淺析排污管道海上分段浮拖、沉放措施

管金海 付海興

摘 ?要：本文介紹排污水管分段加工、氣囊滾動下水、海上拖航、現(xiàn)場注水沉放等環(huán)節(jié)的施工工藝，并就工藝實施過程中的船機配置情況和安全應(yīng)急事項進行詳細描述。由于管道拖運過程受風(fēng)浪影響大，航行距離長，在穿越部分港池與航道時，應(yīng)選擇進出港船舶較少，無風(fēng)無浪的天氣時段進行出運。本文為外海類似鋼制排污管道工程的施工具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：排污管道;浮拖;沉放;海上

中圖分類號：TE973 文獻標識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）04-0000-00

0前言

煙臺市套子灣污水處理廠尾水深海排放工程是煙臺市排污系統(tǒng)升級改造的重點項目，設(shè)計排海管道總長944m，鋼管加工及出運場地位于煙臺環(huán)保疏浚院內(nèi)，加工場設(shè)在院內(nèi)龍門吊臺座上，臺座上布置兩臺5噸龍門吊，軌距18m，場地長度約250m。鋼管接長位于龍門吊之間，加工場占地面積450m。由于軌道間距只有18m，但氣囊長7m，所以一次只能并排加工兩根管道，無法同時存放四節(jié)鋼管，因此需要提前將加工好的兩節(jié)管道拖運至施工海區(qū)存放。

1工程概況

1.1工程概況

排海管道分兩道鋪設(shè)，其中一段管道與原有老管道相接，管段長225m+43m（包括一個135°轉(zhuǎn)角彎頭），根據(jù)計劃放在最后加工出運。并排新建管段自岸側(cè)向海側(cè)分三節(jié)加工：第一節(jié)管道長220m，第二節(jié)管道長220m，第三節(jié)管道長236m。第一節(jié)和第三節(jié)在對接側(cè)端頭管道頂面設(shè)置一個人孔備用，第二節(jié)管道在兩個端頭管道頂端各設(shè)置一個人孔，人孔用于管道海上分段對接時安放封堵氣囊。管道根據(jù)計劃與實際加工場地情況擬存放兩段，分別為新建管道的第一與第二段。

1.2施工環(huán)境

1.2.1拖運環(huán)境

管道滾動下水處前沿港池水深在-10m～-13m之間，高水位時管道與海平面高差約為1.5m，拖航沿線無養(yǎng)殖區(qū)。拖航區(qū)域受北風(fēng)、東風(fēng)影響較大，出運應(yīng)盡量選擇南風(fēng)向且風(fēng)速較低的天氣施工。

1.2.2波浪及水流條件

芝罘灣內(nèi)波浪有明顯的季節(jié)變化。夏季長浪向為東北向和東-東北向，最大浪高1.5m;秋季常浪向為西北向，頻率為7%，強浪向為西北向，最大浪高2.0m。

根據(jù)地質(zhì)勘查報告描述，本海區(qū)海流以潮流為主，潮流性質(zhì)為不正規(guī)半日潮流;潮流運動形式以往復(fù)流為主，旋轉(zhuǎn)為輔。大潮期潮流平均最大流速的最大值為24cm/s;潮流的可能最大流速為64cm/s。從潮流的垂直分布情況看：離岸處海流表、中層流速相近，而底層流速較小，近岸處海流各層特征流速相近。各站層余流較弱，流速均不超過3cm/s。

現(xiàn)場施工時沉放區(qū)域較大海流主要有風(fēng)向引起，一般北風(fēng)會產(chǎn)生向岸側(cè)的水流。漲落潮產(chǎn)生的潮流較緩，對管道沉放的影響較小。

2施工方法

2.1工藝流程

施工準備→管道封堵并驗收→管道滾動下水→海上拖航→管道注水沉放→設(shè)置浮漂警示。

2.2主要施工方法

2.2.1施工準備

制定專項施工方案報監(jiān)理審批，提前查詢最近3天氣象情況和滿潮時間，并調(diào)查港區(qū)船舶近期航班動態(tài)，確定合適的出運時間段。采購硬泡沫浮漂，每隔40m沿管道圓周綁扎牢固，將管道四周全部包裹嚴密，防止管道沉放到海底時造成防腐層破壞。另在管道端頭設(shè)置浮標，減少管道入水前的撓度變形與拖航過程中的沉頭現(xiàn)象。在浮漂上設(shè)置紅色刀旗，作為管道警示標志。管道下方支墊方木，方木之間每隔15m布置氣囊。預(yù)先選定管道沉放位置，定出坐標，進行存放區(qū)地形掃測，掃側(cè)沉放區(qū)域地勢情況。對航線進行實際踏勘，明確航線周邊障礙物或危險區(qū)，做好預(yù)控措施。

2.2.2管道封堵并驗收

管道兩個端頭用盲板封堵，排氣端盲板上設(shè)置2個DN150的蝶閥（其中1個備用），進水端設(shè)置一個DN150蝶閥和一個打氣孔（打氣孔在管道起浮時會用到），靠近排氣端管道上方設(shè)置一個直徑1m的人孔，并用盲板進行密封處理（人孔用于管道水上對接安放氣囊使用，在管道起浮、海上對接及沉放專項方案中會詳細介紹），如圖1所示。

管道出運前通過打氣孔向管道內(nèi)充氣，進行氣密性檢查，觀察壓力表壓力是否穩(wěn)定，從而檢查各個閥門的密封情況，保證管道拖運時能夠安全漂浮。

2.2.3管道滾動下水

管道垂直于出運口布置，管道底部每隔15m預(yù)先鋪設(shè)的氣囊充氣（氣囊受力計算見6.3.2），在管道入水端綁扎浮漂，防止入水后管道出現(xiàn)下插現(xiàn)象，利用50裝載機頂推，使管道緩慢整體入水。選在高潮時滾動下水，以減少前部氣囊承受的壓力并減小鋼管的變形量，使管道能穩(wěn)步入水。管道入水后，通過預(yù)先系在裝載機上的鋼絲繩拖拽，控制管道全部入水前的溜放速度與方向。

管道滾動前清退港池內(nèi)船只，保證管道下水區(qū)域50m范圍內(nèi)無船舶?？?，管道入水后，將警示設(shè)施進行綁扎完善，將管尾部與拖輪通過纜繩連接起來，準備拖航。

2.2.4海上拖航

管道總重154t，換算成重力F1=1540kN，管道整體浮力F2=4421kN，F(xiàn)2>F1，所以管道處于漂浮狀態(tài)。

管道總長220m，主拖船總長61m，主船拖帶纜繩長度暫按15m計，尾船總長20m，尾船拖帶纜繩長度暫按10m計。則管道拖帶船系總長326m。

纜繩選用：主拖輪采用2根纜繩與管道連接，拖帶力為1.36kN（計算見6.3.1），取5倍安全系數(shù)，每根受力：1.36×5/2=3.4kN，采用直徑30mm的丙綸繩，其總繩破斷拉力：

F=Kd1.83g=0.02×501.83×9.8=98.9kN>3.4kN，滿足使用要求。

拖運過程由主拖船通過對講機指揮，遇過往船只或者緊急情況主拖船發(fā)出警報。警戒拖輪遇緊急情況通過對講機報告給主船，另外警戒船負責(zé)驅(qū)趕靠近管道拖運區(qū)域的漁船。尾部拖輪負責(zé)控制管道擺動，維持管道拖航方向。本工程拖運照片如圖2所示。

2.2.5管道注水沉放

通過主拖船上的GPS航行到沉放海域，通過岸上全站儀觀測管道沉放位置是否位于沉放區(qū)上方，通過警戒拖輪調(diào)整管道位置后，解開拖帶纜繩。拖輪傍靠在管道進水端頭側(cè)面，避開進水水流，打開浸水的1個進水閘閥，同時另一艘拖輪靠近排氣端打開1個水面以上的排氣閥。并在排氣閥位置接一個管道，引至船上，通過控制排氣量，調(diào)整管道內(nèi)壓差以減緩進水量。管道緩慢下沉至海底后，在管道兩端和中間系上浮漂作為管道位置的標記。因本次沉放為臨時存放，本方案不詳細描述管道如何精確下沉至管道溝槽的控制措施。管道下沉施工照片如圖3所示。

3措施計劃

3.1質(zhì)量保證措施

為了保證管道沉放和起浮過程中不會對管道的防腐層造成損傷，在管道出運前，每隔40m沿管道四周包裹直徑60cm硬塑料泡沫浮漂，用以保護管道不受到海床的刮傷。管道溝槽開挖期間，每天派遣巡邏艇查看管道浮漂，如果浮漂發(fā)生損毀，則派潛水員下水查看管道。（1）管道出運前完成100%的超聲波焊縫檢測和20%的X射線檢測，并且完成閉水試驗。（2）提前進行管道沉放處的水下地形測量，并繪制地形圖。（3）進行現(xiàn)場流速觀測。

3.2拖運安全保證措施

（1）收聽72小時天氣預(yù)報，選擇在較風(fēng)平浪靜的日子托運管道;（2）利用捆綁在管道上的泡沫箍，插上竹桿拉上紅色刀旗（管道通長）;（3）管道各進水口等全部盲板封堵;（4）利用凌晨航道沒有船只出港間隙;（5）上報拖輪進港、出港計劃;（6）組織相關(guān)人員熟悉拖航航線;（7）船-船之間保持聯(lián)絡(luò)暢通;（8）拖航過程中嚴密觀察浪流情況及時調(diào)整管道航行軸線方向。

4結(jié)語

管道拖運過程受風(fēng)浪影響較大且航行距離較長，因此穿越部分港池與航道時，應(yīng)選擇進出港船舶較少，無風(fēng)無浪的天氣時段進行出運。在拖運過程中要注意管道密實狀況，在下沉過程中控制進水速度，保證管道撓度符合管道材質(zhì)要求。

參考文獻

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[3]鄭健，杜海鵬.談海上拖航斷纜及應(yīng)對措施[J].航海技術(shù)，2010（06）：9-11.

收稿日期：2019-07-11

作者簡介：管金海（1983—），男，山東青島人，本科，工程師，研究方向：水運港口與航道工程。

Analysis of Floating Towing and Sinking Measures for Sewage Pipelines at Sea

GUAN Jinhai，F(xiàn)U Haixing

（China Communications First Aviation Bureau Second Engineering Co.， Ltd.， Qingdao Shandong 266000）

Abstract： This article introduces the construction process of the sewage pipe segment processing， airbag rolling and launching， sea towing， and on-site water injection and sinking. It also describes in detail the ship configuration and safety emergency issues during the process implementation. Because the pipeline hauling process is greatly affected by wind and waves， and the navigation distance is long， when crossing some harbors and waterways， it should be selected during the weather period when there are fewer ships entering and leaving the port and no wind and no waves. This article is of guiding significance for the construction of similar steel sewage pipelines in the open sea.

Key words：?sewage pipe; floating trailer; sinking; offshore