深海排污管道施工技術(shù)應(yīng)用

王穆芝 欒成浩

（中國人民解放軍 72702部隊，山東 青島 266021）

0 總體概述

我國海域遼闊、海岸線綿長。生態(tài)文明建設(shè)關(guān)系人民生活，關(guān)乎民族未來。霧霾天氣范圍擴大，環(huán)境污染矛盾突出，是大自然向粗放發(fā)展方式亮起的紅燈。必須加強生態(tài)環(huán)境保護，下決心用硬措施完成硬任務(wù)。沿海城市為保護海洋資源和環(huán)境，促進海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)污水排海管道深海排放工程項目對減輕環(huán)境污染尤為重要。

1 深海排污管道材料的選擇

目前，國內(nèi)比較常用的排水壓力管材有鋼管、球墨鑄鐵管、HDPE管、玻璃鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管等。當(dāng)對深海排污管道而言，結(jié)合海域施工特點，要求管道具有良好的韌性，機械強度大，整體性好，使用壽命長等特性，滿足海上施工復(fù)雜工況，選用鋼管、HDPE管最為合適。

2 鋼制管道加工工藝

為滿足使用、強度、穩(wěn)定和自然環(huán)境條件的要求，每種鋼質(zhì)管道在直徑、管壁厚度、適用材質(zhì)、防腐措施等皆有所不同，從而使用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求也不同，在實施中細致把握，嚴(yán)格遵守各項規(guī)定是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。

以工程鋼管材質(zhì)品種為Q235C低碳鋼為例：

2.1 鋼管材質(zhì)

1）鋼質(zhì)管道材料技術(shù)要求主要包括煉制方法、化學(xué)成份、熱處理，力學(xué)性能、各種質(zhì)量控制試驗、資料文件及標(biāo)記方法。

2）所有材料均應(yīng)附有出廠試驗證明書，包括熔煉爐號、制造方法、試驗結(jié)果及認(rèn)可試驗等項目。

3）所有材料均應(yīng)標(biāo)有制造廠、等級、熔煉爐號、尺寸和用途等項內(nèi)容的標(biāo)記，這些標(biāo)記要易于辯認(rèn)和查找。

4）禁止使用產(chǎn)地不詳或材質(zhì)不明的材料。

5）化學(xué)成份

（1）鋼材應(yīng)具有與規(guī)定的制造，加工和焊接工藝要求相一致的化學(xué)成份，以保證足夠的強度、延性、韌性和抗腐蝕性。

表1 碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分要求

（2）化學(xué)成份應(yīng)由爐罐分析和成品分析確定。每爐鋼均應(yīng)進行爐罐分析。每50t成品為一批，每批應(yīng)做一次化學(xué)成份校驗分析。

6）力學(xué)性能

（1）材料的基本力學(xué)性能：屈服強度、抗拉強度、伸長率、斷面收縮率、韌度和焊接接頭硬度均應(yīng)作為質(zhì)量控制的內(nèi)容。

表2 結(jié)構(gòu)鋼拉伸和沖擊性能要求

（2）母材取樣位置應(yīng)盡量垂直于軋制方向。

（3）力學(xué)性能試驗方法按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

7）抗拉性能

（1）實際屈服強度及抗拉強度應(yīng)符合材料級別的要求。

（2）一般情況下，材料的屈強比最大應(yīng)不超過0.85。冷脹管材料屈強比可提高至≤0.9，但必須保證實際的屈服強度亦相應(yīng)成比例地高于規(guī)定的屈服強度。

8）抗脆斷性能

（1）母材和焊管應(yīng)具有適當(dāng)?shù)目勾鄶嘈阅?。其韌一脆轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)低于最低的設(shè)計溫度。

（2）母材和焊接接頭通常應(yīng)滿足平均的夏比V型缺口沖擊功，單個值至少應(yīng)為規(guī)定的最低平均值的75%。若無該評定資料時應(yīng)做夏比V型沖擊試驗。

（3）沖擊試驗溫度本工程應(yīng)按設(shè)計最小溫度（當(dāng)?shù)販囟葴p5℃)選用.但最大應(yīng)不高于20℃。

9）焊接接頭抗氫性能

在焊接和使用期間，最大硬度應(yīng)保持在足以防止氫脆的安全范圍內(nèi)。焊縫的任何部位的硬度不得超過325HV10。

10）管件用鋼材質(zhì)：對彎管、閥門、法蘭、三通、支承、機械連接結(jié)構(gòu)等管件的材料，應(yīng)符合對同等級別和壁厚的干管所規(guī)定的材料技術(shù)要求

11）為檢驗管材的各種性能，須按上述要求進行各種試驗，試驗項目有：

（1）鋼材化學(xué)成份及力學(xué)性能試驗

（2）鋼材和焊接接頭拉伸試驗

（3）鋼材和焊接接頭夏比(V型缺口)沖擊試驗

（4）焊接接頭彎曲試驗

2.2 焊接材料

1）焊接材料應(yīng)適合于規(guī)定的焊接用途。焊縫應(yīng)具有所要求的性能。

2）焊接材料應(yīng)按通用分類法予以分類。低氫型堿性焊條一般應(yīng)用于抵合金高強度鋼的焊接。

3）建議在手工電弧焊時：對于Q235C鋼采用E4303（J422）焊條，在埋弧自動焊時：Q235C鋼采用H08焊絲和431焊劑。

4）化學(xué)成分

焊縫的化學(xué)成分應(yīng)與母材相一致，以防止整體或局部的腐蝕。

5）力學(xué)性能

焊縫金屬的力學(xué)性能應(yīng)滿足母材的要求，應(yīng)避免過多地超過母材的屈服強度和抗拉強度。

6）焊條使用和保管

（1）焊條應(yīng)存放在干燥處，防止污染、受潮和生銹。

（2）儲存低氫焊條時的相對濕度應(yīng)保持在40%以下，焊條的烘干、使用等要嚴(yán)格按焊條生產(chǎn)廠的說明書進行。

2.3 鋼管成品的工廠制造

從購料開始—直到合格成品管及安全堆放的全部工程內(nèi)容。如：材料購置，號料配料，下料矯正、坡口打磨、卷制、焊接，目測檢驗與射線探傷、水壓實驗、修理補強、防腐鋅塊安裝、防腐塊保護罩制造與安裝、除銹內(nèi)外涂層和檢驗及成品管的安全堆放。

制造廠應(yīng)具有制造符合質(zhì)量要求的管子及管件、管段預(yù)制的資格和能力，并應(yīng)具備相應(yīng)的資質(zhì)，同時制造廠應(yīng)建立和實施包括制造、預(yù)制組裝的每一個步驟的可靠的質(zhì)量控制系統(tǒng)。質(zhì)量控制的職能應(yīng)由有資格的人員指導(dǎo)和實施。

3 主要施工關(guān)鍵點

根據(jù)設(shè)計工程管道材質(zhì)、直徑、壁厚、長度等因素確定合理的施工分段數(shù)和每分段長度。管道直徑一般為DN1000-1800，分段長度300m-700m為宜。

3.1 管道接長出運

在施工現(xiàn)場附近易于管道下水的地形設(shè)置拼裝場地，場地寬度宜為20-30m，長度宜為150-200m。設(shè)置2臺5-10T龍門吊，用于管道的吊裝接長，設(shè)置1臺17m3空壓機用于管道漂浮。管道生產(chǎn)工廠化，為了便于運輸以12m為管節(jié)長度為宜。

鋼管-焊接接長至場地有效長度為一單元-利用氣囊滾動下水或橡膠滾輪滑道-依次接長至施工分段長度。

HDPE管道-熱熔焊接至場地有效長度為一單元-滑車（固定配重塊）軌道下水-依次接長至施工分段長度。

管道入海端設(shè)置盲板，在盲板上安裝3個直徑DN200的蝶閥，等腰三角形布置，起到進水、排氣的作用，控制管道的漂浮與沉放。

管道出運在高潮時間段實施，利用管道空管漂浮原理，待管段全部入海后在近岸區(qū)域存放。

3.2 海上定位

管道海上施工定位方法一般分為定位樁和定位船或兩者相結(jié)合的方法。

定位樁-管道鋪設(shè)前按管道路由走向按一定距離安裝鋼樁龍門架。

定位船-在管道敷設(shè)時由施工船來對管道定位。

3.3 水上對接沉放

1）管道水上安裝原則應(yīng)從終點向岸邊進行，管線按工程劃分好的段數(shù)進行海上連接，管段間采用法蘭對接方式或電焊連接。沉放時應(yīng)對管道進行拖拽，以保證管道順直下沉。

2）首先從終點（留出擴散管道長度）向岸邊安裝管道，將存放近岸處的2段管道利用空壓機充氣排出管道內(nèi)海水使之浮起，利用氣囊、浮箱、起吊設(shè)備使管端升離海面，拆除封堵，兩兩相連，管道接長后；用2艘自航駁船分別將管道拖至指定區(qū)域，將管道置于定位樁內(nèi)，1艘自航駁船和潛水船在終點處，另1艘自航駁在管道的另一端定位，打開放氣閥門，通知潛水船，潛水船在終點處打開進水閥門使海水緩慢流入管道內(nèi)，保證管道徐徐下沉直至沉入海底。

3）將存放近岸處的管道利用空壓機充氣排出管道內(nèi)海水使之浮起，用1艘自航駁拖至指定區(qū)域，將管道置于定位樁內(nèi)，潛水船在首次下沉管道靠岸方向端部，潛水員下水連接管道進氣管道與船上空壓機對接，此時潛水船至管道終點處就位，打開排水閥門。利用駁上起吊設(shè)備，空壓機打氣排水，使管道漂浮海面長度達到200米時，空壓機停止供氣，同時通知潛水船關(guān)閉排水閥門，利用氣囊、浮箱、起吊設(shè)備使管端升離海面，拆除封堵，水上管道同樣是利用氣囊、浮箱、起吊設(shè)備使管端升離海面，拆除封堵，然后進行管道對接，1艘自航駁在管道靠岸邊方向的端部就位，對接完成后打開放氣閥門，通知潛水船在終點處打開進水閥門使海水緩慢流入管道內(nèi)，保證管道徐徐下沉直至沉入海底。

4）依次類推，直至管道接長岸邊。

5）擴散管道單獨進行水下安裝。

3.4 管道水下土石方

主要包括水下管道、擴散管道、水下護坡、護坦、臨時圍堰等和其它將要在施工水位以下實施的所有工程內(nèi)容，從工種上有水下溝槽土方開挖、水下溝槽的整平、拋砂墊層、水上拋石、護坡、護坦的理坡、水下拋理砂袋、石方和碎石袋以及水下回填等項目。

水下工程除其難度較大外，另一個重要特點是隱蔽性、不可見性，這就需要按要求嚴(yán)格施工，采用各種快速施工方法、特殊工期、新的技術(shù)力求節(jié)約材料，并與工程師密切配合，抓緊及時檢驗，每一工種工序必需取得工程師的認(rèn)可以后才能進行下道工序。

施工水位是陸上施工和水下施工的分界線，施工水位的與施工方法、施工進度、施工水平和當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件等有關(guān)。確保其合理性、可行性，并符合規(guī)定和符合實際。

4 結(jié)束語

每一項工程的順利實施都離不開周密的組織設(shè)計，完善的施工準(zhǔn)備，科學(xué)的精細施工，工序的嚴(yán)格把關(guān)，過硬的技術(shù)隊伍，精良的施工裝備，質(zhì)量第一、安全第一的施工準(zhǔn)則，高度負(fù)責(zé)的主人翁意識。只有我們按照客觀規(guī)律辦事、尊重科學(xué)，才能在工作中事半功倍。