臨近海底天然氣管線水域疏浚工藝探討

史本寧，王 朋

（中交天航南方交通建設有限公司，廣東 深圳 518040）

1 工程概述

深圳港西部港區(qū)出海航道疏浚拓寬工程，工作內容為航道疏浚、航標和測流儀遷移及維護等，工程規(guī)格是在銅鼓航道現(xiàn)有航槽基礎上向西北側拓寬41.9 m，拓寬后航道有效寬度270 m，底寬264.4 m，疏浚深至設計底高程-17.5 m，邊坡1:7，超寬3 m，超深0.6 m。本工程坐標系采用1954北京坐標系，高程基準面采用赤灣理論最低潮面。

西氣東輸二線香港支線起于大鏟島末站，經(jīng)海底敷設至香港龍鼓灘輸氣站。管道外徑為 813 mm，壁厚為22.2 mm，設計壓力為7.0 MPa，運行壓力不超過6.3 MPa，設計年輸氣能力60億m3。管道材質為API 5L PSL2 X65 LSAW，選用雙面直縫埋弧焊管。鋼管外敷有2.8 mm的防腐涂層，海底管道外側涂敷密度為3 040 kg/m3、厚度為80 mm的混凝土。海底管道總長約19.67 km，其中深圳段管道長約14.77 km，香港段管道長約4.9 km。海底管道的設計壽命為30年。根據(jù)西氣東輸天然氣管線預埋溝施工圖紙，天然氣管線里程KP12.28～ KP12.48為下坡段管，管頂高程在該區(qū)域由-10 m降至-26 m；KP12.48～KP13.60為銅鼓航道穿越段，管頂高程為-26 m。

2 現(xiàn)狀分析

管道企業(yè)無法提供海底天然氣管道埋設最終驗收資料，且設計單位未明確該航道管線的具體位置。施工前用淺剖儀沿西氣東輸管道路由縱橫向布置測線進行探測，淺剖探測塊石范圍及路由如圖1、圖2所示。

圖1 管道拋石路由淺剖平面

圖2 管道拋石路由淺剖剖面

西氣東輸天然氣管道在銅鼓航道 K13+100～K13+300間里程穿插而過，該區(qū)段管道鋪管后調查管頂高程-26.0 m左右，石料保護層設計頂高程-22.5 m。圖中測線紅色部分表示探測存在拋石，根據(jù)測線探測拋石結果，采用紫色實線繪制出拋石層范圍邊界。

3 施工工藝

3.1 管道保障區(qū)域劃定

結合現(xiàn)場施工實際，在施工區(qū)域設立管道保護區(qū)、管道警戒區(qū)、拋錨警戒線及拋錨越過線。管道保護區(qū)指管道中心線兩側各500 m范圍內，對應航道里程為 K12+600～K13+800段。在不能保障管道安全情況下，嚴禁施工船舶在區(qū)域內施工、拋錨或拖錨航行。管道警戒區(qū)施工或拋錨存在較大管道安全隱患的區(qū)域，施工與管道安全保障存在相互干擾，需要制定并嚴格落實專項施工方案及管道安全保障措施，以確保施工方案可行、管道安全有保障。警戒區(qū)范圍是由A、B、C、D四點連線組成的600 m×350 m矩形區(qū)域。拋錨警戒線為管道中心線兩側各100 m，無論施工與否，在兩側警戒線范圍內嚴禁拋錨。拋錨越過線指抓斗船在警戒區(qū)施工過程中為確保錨抓力及防止走錨對管道安全造成影響所設置的指導線。船舶在警戒區(qū)管道一側施工，拋錨需越過管道至另一側時，下錨位置必須越過拋錨越過線。

圖3 西氣東輸管道保護疏浚施工平面布置

3.2 抓斗船施工工藝

船舶拋錨時，錨泊點至掛鏈點水平距離與水深之間的關系可用懸鏈線方程表示：

式中：y為水深；R為作用在船上的外力；x為錨泊點至掛鏈點的水平距離；α為起錨角；w為每米鏈重，36 mm鋼芯鋼絲纜取0.00502 t/m。

船舶拋錨時，設置有足夠長度的錨纜，確保有一段躺底錨鏈，使錨不產(chǎn)生上拔力，這樣α=0；西氣東輸管道石料保護層頂高程-22.5 m，假定海底面高程即為-22.5 m，則y=22.5+出鏈口到水面高度=22.5+1.2=23.7 m，為保證錨纜不影響管道及保護層，需確保管道及拋石層上錨纜處于懸鏈狀態(tài)。施工過程中，通過錨機提供掛鏈拉力2.69 t，可保證157.39 m懸鏈長，錨纜水平投影距離155 m。根據(jù)平面位置測量，當抓斗船在警戒范圍內，艉錨錨纜跨越管道布錨時（拋錨時確保艉錨纜與船舶軸線夾角不大于45°），出鏈口與管道距離水平投影在 150 m以內，小于155 m，錨纜對管道及石料保護層不存在影響。

實際海底面高程在管道附近邊坡處約-12 m左右，管道警戒線范圍線附近即范圍線外邊坡處高程約-6.0～-3.5 m左右，航槽-14.5 m左右，底高程大于假定海底面高程-22.5 m，施工過程中，海底泥面隔離錨纜，對管道及保護層亦起到防護作用。

因施工區(qū)域下埋西氣東輸天然氣管道，抓斗船施工時應特別注意下錨方法，避免錨或錨纜損壞天然氣管道。施工過程中，抓斗船需拋錨定位，船艏布八字錨、船艉布交叉錨，為消除抓斗船拋錨定位及施工過程中錨與錨纜損壞管道的隱患，擬采取如下布錨方式：

1）拋錨警戒線

醫(yī)學技術的發(fā)展讓外科手術的治療水平有了顯著提升,但外科手術患者通常會因為手術治療出現(xiàn)短暫的功能障礙,在缺乏家屬和護理人員陪伴的情況下易出現(xiàn)安全事故,因而對于此類患者的護理工作應重點強化風險管理,分析識別可能產(chǎn)生的風險因素,以此展開針對性的護理工作。

在管道路由兩側各100 m范圍設置拋錨警戒線，嚴禁在警戒線范圍內拋錨，避免定位錨直接觸碰損壞石料防護層或管道。

2）不同區(qū)段施工時的布錨方式

抓斗船平行于航道軸線進行邊坡開挖，當抓斗船在保護區(qū)內（K12+600～K13+800段）、警戒區(qū)（K13+000～K13+350段）外施工時，采用常規(guī)拋錨及施工方式施工，但施工至管道警戒范圍或管道的抓斗船位置同側的拋錨越過線附近時，抓斗船艏錨可下至警戒范圍內但不得進入拋錨警戒線，艉錨在警戒范圍外，采用常規(guī)拋錨方式。

當抓斗船開挖進入管道警戒區(qū)內及拋錨越過線以內時，因抓斗船錨固要求，需保證艏錨及艉錨拋設長度，而拋錨警戒線以內嚴禁拋錨，為此，可加長艏艉錨拋設距離，確保其在拋錨警戒線外，且需保證足夠長度（越過“拋錨越過線”），確保錨與躺底錨纜能夠提供足夠的抓持力。

當抓斗船在出管道拋錨越過線附近開挖時，保證船體在拋錨越過線以內（確保加上船長后，拋錨懸鏈長能夠足以跨越管道及石料保護層），同時保證艏錨及艉錨均在拋錨越過線以外，確保特殊走錨情況下有足夠應急處置時間，且拋錨長度下有足夠的抓持力。

3）控制挖深

為避免抓斗船超深開挖觸碰到海底天然氣管線，需要控制抓斗船在指定的深度進行挖掘。首先對抓斗船挖深指示器進行校核，抓斗船在定深工況模式下工作時，必須預先設定好抓斗挖泥深度。同時利用顏色醒目的油漆在抓斗提升鋼絲繩上做好標尺記號，結合傳統(tǒng)“打水坨”試驗抓斗實際挖深與挖深指示儀顯示有無偏差。

做好技術交底及崗前培訓，落實危險源告知制度，擬定施工操作方法，疏浚工程師全程跟蹤監(jiān)管。落實一崗三測，實時檢測校正抓斗實際挖深。

3.3 耙吸船施工工藝

天然氣管道在銅鼓航道段拋石頂高程為-22.5 m，依據(jù)相關設計文件要求銅鼓航道疏浚挖深至-17.5 m，超挖0.6 m（即-18.10 m），拋石頂高程距離航道最大挖深底高程為4.40 m。耙吸船在此區(qū)域將采用定深開挖方案，確保挖深保持在-18.1 m以上。航道施工斷面如圖4所示。

圖4 耙吸船保護施工示意

耙吸船在進入海底天然氣管線區(qū)域施工前必須進行耙頭定深校驗，具體操作事宜如下：

1）耙吸船在施工過程中當班駕駛員要做好“一崗三測”，校正耙吸船實際開挖效果。

2）耙吸船施工定位采用 DGPS差分全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)定位精度優(yōu)于1 m。定期對耙吸船耙頭挖深傳感器、儀器儀表進行監(jiān)控。

3）加大施工過程中測量和監(jiān)控頻率，及時將水深測圖反映到施工船舶。

4 結 語

1）針對海底管道區(qū)的疏浚施工，需要根據(jù)現(xiàn)場管道埋設情況以及施工實際，進行詳細探測，摸清管道區(qū)域位置、頂高程等參數(shù)，劃定相應的管道保障區(qū)。

2）抓斗船施工需要考慮邊坡開挖過程中拋錨對海底管道可能造成的影響，在管道區(qū)域范圍100 m內設置拋錨警戒線，警戒線內嚴禁拋錨，警戒線外常規(guī)拋錨，可滿足安全要求。

3）抓斗船開挖時需預先設定好抓斗挖泥深度，實時校核抓斗船實際挖深，避免超挖觸碰管道。

4）耙吸船的施工中需要關注耙頭深度對管道的影響，耙吸船進行航槽施工前必須進行耙頭定深校驗，施工過程采用DGPS差分全球定位系統(tǒng)，可有效監(jiān)控實際挖深。