海底玻璃鋼管道施工關(guān)鍵技術(shù)

李昊

(上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 200002)

引言

隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟的開發(fā),各個經(jīng)濟特區(qū)、開發(fā)區(qū)的蓬勃發(fā)展,隨之而來的工業(yè)排放問題日益嚴(yán)重。為防止污染近海水系,現(xiàn)今流行的做法是將進行過深度處理的廢水尾水直接排放入遠(yuǎn)離岸邊的海域,盡量減少廢水對近岸海域的環(huán)境、生態(tài)的影響,利用海水的自潔凈特性,減少污染聚集。

目前,承插式玻璃鋼管道在福建沿海一帶普遍應(yīng)用于大型排污、排海工程,其施工工藝已逐漸成熟,并有進一步擴張的趨勢[1]。而當(dāng)前施工單位在這個領(lǐng)域仍然采用原始的大開挖+浮運沉放+潛水員水下拼裝的施工工藝進行施工,存在著質(zhì)量不穩(wěn)定、施工效率低、隱患較多等問題[2]。相關(guān)排污企業(yè)急切渴望尋找一種更加先進、高效的施工工藝,使其能夠連續(xù)地進行管道敷設(shè)施工,并將接頭工作轉(zhuǎn)移至施工船上完成,同時能夠同步完成管道的敷設(shè)和埋深施工,以便更好地控制施工質(zhì)量。

現(xiàn)有的鋼管先敷后埋施工工藝和PE 管邊敷邊埋從功能角度正好能滿足上述要求,本技術(shù)就是在原有施工工藝的基礎(chǔ)上進行改進,開發(fā)出一套適合承插式玻璃鋼管道的敷管船邊敷邊埋施工工藝。

1 海底玻璃鋼管道施工關(guān)鍵技術(shù)

目前海底管道施工工藝主要有海底管道管敷設(shè)施工工藝和海底管道埋深施工工藝。

海底管道管敷設(shè)施工工藝基本分為漂浮-下沉法、水底拖拉法和敷管船法三種。本次設(shè)計采用敷管船法。

敷管船法亦稱彈性敷設(shè)法,即管道在敷管船上逐一焊接后,敷管船絞動錨纜的方法移船前進,鋼管從船尾入水,經(jīng)托管架敷入海中。該施工法對氣候的適應(yīng)能力較強,管段的焊接、敷設(shè)都在敷管船上進行,不需要大量的其他的工作船,需要敷設(shè)的管段通過托管架自然、平穩(wěn)地從敷管船敷設(shè)到海床上。該施工工藝適用于長距離管段的敷設(shè)。

考慮到采用敷管船法可靠性高、受海況影響小、對海域通航影響小、施工過程中對管道產(chǎn)生的施工應(yīng)力小等特點,本項目擬采用敷管船法進行管道敷設(shè)施工,并在此基礎(chǔ)上進行工藝開發(fā)研究。

2 管道接頭設(shè)計

由于玻璃鋼接頭部位的各項力學(xué)性能與管材本身不同,且無法提供抗拔(拉)力,故采用加鋼制法蘭螺栓加固接頭部位。具體做法為: 在玻璃鋼管道接頭兩端的管材上敷制玻璃鋼固定環(huán)(靠山),在兩道靠山安裝鋼制哈夫形法蘭鋼圈,接頭兩端法蘭鋼圈之間采用拉桿螺栓拉緊,從而為接頭部位提供額外的抗拉(拔)、抗彎力。

圖1 管道接頭連接Fig.1 Pipeline joint connection

2.1 管道起吊試驗

第一段玻璃鋼管管口離地310cm,第一段與第二段中間接頭離地110cm,第二段與第三段中間接頭離地5cm。通過計算可知,第一段管道與第二段管道之間的夾角為4°,第二段管道和第三段管道間的夾角為5°。具體情況如圖2 所示。

圖2 第一次管道起吊Fig.2 First pipeline lifting

管道復(fù)位后,管材廠工程師進入管道內(nèi)口觀察,確認(rèn)管道接口橡膠完好,接口完好,不影響使用性能。

2.2 存在問題及修改建議

吊高過程中,發(fā)現(xiàn)不銹鋼鋼制法蘭明顯變形,局部失穩(wěn),同時拉桿螺栓也出現(xiàn)明顯彎曲變形。同時采用角鐵的形式,對敷管船施工中接頭在水下通過托管架、埋設(shè)犁會造成額外的障礙。故管材廠與施工單位現(xiàn)場協(xié)商,改進鋼制法蘭接頭,增加其強度,同時考慮鋼制法蘭接頭僅為施工輔助措施在管道敷設(shè)到位后,基本不再起作用,故擬定采用普通鋼材代替不銹鋼材質(zhì)。

(1)管道接頭設(shè)計與修改

根據(jù)第一次試驗所定修改方針,新設(shè)計的鋼制連接法蘭,采用冷彎矩形□150 ×100 ×8 作為法蘭材料,同時拉桿改為8.8 級高強M24 ×1100螺桿,同時加大玻璃鋼固定環(huán)尺寸。改進后的鋼制法蘭如圖3 所示。

圖3 改進后的鋼制法蘭Fig.3 Improved steel flange

(2)第二次管道起吊試驗

第一段玻璃鋼管管口離地300cm,第一段與第二段中間接頭離地110cm,第二段與第三段中間接頭離地10cm。通過計算可知,第一段管道與第二段管道之間的夾角有4°～5°。具體情況如圖4 所示。

圖4 第二次管道起吊Fig.4 Second pipeline lifting

管道復(fù)位后,管材廠工程師進入管道內(nèi)口觀察,確認(rèn)管道接口橡膠完好,接口完好,不影響使用性能。

整個吊裝過程中,螺桿、法蘭沒有明顯變形,結(jié)構(gòu)完好。

3 管道嚴(yán)密性試驗

管道的嚴(yán)密性試驗于施工現(xiàn)場登陸點附近進行,試驗管段長度為500m[3],試驗水頭為試驗段上游管頂(出水口在低潮位時高出海平面約2m),試驗方式為從試驗水頭達(dá)到規(guī)定水頭開始計時,觀測試驗用管道的滲水量,直到觀測結(jié)束。滲水量觀測時間不小于15min,滲水量不超過允許值即試驗合格。

試驗時,在管道登陸段附近共計安裝了4 個取水口,在完成登陸作業(yè)后封閉了靠近岸端的1#、2#取水口,保留3#、4#取水口繼續(xù)進行取水和排氣,在進行試驗時,封閉3#取水口,將4#取水口作為觀測窗口待用。登陸段管道及取水口設(shè)置如圖5 所示。

圖5 取水口設(shè)置Fig.5 Water intake setting

準(zhǔn)備工作完成后,根據(jù)潮汐表選擇合適潮位開始試驗,施工船上利用消防泵、潛水泵等給管段內(nèi)注水,工作人員觀察4#出口溢水情況。

當(dāng)4#出口不再溢水,水位開始下降時,開始往皮龍內(nèi)注水,并記錄注水量,直至水位回到出水口。

觀察時間為30min,試驗結(jié)果補水量小于規(guī)范要求,嚴(yán)密性試驗合格。

4 試驗結(jié)果分析

根據(jù)試驗,基本能確定管道接頭的形式及結(jié)構(gòu),考慮工程現(xiàn)場情況及增加保險系數(shù),管材廠和施工單位共同協(xié)商,再對管道加強法蘭進行如下改進:

(1)加大作為拉桿的螺桿直徑到M24;

(2)玻璃鋼靠山增加到20cm 長。

改進后的鋼制法蘭可以比較好地對接頭起到加強作用,管道轉(zhuǎn)角5°左右回復(fù)后,管道接頭狀況良好,滿足管道使用要求。改進后的鋼制法蘭滿足管材廠和施工單位的技術(shù)要求。

5 結(jié)語

承插接頭的改進,有效提升了玻璃鋼管道接頭部位的抗?jié)B漏能力,同時也提高了管道的整體性,避免了在施工過程中各種原因造成的管段脫節(jié)的發(fā)生;新的配重保護技術(shù)提升了整體施工的穩(wěn)定性,避免了因外部因素的影響造成的管段上浮的發(fā)生,使得整個排水系統(tǒng)的安全性得到了質(zhì)的提升;海底玻璃鋼管道同步敷設(shè)埋深施工方法的研究,使得整個施工工藝得以定型,從而使海底玻璃鋼管道敷設(shè)本身突破了技術(shù)瓶頸,成為了可行的技術(shù),避免了需要進行高風(fēng)險的大開挖及水下安裝流程,大大節(jié)約了工期與投資。