，認(rèn)為管道強(qiáng)度試驗(yàn)合格，在試驗(yàn)壓力下10 min 壓力下降不大于0.02 MPa，可以認(rèn)為氣密性試驗(yàn)合格、試壓質(zhì)量?jī)?yōu)良，班組質(zhì)檢員應(yīng)及時(shí)做好試壓記錄。

2.5 特殊工況下的應(yīng)急處置

2.5.1 棄 管

海上的氣候瞬息萬(wàn)變，由于敷管船施工期間受錨泊系統(tǒng)束縛，即使自己有動(dòng)力也無(wú)法因?qū)Ｉ洗箫L(fēng)浪的影響，同時(shí)，由于敷管船受風(fēng)浪作用上下跳動(dòng)，對(duì)敷管本身的質(zhì)量控制和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全會(huì)構(gòu)成較大的威脅，因此，在遇到臺(tái)風(fēng)或冷空氣等惡劣天氣影響時(shí)，施工船舶必須對(duì)托管架上的管道進(jìn)行棄放并及時(shí)進(jìn)港避風(fēng)，以保證施工船舶、人員的安全。

棄管時(shí)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(shí)可以很快找到目標(biāo)。

采用托管架和管道一起放棄時(shí)，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。

2.5.2 拾 管

風(fēng)暴過(guò)去待海上平靜后，敷管船重新進(jìn)場(chǎng)定位，并根據(jù)棄管時(shí)的GPS 定位度數(shù)進(jìn)行軸線確認(rèn)，定位時(shí)，如果是棄管而沒(méi)有棄放托管架時(shí)，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(lái)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(guò)程中可以通過(guò)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(guò)發(fā)射架留放卷?yè)P(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(duì)接，繼續(xù)開始管道敷放。

2.6 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(shí)，管道沉放時(shí)禁止灌注海水或其他污水，建議采用干凈的自來(lái)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(duì)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(zhǎng)度和第一次的清洗速度，繼續(xù)用清洗液和清水清洗一遍。

2.7 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(shí)里應(yīng)管道內(nèi)充灌的水作為主要試壓體，然后通過(guò)管道兩端的法蘭盲板上設(shè)置的閥門，對(duì)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 h，即可進(jìn)行移交，如在試壓過(guò)程中發(fā)現(xiàn)壓力不穩(wěn)定或上不去，必須對(duì)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。

2.8 管道試壓質(zhì)量保證措施

1）管道水壓試驗(yàn)前應(yīng)對(duì)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)。

2）管道注水時(shí)，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。

3）水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)逐步升壓，并有專人負(fù)責(zé)觀測(cè)檢查。

3 鋼管敷設(shè)和PE 管施工比較

1）鋼管。施工方法：每根管段在駁船上單獨(dú)焊接，而后通過(guò)向前移動(dòng)駁船來(lái)敷設(shè)已經(jīng)焊接好的管段，管道埋深采用先敷后埋的施工工藝，或者預(yù)挖溝槽而后對(duì)管段進(jìn)行沉放。材料特性：強(qiáng)度高、密度大、曲率半徑大。管段焊接：采用自動(dòng)或者半自動(dòng)焊對(duì)鋼管進(jìn)行焊接，焊接完成后才有超聲波探傷、X 光拍片對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并按照有關(guān)規(guī)范對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。焊縫質(zhì)量合格后需要對(duì)管段進(jìn)行內(nèi)外除銹防腐施工，同時(shí)加焊犧牲陽(yáng)極。無(wú)需進(jìn)行額外配重，施工周期長(zhǎng)。

2）PE 管。施工方法：每根管段在駁船上單獨(dú)焊接，而后通過(guò)向后移動(dòng)駁船來(lái)敷設(shè)已經(jīng)焊接完的管段，管道埋深采用邊敷邊埋的施工工藝，或者預(yù)挖溝槽而后對(duì)管道進(jìn)行沉放。材料特性：抗拉強(qiáng)度小、環(huán)向強(qiáng)度低、密度小、曲率半徑小。管段焊接：采用熱熔的方式對(duì)管道進(jìn)行焊接，焊縫質(zhì)量依靠焊縫外觀檢測(cè)以及工藝控制。無(wú)需進(jìn)行防腐施工處理，需要根據(jù)管段實(shí)際情況對(duì)管段進(jìn)行配重安裝，施工周期短。

4 采用敷管船進(jìn)行邊敷邊埋工藝的特點(diǎn)

1）確保了整個(gè)管道的連續(xù)接長(zhǎng)施工，海上深水段管道避免了采用法蘭連接（或其他水下連接方式）的操作困難。

2）避免了采用先挖后埋敷管所需的大量人力、船舶設(shè)備的投入，節(jié)約了大量的人力、物力以及大開挖對(duì)環(huán)境的破壞和影響，同時(shí)也解決了水下溝槽開挖回淤快、管道埋深不足的問(wèn)題。

3）將開挖埋管與敷管船合二為一，現(xiàn)場(chǎng)只需少量的作業(yè)船即可實(shí)現(xiàn)管道的敷設(shè)，并保證了管道的埋深能夠符合設(shè)計(jì)要求，減少了施工船舶的投入和維護(hù)養(yǎng)護(hù)，大大節(jié)約了施工成本。

4）敷設(shè)管道一次到位，從發(fā)射架到托管架就直接進(jìn)入設(shè)計(jì)深度的溝槽中，解決了管道在海床表面停留時(shí)間長(zhǎng)可能出現(xiàn)的水流影響和過(guò)往停留船舶帶來(lái)的“錨害”，降低了外界對(duì)管道施工質(zhì)量造成影響的風(fēng)險(xiǎn)。

5）采用淺海無(wú)張力敷管工藝進(jìn)行管道邊敷邊埋施工，克服了其他施工方法對(duì)管材高強(qiáng)度的要求的不利因素，滿足了PE 管道的施工質(zhì)量要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)近幾年的水下PE 管道敷埋施工，雖然海上敷設(shè)長(zhǎng)距離輸水管道的技術(shù)目前已經(jīng)成熟，但管道的保護(hù)仍是目前國(guó)內(nèi)外水底管道工程技術(shù)的關(guān)鍵。根據(jù)水下管道的破壞機(jī)制研究，結(jié)合海底管道所需承受外力的情況，熔接管道能夠基本保證管道自身水下的保護(hù)，但一旦遇到機(jī)械性人為的損傷，由于其在水下具有不可尋蹤的特點(diǎn)，無(wú)法用儀器快速尋找發(fā)現(xiàn)和進(jìn)行維修。因此，國(guó)內(nèi)在進(jìn)行這類管道設(shè)計(jì)時(shí)，都考慮了一定的埋設(shè)，這對(duì)施工期間的埋深控制與監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。在今后的跨海引水管道敷設(shè)施工技術(shù)方面，還需要投入更多的研究力度，結(jié)合先進(jìn)的水下測(cè)量技術(shù)，完善監(jiān)控機(jī)制，確保管道敷設(shè)的施工質(zhì)量。