氣囊在采用底拖法施工海底鋼管中的應(yīng)用

杜思訪 劉利

廣東水電二局股份有限公司 廣東廣州 511340

氣囊在采用底拖法施工海底鋼管中的應(yīng)用

杜思訪 劉利

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底拖法不但對于風(fēng)浪、潮流等影響有一定的適應(yīng)能力，而且必要時可以中斷作業(yè)，其所受損失在時間和經(jīng)濟損失上都比較小，因而其在近海岸、灘海以及河底管道鋪設(shè)中應(yīng)用廣泛。對于鋼制管道來說，在拖管過程中如何確保防腐層磨損而破壞是底拖法應(yīng)用要解決的關(guān)鍵問題。本文依托湛江市鑒江供水南三河跨海段輸水管道項目，重點闡述了氣囊，即助浮氣囊和助運氣囊在底拖法施工中的應(yīng)用，不但確保了防腐層的質(zhì)量，而且大大降低了托管牽引力，在類似工程中具有推廣和借鑒意義。

氣囊；海底管道；底拖法

1.引言

隨著我國海洋開發(fā)的迅速發(fā)展和跨流域調(diào)水需求不斷提高，人們越來越重視管道運輸在解決此類問題中所發(fā)揮的作用。管道運輸是油氣、淡水運輸中最主要，同時也是最快捷、經(jīng)濟、可靠的方式，越來越多的海底管道工程從沿海大陸通向近岸島嶼和島嶼之間連接。根據(jù)海底管道輸送的介質(zhì)不同，海底管道的管材也趨向于多樣化，有用于海底油氣管道的高強度鋼材外加混凝土配重；有用于輸送淡水的常規(guī)Q235鋼材外涂裝防腐層；也有用于淡水或者污水輸送的PE管道、玻璃鋼管道和混凝土管道等。

底拖法雖然受海底坡度、地質(zhì)條件的影響較大，但海底作業(yè)的適應(yīng)性較強，遇大風(fēng)浪時，可中斷作業(yè)，以后再繼續(xù)進(jìn)行。但底拖法除了需用較完善的下水滑道和相應(yīng)規(guī)模的陸上制管場外，還有兩個關(guān)鍵問題要解決，一是由于海底土體與管道之間的摩擦力大，導(dǎo)致拖拉管道所需的牽引力要求很高；二是管道表面的防腐層在拖管過程中容易遭到磨損而破壞。

2.工程概況

南三河跨海段輸水管道工程是湛江市鑒江供水樞紐工程的一部分，采用兩根DN1800鋼制管道并行穿過南三河，沉管位置臨近入?？?，每根過河鋼管水下部分長約1214m，兩管中心間距為5m，管道布置近似U形，鋼制管道壁厚22mm，水下埋深約14.6m。鋼管內(nèi)防腐采用符合飲用水衛(wèi)生安全的環(huán)氧防腐材料特加強級，干膜厚度0.3mm；鋼管外防腐采用厚漿型環(huán)氧煤瀝青特加強級防腐（七油兩布），干膜厚度≧0.6mm。本工程涉及的相關(guān)參數(shù)如下：

鋼管直徑：外徑1844mm，內(nèi)徑1800mm；鋼管壁厚：22mm；鋼管外圓周周長：5793mm；鋼管內(nèi)圓周長：5655mm；鋼管金屬截面積：0.126m2；鋼管充水量：2.5m3/m；每米鋼管自重：989kg/m。

3.防腐磨損試驗

3.1 防腐層磨損試驗

3.1.1 試驗?zāi)繕?biāo)

模擬拖管工況，通過現(xiàn)場試驗的方式，觀測檢驗防腐層在拖管過程中的磨損情況。

3.1.2 檢驗標(biāo)準(zhǔn)

在沙地里模擬拖管工況拖拽后，檢測防腐層的破損情況。

3.1.3 試驗方法：

（1）試驗環(huán)境：現(xiàn)場沙地。

（2）試驗樣本：采用同樣材質(zhì)的8mm厚鋼板，按照施工用管道的弧度（直徑1.8m）彎制，弧線長度為1.6m，鋼板長度為10m。該鋼板的防腐處理采用施工用鋼管的防腐處理方法，即七油兩布。

（3）試驗方式：把試驗樣本在沙地里鋼管來回拖拽200m。

3.1.4 觀測

檢查防腐層的破損情況。

3.1 .5 試驗結(jié)果分析

（1）試驗結(jié)果

拖拽距離 50m 100m 150m 200m破損狀況 無破損 無破損 無破損 無破損

試驗鋼管拖拽200m后，經(jīng)有資質(zhì)的檢測單位檢測，防腐層厚度、粘結(jié)力等各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。

（2）陸上牽引工況

由于管道在發(fā)射架上通過氣囊滾動，其滾動摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于試驗情況下的滑動摩擦系數(shù)，且氣囊具有柔性，故在該工況下防腐層不會遭到破壞。

（3）水下牽引工況

由于水下拖管采取半懸浮狀態(tài)下拖管，通過在鋼制管道上按照預(yù)定方案綁扎特制的氣囊，使得水下管道負(fù)浮力僅為管道重力的10%，同時水下拖管采用增加浮力來擺脫水下土壤對鋼管的附著力，由于水下的摩擦系數(shù)小于實驗情況，鋼管與水下基槽的接觸面與實驗情況基本一致，所以水下正常牽引工況的摩擦力小于實驗情況。故在該工況下，管道的防腐層不會遭到破壞。

4.氣囊的選擇和應(yīng)用

本工程中氣囊的使用分為兩部分，第一是陸上出運時，在鋼管下面合理鋪設(shè)氣囊并適當(dāng)充氣，拖拉鋼管時，利用氣囊滾動協(xié)助出運；第二部分是水下拖拉部分，在鋼管上按預(yù)定方案綁扎好氣囊，減小管道負(fù)浮力，從而降低鋼管與基槽之間的摩擦力，以防止防腐層破壞。

4.1 施工流程

拖管施工工藝流程框圖見下圖。

4.2 陸上氣囊滾動出運

為了保證陸上鋼管焊接質(zhì)量，有效地保護(hù)好防腐層，同時使焊接好的鋼管能夠順利入海，我們采用氣囊滾動法出運。根據(jù)鋼管長度和重量，采用平移、滾動或吊裝方式把鋼管移動到管道軸線上的發(fā)射通道。發(fā)射通道用沙石作基礎(chǔ)，路寬12m。堤內(nèi)發(fā)射通道總長250m到水邊，防洪堤與堤內(nèi)發(fā)射通道交界處坡道用土工膜布袋沙作基礎(chǔ)。

出運氣囊的規(guī)格為：直徑1.2m、長度3.0m的特制氣囊。氣囊布置在原水輸水鋼管底部，經(jīng)過計算氣囊與鋼管的承載力關(guān)系，氣囊每10m設(shè)置一個。一方面減少鋼管拖運的摩擦力，另一方面可以保護(hù)鋼管外層的防腐層。

堤外發(fā)射通道總長70m，用1m×1m×2m的鋼筋籠作為堤外發(fā)射通道骨架，內(nèi)填充沙袋，外用尼龍網(wǎng)圍邊。發(fā)射通道用砂包形成弧面，然后鋪砂墊層，在墊層上澆筑10cm的素混凝土。堤外發(fā)射通道的曲率半徑為1000m，其結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖所示：

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