海底管道懸空處理新技術探討

運濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459）

1 海底管道懸空治理方法

針對海底管道存在的懸空問題，本文對各種懸空治理方法進?行分析。

1.1 拋填砂袋法

先在懸空管道及其周圍一定范圍內（主要指立管周圍明顯的海底沖刷坑內）拋填施工前已備好的砂袋，在拋填砂袋的過程中，由潛水員對砂袋進行整理，保證懸空立管底部填滿砂袋，以支撐管道；然后在管道上面繼續(xù)堆放砂袋，使管道的埋深達到設計要求。

1.2 土工布法

先在懸空管道及其周圍一定范圍內（主要指立管周圍明顯的海底沖刷坑內）拋填施工前已備好的砂袋，在拋填砂袋的過程中潛水員對砂袋進行整理，保證懸空立管底部填滿砂袋，以支撐管道，并將懸空管道按照設計要求埋好。然后，在砂袋上鋪好土工布。最后，再次拋砂袋在土工布上，潛水員對拋下的砂袋進行整理，確保砂袋很好地放置于土工布上方。該方法中，土工布依靠壓在上面的砂袋重力進行就位，且因土工布不具備促淤作用，在海流的長期沖刷下，土工布被破壞的概率較大，管道有再次形成懸空的可能。

1.3 撓性軟管跨接法

在立管與水平管之間跨接一定長度（一般25～30m）的撓性軟管，撓性軟管與兩端鋼管采用法蘭連接。因為軟管具有撓性，在鋪設時可隨地形的變化而變化，不會產生懸空現(xiàn)象，且經過破壞試驗驗證，撓性軟管具有很好的抵抗疲勞破壞的特性，排除了在管道運行過程中由于振動等原因產生疲勞，以致破壞的可能。

1.4 水下支撐固定法

沿海底懸空管道設水下短樁，為懸空管道提供支承支架，縮短管道懸空長度，以減小橫向和縱向振動幅度，達到對管道懸空的治理。

2 海底管道注漿氣囊懸空處理技術

結合國內深水領域使用注漿氣囊處理海管交叉點方面的經驗，現(xiàn)研究討論一項新的海底管道懸空治理技術——注漿氣囊懸空處理技術。

注漿氣囊在深水海底管道交叉點處理方面的成功應用，其具備的水下施工時間短、自適應性強、安裝方便、凝結后水下穩(wěn)定性好等特點，鑒于此，嘗試選用注漿氣囊作為懸空處理的新方法，并對技術本身的穩(wěn)定性、技術特點、施工處理工藝進行分析，又將該項技術與其他常規(guī)懸空處理技術進行了優(yōu)缺點比較。

2.1 注漿氣囊懸空處理方式

注漿氣囊懸空處理方式包括常規(guī)土質氣囊形式、沙土及大懸空氣囊形式和電纜護管懸空3 種形式，如圖1 所示。

圖1 注漿氣囊懸空處理方式

2.2 作用機理

根據(jù)海底管道路由后調查的結果，海床土壤資料及海底水流沖刷的速度，計算出氣囊的尺寸、設計壓力，制訂出材質、結構形式來滿足各種不同工況的懸空問題。注漿后的氣囊頂端隨著管體形狀逐漸凝結，緊密貼合，為懸空管道提供支承，縮短管道懸空長度，以減小橫向和縱向振動幅度，達到對管道懸空的治理。

2.3 注漿氣囊懸空處理技術的特點

注漿氣囊懸空處理技術具有如下特征：

1）采用注漿氣囊為柔性材料，可隨海底地況變形，適應性較強，注漿氣囊斷面形狀可為圓形、矩形或其他需要的形狀；

2）抵抗意外風險能力較強，不易被二次破壞；

3）氣囊兼容性好，支撐高度可在氣囊高度范圍內自由調節(jié)以滿足懸空高度（考慮到氣囊后期沉降和注漿不會注滿的情況，可根據(jù)經驗確定所用氣囊的高度）；

4）氣囊質量輕，便于水下操作，施工工期較短；

5）氣囊緩沖性較好，對于海底管道特別是輸氣管道安全尤為有利（氣囊注漿不會注滿，只注漿到懸空高度，接觸并包裹管道，不會對管道產生較大作用力）。

2.4 注漿氣囊懸空處理施工工藝

2.4.1 氣囊準備

氣囊主體材質：橡膠或HDPE（具有較好的耐海水腐蝕性能）。

特殊點：在氣囊上通過膠粘方式埋設吊點，方便安裝。

注漿口：注漿閥設置在氣囊側面低點，放氣閥設置在相對側高點。

氣囊尺寸：考慮到氣囊后期沉降和注漿不會注滿的情況，根據(jù)經驗確定所用氣囊的高度，氣囊的寬度和長度要保證氣囊在注漿過程中不會傾覆，并能提供較好支撐。

2.4.2 氣囊安裝

氣囊安裝工序包括：（1）施工船舶拋錨就位；（2）潛水員攜帶照明及拍攝設備下水探摸懸空情況，確定氣囊綁扎位置，并做標記；（3）潛水員攜帶成卷的氣囊下水，氣囊邊緣帶有配重，氣囊在標記位置展開并用吊帶將氣囊與海管固定；（4）連接注漿管道，注漿速度為10m3/h，注漿過程潛水員觀察氣囊狀態(tài)；（5）船上注漿工作人員記錄注漿量。注漿完成后等待水泥凝固后，對已處理的懸空點進行檢測拍照記錄，檢測注漿氣囊最終安裝效果，記錄懸空點位置及處理方式。記錄完成后，對固定吊帶進行拆除。

2.5 注漿氣囊懸空處理適用范圍

注漿氣囊懸空處理的適用范圍包括：（1）適合懸空位置海域環(huán)境比較惡劣，不利于潛水員長期水下作業(yè)；（2）懸空處理原材料需求量大；（3）懸空位置容易產生二次沖刷；（4）懸空處理位置上方障礙物不利于使用大型船舶作業(yè)。

3 結語

長期以來，海底沖刷及其沖刷保護、控制技術一直是各國海洋工程領域需解決的重要研究課題之一。采用注漿氣囊的辦法來處理海底管道的懸空問題，可有效縮短水下潛水員的工作時間，提高海上作業(yè)效率，能夠適應懸空位置的各種復雜結構形式。