跨海輸水管道穿越海底電纜的實(shí)踐應(yīng)用

梁俊寧

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 200002)

引言

隨著我國(guó)沿海資源的不斷開發(fā),越來(lái)越多的海底管線已經(jīng)或即將存在各種交越現(xiàn)象[1],目前常見的交越施工大多為交越對(duì)象從被交越對(duì)象上方通過(guò),并采取一系列保護(hù)手段對(duì)雙方進(jìn)行保護(hù);但在一些特殊工況地區(qū),上述方式因各種原因無(wú)法實(shí)施,如跨海管道與海底電纜的交越,因雙方管線性質(zhì)的原因,就必須保持管道在下,電纜在上的交越原則。

鑒于上述原因,就需要一種交越施工技術(shù)來(lái)滿足后敷設(shè)管道與先敷設(shè)海纜間的交越施工要求。

1 工程概況

大連市長(zhǎng)海縣大長(zhǎng)山島跨海引水工程海底管道安裝工程位于大連市里長(zhǎng)山水道東部海域,兩端分別連接大連皮口與長(zhǎng)?？h大長(zhǎng)山島。跨海輸水管道為帶鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯(PE)復(fù)合管,長(zhǎng)17.973km,PE 管外徑450mm,壁厚22mm。大連市長(zhǎng)海縣大長(zhǎng)山島至皮口跨海引水工程海底管道是一項(xiàng)具有顯著經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重大工程,同時(shí)也是國(guó)內(nèi)首次采用帶鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯(PE)復(fù)合管的最長(zhǎng)管道安裝工程。

在皮口側(cè)淺灘上岸段3km 范圍內(nèi),有四根電纜與海底管道路由交越,其中距皮口登陸點(diǎn)1420m 附近有一根電纜(編號(hào)4#電纜),距登陸點(diǎn)2080m 附近有三根電纜(編號(hào)1#、2#、3#電纜),根據(jù)海底路由勘測(cè)調(diào)查報(bào)告,距皮口側(cè)登陸點(diǎn)1420m 附近一根電纜(4#電纜)埋深大約為0.5m,距登陸點(diǎn)2080m 附近三根電纜(1#、2#、3#電纜)埋深為1.2m～1.5m。1#、2#、3#電纜為備用電纜,4#電纜為正使用電纜,在海底管道施工時(shí)電纜可停止通電,但不能損壞。

交越位置見圖1。

圖1 交越位置示意Fig.1 Crossing position schematic diagram

2 穿越施工存在的問(wèn)題

(1)穿越施工不得截?cái)嗪＠|,施工過(guò)程中也不得損壞海纜。

(2)穿越施工必須起吊已存在海纜,起吊作業(yè)時(shí)需要時(shí)刻保證海纜的彎曲半徑大于其允許最小彎曲半徑,由于海纜敷設(shè)年代久遠(yuǎn),其最小允許彎曲半徑是否有變化已不得而知。

(3)已存在海纜其敷設(shè)余量未知,不能確定海纜的起吊高度,不能保證穿越施工時(shí)托管架能否從海纜下方穿過(guò)。

3 對(duì)策

(1)鑒于穿越作業(yè)不得截?cái)嗪＠|,且必須從海纜下方穿越,故穿越施工只能選擇管、船分離的方式通過(guò)交越點(diǎn),即海底管道敷設(shè)過(guò)程中將敷設(shè)的管道與施工船分離,待施工船通過(guò)交越點(diǎn)后,將管頭穿過(guò)電纜下方,最后重新拾管的方式進(jìn)行穿越施工。

(2)由于海纜敷設(shè)年代久遠(yuǎn),具體參數(shù)已不具備太大參考價(jià)值,因此在施工過(guò)程中需要增大安全余量,尤其在起吊海纜的過(guò)程中,充分利用輔助工具,采用固定海纜彎曲度的方式進(jìn)行起吊作業(yè)。

(3)針對(duì)海纜敷設(shè)余量未知的情況,需要在施工作業(yè)前,先行對(duì)海纜實(shí)際位置、走向進(jìn)行勘測(cè),待明確其狀態(tài)后,還可在低潮位淺灘出露的情況下采用人工開挖和高壓水槍沖刷等方式盡可能暴露海纜,確定其實(shí)際位置、狀態(tài),必要時(shí)可增加海纜露出長(zhǎng)度,增加施工余量,盡可能滿足起吊要求。

4 穿越施工

4.1 被交越海纜位置的確定

在交越施工前,首先根據(jù)海纜的路由報(bào)告,利用差分式全球定位系統(tǒng)(DGPS)初步確定海纜所處的范圍,報(bào)告不明確的部分,可利用管線檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行物探調(diào)查,以獲得精確的海纜位置。

明確海纜所在位置后,將在低潮位灘地出露的時(shí)候利用人工開挖和高壓水槍沖刷相結(jié)合的方式尋找電纜。鑒于海底電纜埋深不大的情況,需充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)或淤積或沖刷等因素,制定分層開挖的方式,嚴(yán)禁使用挖掘機(jī)械直接抓土的方式搜尋海底電纜。

電纜暴露后,因分別在交越點(diǎn)左右各50m 位置的海底電纜上綁扎浮漂及自亮燈,以作為施工作業(yè)時(shí)的標(biāo)記。

4.2 穿越電纜前準(zhǔn)備工作

按照正常的管道施工工藝,敷管船以100m為一個(gè)單元由大長(zhǎng)山島向皮口方向進(jìn)行管道敷設(shè)作業(yè)。為保證穿越施工的順利進(jìn)行,在施工船到達(dá)交越點(diǎn)附近時(shí),必須確保以下幾個(gè)方面:

(1)由于被交越海底電纜埋深較淺,必須確保施工船擱淺坐灘時(shí)任何部位不處于電纜路由上;

(2)結(jié)合施工船船位和預(yù)定路由軸線、穿越線路,精確計(jì)算施工船上待敷設(shè)管段的長(zhǎng)度,防止穿越作業(yè)時(shí)管頭位置不到位;

(3)確保管頭牽引裝置安裝連接可靠,管段熔接符合要求;

(4)確保被交越海底電纜位置正確,交越點(diǎn)標(biāo)記浮標(biāo)完好,浮標(biāo)自亮燈正常工作。

交越作業(yè)前準(zhǔn)備工作如下:

(1)如圖2 所示,管道正常敷設(shè)至距離交越點(diǎn)95m 處預(yù)定停止點(diǎn)位置,利用DGPS 復(fù)測(cè)施工船發(fā)射架上管頭位置,確認(rèn)其距離交越點(diǎn)95m 左右,停止敷設(shè)施工;

圖2 停止點(diǎn)Fig.2 Stopping point

(2)停止敷埋設(shè)施工后,隨即開始連接穿越用管段;如圖3 所示,在施工船堆管區(qū),取一個(gè)管道單元,即100m 長(zhǎng)度的待敷設(shè)管段,吊放至發(fā)射架上,并與主滑道盡頭的管段連接,使管段長(zhǎng)度符合交越需求;

圖3 管段連接Fig.3 Pipe connection

(3)如圖4 所示,拆除并吊離托管架和埋設(shè)機(jī)間的連接件,隨后主施工船絞錨后退一定距離,分離埋設(shè)機(jī)和托管架,安全距離足夠后,由起重工作船將埋設(shè)機(jī)吊離管道上方,暫時(shí)撤出施工現(xiàn)場(chǎng)。

圖4 移出埋設(shè)機(jī)Fig.4 Removal burying machine

上述準(zhǔn)備工作完成后,即可開始進(jìn)行交越點(diǎn)穿越作業(yè)。

4.3 穿越交越點(diǎn)

施工現(xiàn)場(chǎng)潮位滿足施工要求后,如圖5 所示,起重工作船重新就位于托管架尾端,將扒桿吊點(diǎn)和托管架尾端吊點(diǎn)連接,逐漸將托管架尾端吊離海床面。

如圖6 所示,逐漸沿設(shè)定的移動(dòng)路徑移動(dòng)敷設(shè)船船位,起重船懸掛著托管架尾端在后伴隨移動(dòng),逐漸將待敷設(shè)管道從托管架滑道上抽離,在管頭不通過(guò)被交越電纜路由的情況下,托管架與管頭分離,隨后繼續(xù)移動(dòng)敷設(shè)船,直至托管架尾端通過(guò)交越點(diǎn)。

圖5 吊起托管架尾部Fig.5 Hoisting the stinger's tail

PE 管頭與托管架完全脫離后,靠錨泊系統(tǒng)確保施工船位置偏離管道路由60m 左右,隨后托管架與施工船脫離,由起重工作船暫時(shí)吊離施工現(xiàn)場(chǎng)。施工船利用DGPS 定位在電纜交越點(diǎn)后端,采用錨泊系統(tǒng)拋錨就位。如圖7 所示,在施工船上引出一根牽引鋼纜從已經(jīng)暴露的電纜下方穿過(guò)并與PE 管頭連接,同時(shí)將該鋼纜與船頭50t拔桿連接,以使管頭能順利牽引至施工船發(fā)射架上。

圖6 移動(dòng)路線Fig.6 Moving route

圖7 調(diào)整船位,連接牽引鋼絲Fig.7 Adjustment of ship position and connection of traction steel wire

同時(shí),如圖8 所示,以管道路由為中心在暴露的電纜中段交越位置上安裝3 個(gè)吊點(diǎn),吊點(diǎn)與吊點(diǎn)間距離為3m,并與船頭50t 拔桿上6m 扁擔(dān)型輔助橋架連接。

圖8 海纜起吊示意Fig.8 Schematic diagram of submarine cable hoisting

在潮水最低時(shí)開始穿越電纜,首先將事先挖出暴露在海床面上的電纜用船頭50t 拔桿吊起,同時(shí)收絞與管頭連接的鋼纜并將管頭抬高,管頭升高到距海床面50cm 左右后,開始收絞與管頭連接的5t 卷?yè)P(yáng)機(jī),牽引PE 管上船。

由于需要穿越的4 根海纜中的3 根(1#、2#、3#電纜)位置較近,可以一次性同時(shí)穿越。穿越時(shí)依照被牽引PE 管管頭位置,依次將起吊海底電纜的扁擔(dān)和鋼絲繩后移,按順序起吊被穿越海底電纜,直至PE 管完全穿越到位。

4#電纜為運(yùn)行中的海底電纜,在進(jìn)行交越作業(yè)時(shí),需按照規(guī)范安排停電。

穿越作業(yè)完成后,PE 管同發(fā)射架上的管段熔接,并敷設(shè)到海床面上,施工船重新安裝托管架后,采用拾管工序?qū)⒐芏沃匦職w位至托管架滑道上,在遠(yuǎn)離交越點(diǎn)后,重新投放安裝埋設(shè)機(jī),開始常規(guī)埋深作業(yè)。

4.4 溝槽開挖及回填

穿越電纜的PE 管由于采用先敷后埋的施工方式,因此完成穿越施工后,需要開挖溝槽將管道進(jìn)行掩埋保護(hù),在電纜交越點(diǎn)兩側(cè)各20m 以外的區(qū)域可采用水陸兩用挖掘機(jī)開挖溝槽,20m 以內(nèi)則必須采用人工開挖,以防電纜被挖掘機(jī)損壞。

交越點(diǎn)處的溝槽需要將已埋PE 管道上部的覆土回填至電纜原底部標(biāo)高后,方可下放電纜并對(duì)電纜進(jìn)行回填覆蓋,避免海纜因局部埋深不均勻,造成小范圍電纜下陷,導(dǎo)致電纜局部彎曲半徑小于最小彎曲半徑從而造成損壞。

施工船錨泊就位時(shí)必須采用DGPS 控制船位及定位拋錨,避免電纜被施工船壓壞或遭受錨泊損害;與電纜交越處溝槽盡可能在低潮位時(shí)開挖,同時(shí)必須確保電纜不被損壞,隨時(shí)保證其彎曲半徑大于最小允許彎曲半徑。

4 結(jié)論

本次穿越施工的順利完成,標(biāo)志著從已建成管線的下部進(jìn)行非破壞性穿越的交越段施工方法已經(jīng)成熟,使得在已建成海底電纜或海底光纜下方穿越海底管道成為可能,為國(guó)內(nèi)同類工程施工提供了可供參考的成功經(jīng)驗(yàn),具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。