跨海引水管道敷設(shè)施工技術(shù)

張旭峰，于 洋（大連市供水有限公司長(zhǎng)海供水分公司，遼寧 大連 116013）

跨海引水管道敷設(shè)施工技術(shù)

張旭峰，于 洋
（大連市供水有限公司長(zhǎng)海供水分公司，遼寧 大連 116013）

文中主要介紹長(zhǎng)?？h跨海引水工程，所采用的鋼絲網(wǎng)骨架PE管道在海上施工過程，并參考其它工程中不同輸水管線的施工方法及工藝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況加以改進(jìn)，使采用的施工方法和技術(shù)達(dá)到安全、穩(wěn)定且造價(jià)合理的施工效果。同時(shí)也介紹了所用的PE管焊接及試壓，以及敷管船施工的方法。

跨海引水工程；PE管焊接；試壓；敷管船

1　前言

大連長(zhǎng)?？h是一個(gè)海島縣。早期長(zhǎng)?？h所轄各島均采用小水庫(kù)、水井、雨水回收等方式來解決生產(chǎn)及生活用水。水源單一，水質(zhì)安全難以保障等問題已嚴(yán)重影響島上居民的健康。并且由于經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，島上淡水需求量日益增加，原有的供水方式早已無法滿足長(zhǎng)?？h發(fā)展的要求。因此，長(zhǎng)?？h跨海引水工程的建設(shè)勢(shì)在必行。該跨海引水工程采用鋼絲網(wǎng)骨架PE管，作為海底輸水管線的管材，輸水管線總長(zhǎng)約60 km。

2　工程施工

2.1管道的焊接加工

鋼絲網(wǎng)骨架PE管出廠長(zhǎng)度50 m/根，通過海上船舶運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)并存放在敷管船上，每條敷管船上可存放鋼絲網(wǎng)骨架PE管150根。每次焊接2根，管道焊接按常規(guī)采用熱熔對(duì)接和電熔套管連接。連接方法如下［1］：

1）對(duì)管材兩端的表面及內(nèi)壁進(jìn)行打磨，去除表面氧化層。

2）將需要連接管材一端預(yù)套在電熔管件上。

3）用對(duì)接機(jī)將管材連接端進(jìn)行熱熔對(duì)接，計(jì)算好對(duì)接時(shí)間，在未完全冷卻前將對(duì)接處翻邊用鏟刀清除。

4）待對(duì)接區(qū)域充分冷卻后，手工預(yù)標(biāo)示電熔管件最終安裝位置，利用液壓油缸將管件回推至焊縫標(biāo)示位置。

5）電熔焊接時(shí)嚴(yán)密監(jiān)控焊機(jī)的表現(xiàn)參數(shù)變化，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。

6）焊接完成后保持嚴(yán)格的工藝?yán)鋮s時(shí)間，嚴(yán)禁在工藝?yán)鋮s期間擾動(dòng)管材或在管材上進(jìn)行其它工序操作。

7）充分冷卻后對(duì)電熔管件口端冷卻區(qū)和電熔接線柱進(jìn)行熱吹風(fēng)焊制密封處理，嚴(yán)防管件電熱絲與外介質(zhì)接觸。

2.2管道壓載塊安裝

壓載塊分為兩個(gè)半圓環(huán)，根據(jù)管徑不同各重165～240 kg，管道焊接好后在敷管船上安裝壓載塊，間距1.0 m。

2.3管道的基槽開挖及管道鋪設(shè)

管道的基槽開挖根據(jù)不同的水深，采用不同的基槽開挖設(shè)備。上、下岸段和潮差灘涂段采用挖溝機(jī)或者水陸兩用挖溝機(jī)，低潮水位時(shí)進(jìn)行開挖，局部灘涂落不出來時(shí)，可采用石渣鋪一條臨時(shí)施工道路，挖泥設(shè)備座在臨時(shí)施工道路上挖槽。

深水段挖泥根據(jù)地勘部門提供的鉆孔資料，均可由敷管船來完成，對(duì)潮差灘涂段和深海段連接處挖泥可用小型挖泥船完成。

該工程依靠敷管船來進(jìn)行海底管道的敷設(shè)，敷管船長(zhǎng)80.5 m，寬16.8 m，型深4.35 m。敷管船上配備管道敷設(shè)系統(tǒng)和埋設(shè)系統(tǒng)。其中，管道敷設(shè)系統(tǒng)包括儲(chǔ)管區(qū)、錨泊系統(tǒng)、管道發(fā)射架、焊接平臺(tái)、DGPS全球定位系統(tǒng)、托管架等設(shè)備和裝置；管道埋設(shè)系統(tǒng)包括管道埋設(shè)機(jī)、高壓水供應(yīng)系統(tǒng)、水下空氣吸泥系統(tǒng)及管道埋深水下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為了便于各船的控制和指揮，在船上還配有集中指揮室。

在海底管道的施工采用邊敷邊埋的施工工藝。在管道敷埋施工過程中，以5 m/min左右的速度進(jìn)行敷埋，從而保證海底管道的敷埋深度。為了便于控制，施工船采用錨機(jī)拖曳預(yù)設(shè)鋼纜前進(jìn)的方式進(jìn)行管道敷埋施工。

施工速度：正常情況下每日平均施工長(zhǎng)度約200～300 m。根據(jù)當(dāng)?shù)睾r，每日施工速度有所變化。

在敷管托架頭部下方安裝2組高壓水力沖挖機(jī)組，第一組高壓水力沖挖機(jī)組有6只高壓水槍頭，第二組高壓水力沖挖機(jī)組配有4只水槍頭。第一組沖挖機(jī)組主要以高壓水流沖擊淤泥、粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粘土覆蓋層，利用高壓水流破碎、沖挖泥層，利用局部高壓旋流，沖挖走泥砂、淤泥，形成初步溝槽；第二組沖挖機(jī)組在管道沉入溝槽前再次沖挖溝槽，利用高壓水沖散淤泥及細(xì)砂，使海床上管線位置的淤泥、細(xì)砂液化、翻騰、擴(kuò)散漂流，形成一定深度的溝槽。根據(jù)調(diào)節(jié)沖挖機(jī)的水壓力及水槍頭的沖挖方向，可控制溝槽的深度、寬度，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。形成溝槽的同時(shí)，在淤泥、細(xì)砂沉淀前，及時(shí)移動(dòng)船位，已接好的管道在灌水重量及配重塊的壓載下，沉入溝槽底部，局部欠挖及回淤泥土用高壓水流再次沖挖，保證溝槽開挖深度。

水力開溝設(shè)備主要參數(shù)如下：

高壓泵兩臺(tái)，功率30 kW；各沖挖機(jī)組水槍頭工作壓力為2.1 MPa。

第一臺(tái)配備6只高壓水槍頭，第二組配備4只高壓水槍頭。

淤泥質(zhì)海床鋪管速度：15m/min；

粉質(zhì)砂、粉質(zhì)粘土鋪管速度：10 m/min；

粉質(zhì)粘土夾礫砂層鋪管速度：5 m/min。

溝槽開挖控制。原始海床測(cè)量：按300m一個(gè)檢驗(yàn)批控制，每20 m設(shè)置一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，在鋪管前，按每300 m軸線長(zhǎng)度進(jìn)行一次原始海床高程測(cè)量，測(cè)量采用GPS全球定位系統(tǒng)控制的測(cè)深儀，針對(duì)實(shí)測(cè)海床數(shù)據(jù)，繪出縱斷面圖，并按每20 m一個(gè)斷面測(cè)繪出橫斷面圖。

在鋪管施工前將預(yù)先測(cè)繪的原始海床高程數(shù)據(jù)輸入測(cè)量手簿中，并按設(shè)計(jì)斷面要求計(jì)算出開挖溝槽底高程，在鋪管開挖進(jìn)程中，GPS測(cè)深儀及時(shí)跟進(jìn)測(cè)量溝槽深度，確保溝槽底高程滿足設(shè)計(jì)管道開挖深度要求。

在敷管托架頭部安裝一只電子測(cè)深感應(yīng)器，通過固定在托架上的數(shù)據(jù)線，將沖挖過程中的溝底高程數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸至敷管船上的中控室，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出實(shí)際挖深。敷管作業(yè)人員根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整水力沖挖機(jī)的壓力及沖挖槍頭方向，控制沖挖槽深。

管道入溝后，用測(cè)深儀沿實(shí)際管線測(cè)量，按每300 m設(shè)置一個(gè)檢驗(yàn)批，每20 m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量控制原始記錄、實(shí)測(cè)橫、縱斷面圖及時(shí)整理、收集，采集實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)先測(cè)量的原始海床數(shù)據(jù)繪制在一張縱斷面圖中，可進(jìn)行對(duì)比分析，掌握原始海床與挖溝后相對(duì)高差，并與設(shè)計(jì)斷面對(duì)比，確保管頂埋深滿足設(shè)計(jì)要求。

管道的埋設(shè)采用與敷管船配套的駁船，駁船上配備起重吊機(jī)，管道埋設(shè)完成后及時(shí)進(jìn)行填埋和安放進(jìn)口鋁鋅合金鋼絲石籠網(wǎng)箱或鋼筋混凝土箱涵壓頂。

2.4管道的水壓試驗(yàn)

由于杏樹屯—廣鹿島段跨海管線較長(zhǎng)，結(jié)合有關(guān)規(guī)范及與業(yè)主、監(jiān)理協(xié)商，確定進(jìn)行分段試驗(yàn)，第一次水壓試驗(yàn)管道安裝至1 000 m長(zhǎng)度時(shí)進(jìn)行；第二次水壓試驗(yàn)：管道安裝至8 000 m長(zhǎng)度時(shí)進(jìn)行；第三次水壓試驗(yàn)：管道安裝至杏樹屯終點(diǎn)時(shí)進(jìn)行。

施工期間，管線每敷設(shè)1 000 m，即進(jìn)行自檢式水壓試驗(yàn)。自檢式水壓試驗(yàn)將試驗(yàn)壓力維持在1.25 MPa，穩(wěn)壓15 min，無壓降；再穩(wěn)壓到1.0 MPa，24 h無壓降，即為合格。

水壓試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)工作壓力的1.25倍，且不小于0.8 MPa。經(jīng)設(shè)計(jì)確認(rèn)本工程工作壓力為1.0 MPa，水壓試驗(yàn)壓力為 1.25 MPa。

管道水壓試驗(yàn)分預(yù)試驗(yàn)階段與主試驗(yàn)階段兩個(gè)階段進(jìn)行。

預(yù)試驗(yàn)階段，應(yīng)按如下步驟，并符合下列規(guī)定［2］：1）將試壓管道內(nèi)的水壓降至大氣壓，并持續(xù)60 min，且不允許空氣不進(jìn)入管道。

2）緩慢地將管道內(nèi)水壓升至試驗(yàn)壓力并穩(wěn)壓30 min，期間如有壓力下降可注水補(bǔ)壓，但不得高于試驗(yàn)壓力。檢查管道接口、配件等處有無滲漏現(xiàn)象。當(dāng)有滲漏現(xiàn)象時(shí)應(yīng)中止試壓，并查明原因采取相應(yīng)措施后重新組織試壓。

3）升壓次序：

第一次加壓，升壓至試驗(yàn)壓力的30%，排氣泄壓；

第二次加壓，升壓至試驗(yàn)壓力的70%，排氣泄壓；

第三次加壓，升壓至試驗(yàn)壓力。

主試驗(yàn)階段，應(yīng)按如下步驟，并符合下列規(guī)定［3］：

停止注水補(bǔ)壓，穩(wěn)定15 min；當(dāng)15 min后壓力下降不超過0.02 MPa時(shí)，將試驗(yàn)壓力降至工作壓力并保持觀測(cè)24 h，進(jìn)行外觀檢查若無漏水現(xiàn)象，則水壓試驗(yàn)合格。

試壓的人員應(yīng)保持完整的試壓記錄。在試壓結(jié)束后，由業(yè)主、監(jiān)理和施工單位共同簽字認(rèn)可。

3　結(jié)論

目前有關(guān)海底管道的敷設(shè)工程較少，能夠采納的施工案例稀缺。該工程參考了不同輸水管線的施工方法及工藝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況加以改良，力求達(dá)到最安全穩(wěn)定且造價(jià)合理的施工效果。

［1］黃國(guó)雄，林國(guó)華，林劍輝.鋼絲網(wǎng)骨架塑料（聚乙烯）復(fù)合管在跨海供水工程中的應(yīng)用［J］.水利科技，2008，02：41-42+51.

［2］謝寧珂，馬海彥，彭勃，李艷.飲水安全工程PE管道施工技術(shù)的應(yīng)用［J］.河南水利與南水北調(diào)，2013，18：22-23.

［3］李海.不同材質(zhì)給水管道水壓試驗(yàn)方法的研究與應(yīng)用［J］.水利水電施工，2013，03：80-82.

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