近岸淺海海底輸油管道施工技術(shù)

童小飛

（中交第三航務(wù)工程局有限公司 上海建設(shè)工程分公司，上海 201315）

1 工程概述

柬埔寨PAPA 石油貢布油站海底輸油管線工程，位于柬埔寨貢布市以南25 km 的海灣處。該海域為砂質(zhì)海床，自岸邊向海灣區(qū)海底逐步變深坡度平緩，海床-10 m 等深線距離岸邊0 m 等深線約3 km。本項目從距離岸邊3 km 的供油泊船碼頭墩臺處鋪設(shè)三根并列長度為3 123.43 m 的海底輸油管道，至岸邊陸上交接點，屬于近岸淺海區(qū)鋪設(shè)海底輸油管道。工程內(nèi)容有海底輸油管道的拼制、鋪設(shè)、防腐補口、陰極保護、穩(wěn)管配重、管卡等與之相關(guān)的所有工作。

2 工程特點和難點

本工程具有以下特點和難點：

1）工程所在海域具有橫向洋流，且施工正值雨季，高溫高濕，氣候變化特別顯著，時常有雷暴雨引起的風浪，海上作業(yè)困難；

2）柬埔寨施工船舶和物資極度匱乏，現(xiàn)場只有捕魚木船，施工組織難度極大。

3）輸油管的結(jié)構(gòu)型式為并列三管，與常規(guī)單管型式顯著不同，使得陸上分段拼接、海上拼接特別是海底鋪設(shè)管道帶來很大困難。

3 輸油管的陸上拼裝及橫向滑移

3.1 輸油管分段長度選擇

輸油管總長度約為3 123 m×3 列，為盡量減少海上接頭數(shù)量，根據(jù)鋼管出廠每節(jié)長度、海沉、拖航難度和工程附近海岸線長度、水深條件等綜合因素考慮陸上拼裝長度，采用陸上拼接后輸油管下水長度為424.8 m×3 列（縱向為11.8 m×36 節(jié)）。

3.2 分段拼裝胎架和總拼裝胎架

在現(xiàn)場新填陸域西側(cè)的海岸線附近選擇了長度436 m、橫向?qū)挾葹?8 m 區(qū)域設(shè)置輸油管分段拼裝和總拼裝（兼滑移）區(qū)。陸側(cè)作為輸油管分段拼裝區(qū)布設(shè)在6 m 寬的范圍內(nèi)，共設(shè)置長度為36 m的預(yù)拼裝胎架9 個，胎架之間距離為11.25 m。海側(cè)作為輸油管滑移區(qū)布設(shè)在12 m 寬的范圍內(nèi)，共設(shè)置間距為23 m 的滑道（兼總裝胎架）19 根。分段拼裝區(qū)先將3 根11.8 m 的鋼管拼接成35.4 m 長的節(jié)段，而后在總拼裝（兼滑移）區(qū)將9 根35.4 m的節(jié)段總裝成424.8 m×3 列的分段，輸油管的預(yù)制和總拼裝（兼滑移）胎架布置如圖1 所示。

圖1 輸油管的預(yù)制和總拼裝胎架布置

1）分段拼裝胎架

輸油管分段拼接胎架根據(jù)當?shù)貤l件采用充填由砂和水泥拌合而成的水泥砂袋，澆水淋濕并凝固后形成支墩。為了防止輸油管涂層的損壞，支墩上表面鋪以木方，并進行密實和找平，不產(chǎn)生沉降，每條木方上表面標高采用水準儀找平，其偏差控制不大于±3 mm。

2）總拼裝兼滑移結(jié)構(gòu)

輸油管總拼裝胎架設(shè)為滑道型式，有總裝、滑移兩大功能，對其平行度、承載力和滑移阻力等有嚴格要求，采用順岸拋石基礎(chǔ)+混凝土條基+鋼軌組成，滑道結(jié)構(gòu)斷面如圖2 所示。

圖2 滑道結(jié)構(gòu)

滑道順岸長度430 m，寬度約為12 m，其上可布置3～4 組長424.8 m 的輸油管分段（視潮位高度而定），滑道坡度根據(jù)鋼與鋼接觸面在有潤滑劑的情況下，靜摩擦系數(shù)為0.1～0.12，從順利下滑考慮，選擇滑道坡度略大于1:8。滑道基礎(chǔ)采用挖機拋石并整平，而后碾壓密實，混凝土條基支承于經(jīng)過壓實后的拋石基礎(chǔ)上，條基間距18m?；炷粱A(chǔ)上表面鋪設(shè)長為12 m 的P50 鋼軌，鋼軌上面復(fù)貼一根倒扣的12#槽鋼，槽鋼上面最后再敷上枕木。為降低輸油管下水時的摩擦阻力，在槽鋼和鋼軌之間敷涂油脂?；澜Y(jié)構(gòu)的斜上方，兩端各設(shè)置了一個滑移下水的快速脫鉤裝置。在滑道基礎(chǔ)近陸側(cè)端底部位置預(yù)設(shè)一根水平系留柱，露出長度約為40 cm，在系留柱上纏繞繩索或設(shè)置手拉葫蘆，可以比較方便地處理輸油管下水時速度過快，或發(fā)生滑道速度不均造成滑道卡死的問題。

3.3 輸油管的初拼及總拼裝

1）分段拼接

在分段拼裝區(qū)進行初次拼接輸油管，縮短輸油管在滑移胎架上總裝時間，加快工程進度。初拼主要工作是將3 根11.8 m 鋼管對接成35.4 m。焊接時，焊接位置采用平焊，施焊過程中將輸油管在其周向不斷在木方上進行滾動，以提高焊接質(zhì)量。

2）拼接油管的吊裝

預(yù)制輸油管完成并經(jīng)檢驗合格后，利用50 t 履帶吊將拼裝區(qū)輸油管吊上海側(cè)區(qū)滑移胎架上進行總拼裝。吊裝采用尼龍帶三點吊，最外側(cè)的兩根吊帶距離約為24 m，其水平夾角為60°，中部吊帶用手拉葫蘆控制輸油管在中部的下?lián)隙取?/p>

3）輸油管的總拼裝

輸油管的總拼裝在橫向滑道上進行，在兩組滑道之間，采用兩組墊木進行支撐（支撐應(yīng)離開焊接區(qū)以不影響焊接），墊木上表面應(yīng)與滑道上擱置點的上表面齊平。可以有效防止擱置后中部有明顯的下?lián)隙?，造成管口焊接?yīng)力的增加。

4）安裝管卡

輸油管焊接和防腐工作結(jié)束并經(jīng)檢驗合格后，在長度方向每隔30 m，用型鋼制成的管卡將3 根鋼管連接成整體。管卡的結(jié)構(gòu)型式如見圖3 所示。

圖3 管卡斷面結(jié)構(gòu)

3.4 輸油管的橫向滑移入水

輸油管橫向滑移下水選擇晴好天氣，海面比較平靜的時間，且正式下水時，海平面能淹沒橫向滑道下端的鋼軌。

輸油管滑移前應(yīng)召開預(yù)備會，明確人員職責、分工、聯(lián)絡(luò)訊號和注意事項。指揮人員指揮操作人員在系留柱上綁好系留繩，人工松開脫鉤裝置，然后等待指揮員的信號令。指揮員下水信號一經(jīng)發(fā)出，操作員立即拔出保險銷，用手錘擊打脫鉤尾部，在重力作用下輸油管徐徐下滑。此過程中適當松緊系留繩尾部，不使輸油管超速下滑，直至輸油管完全進入水中。

4 輸油管的拖航

4.1 輸油管拖航具備的條件

輸油管從滑移區(qū)拖航至安裝路由線區(qū)，必須具備以下條件：1）拖航前召開拖航準備會議。明確崗位職責，統(tǒng)一指揮信號，熟悉操作要領(lǐng)，及相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。2）氣象海況條件。晴好天氣，風力不大于5 級，流速不大于0.6 m/s，浪高0.5 m 以下。3）拖帶設(shè)備配置。尼龍繩φ25×50 m，φ20×30 m 3根，8 t 卡環(huán)6 只，16 t 卡環(huán)2 只，廢輪胎靠把若干只，4 m 撐篙4 根，以及輸油管拖拽裝置2 個。4）船機設(shè)備配置。主拖拖輪600 HP 1 艘，工作船（漁船）50 HP 3 艘，1 000 t 級輸油管定位船1 艘。

4.2 拖航路線圖

根據(jù)現(xiàn)場潮流方向，輸油管預(yù)制區(qū)位置以及配置的船舶的數(shù)量等綜合因素考慮，輸油管的拖航路線圖如圖4 所示。

圖4 拖航路線

4.3 輸油管的靠泊

輸油管在拖輪作用下，漸漸靠上定位樁，此時每條工作船上的工人應(yīng)迅速用尼龍纜繩將輸油管綁扎于每根定位樁上，綁扎時輸油管距定位樁距離控制在1 m 左右，當424.8 m 輸油管綁上定位樁后，由預(yù)先錨泊在路由線頭部方向的定位船放出φ14～φ16 鋼系纜帶住輸油管頭部緩慢牽引到位。

5 輸油管的海上對接

輸油管浮拖到現(xiàn)場后，進行海上對接，對接方式采用法蘭連接，為此選擇干式施工方法。由于對接受到海上風浪影響，接頭發(fā)生搖擺和竄動，從而造成對接困難，對安全也極為不利。結(jié)合近海水深較淺的特點，采用打設(shè)定位樁上搭設(shè)平臺施工。

5.1 打設(shè)定位樁

定位樁定位要求相對較低（其直線度要求 0.3 m/100 m，垂直度為H/100），且入土深度較淺，海底上表面泥質(zhì)為泥砂，采用在方駁上用履帶吊配液壓震動錘吊打的施工方法。定位樁直徑取為 800 mm，間距為70 m，每處打入深度約為該處水深的1/2，鋼管頂部在最大潮位時露出水面尺寸不超過1.5 m。在輸油管接頭兩側(cè)各51.5 m 范圍內(nèi)，每組定位樁共2 根，共打設(shè)6 組定位樁。

5.2 搭設(shè)作業(yè)平臺

定位樁上部設(shè)置一根橫梁。橫梁上安裝2 個掛架，上面鋪設(shè)厚度為5 cm 木板，組成一個工作平臺，工作平臺為兩層，底層距水面約0.5 m，上層距底層約1 m。木板與掛架采用粗鐵繩絲或尼龍繩進行綁扎，平臺四周用尼龍繩進行圍護。海上工作平臺如圖5 所示。

圖5 對接油管海上工作平臺

5.3 對接輸油管

輸油管對接選擇良好作業(yè)環(huán)境和時間的平潮時段作業(yè)，作業(yè)前為降低輸油管在水面上的振動和側(cè)向位移，用尼龍繩將輸油管綁穩(wěn)在定位樁后方可施工。

1）提升輸油管

輸油管法蘭對接時，提升接頭處法蘭出水面，并且使此處的鋼管呈水平狀態(tài)。由于鋼管具有一定的剛性，須在接頭的兩端各應(yīng)增設(shè)2 個提升點。采用逐根鋼管提升的方法提升輸油管。利用懸掛在門型架上的手拉葫蘆，分別將法蘭對接處兩端輸油管逐根吊離至下層平臺以上某高度處，然后將上層平臺木鋪板轉(zhuǎn)移至下層平臺，再分別用手拉葫蘆調(diào)整各根鋼管高度，使法蘭兩側(cè)的鋼管對接齊平。每根輸油管提升時，應(yīng)采用分階段提升。各階段提升時，手拉葫蘆的加載應(yīng)從兩頭到中間，達到左右兩個法蘭中心線處于同一水平線，并高出下層平臺以上 0.5 m 時，完成提升。

2）對接法蘭

3 根輸油管全部提升到位后，實施對接輸油管法蘭。如因兩層法蘭間隙尺寸過大時，或因螺栓長度不足，將導(dǎo)致兩法蘭無法合攏時，采用張緊器將法蘭間隙調(diào)小后穿入正式螺栓。螺栓緊固時，應(yīng)嚴格按下述規(guī)定進行操作：

①每對法蘭在螺栓穿入前須至少用兩根定位銷先進行打入，然后依次將螺栓穿入，最后替代定位銷。嚴禁將螺栓強行穿入損壞螺紋。

②螺栓穿入的方向應(yīng)一致，并注意墊圈倒角的方向。

③擰緊分初擰，復(fù)擰和終擰三個順序，每個順序擰緊時不能按正時針或逆時針方向逐個擰緊，而采用十字跳躍式方法擰緊。

④終擰力矩應(yīng)滿足設(shè)計要求。

⑤輸油管法蘭對接符合要求，并進行3PE 包敷后，安裝法蘭罩殼，罩殼內(nèi)的油脂型號和注入方法嚴格按制造廠要求執(zhí)行。

3）下放輸油管

完成輸油管對接后，盡快將輸油管下放至海面。下放操作順序與提升輸油管順序相反，操作時應(yīng)注意各相鄰平臺一致性和協(xié)調(diào)性，確保提升段內(nèi)輸油管曲線不出現(xiàn)突變和手拉葫蘆超載現(xiàn)象發(fā)生。

6 沉放輸油管

6.1 沉放方式

每兩組輸油管對接后將前一段輸油管沉入海底，以抵御海上風浪和水流作用和確保船舶航行安全。采用固體壓載方法，分兩次實施海底沉放，第一次懸掛配重，每個配重的重量與該長度內(nèi)輸油管浮力大致相同，使輸油管在盡可能大的長度范圍內(nèi)均勻下沉至懸浮狀態(tài)并不發(fā)生側(cè)翻。第二次錨定配重，在第一次配重加載后進行，亦采用每隔一定間距加馬鞍型混凝土配重，使輸油管在沉底后有足夠的錨碇力，確保輸油管在以后使用過程中不產(chǎn)生由于海流等因素造成的側(cè)向偏移。

6.2 布設(shè)配重

輸油管在沉入水中的過程中極易在海流、風浪影響下造成側(cè)移或振蕩，且此時浮心和重心共處一點，非?？赡軙l(fā)生輸油管的側(cè)向扭轉(zhuǎn)，每隔30 m長度設(shè)置一組懸掛配重。懸掛繩索采用φ25 尼龍繩，配重的重心低于鋼管中心線不小于30 cm，使浮心位置高于重心位置，以確保安全。每組配重的質(zhì)量取850 kg（空氣中）。懸掛配重時為使輸油管均勻受力在輸油管懸掛處的上方加設(shè)一根扁擔，使兩組沉底配重橫向間距大于三根輸油管的橫向總寬度。

采用起重船加載懸掛配重，加載時在起重機吊鉤下配置自動脫鉤吊具，操作時起重機從駁船甲板上吊起配重至浮于水面的輸油管壓載處可自動脫鉤。需要指出的是，沉底配重最終還將成為錨固配重，不過這個功能只有在錨碇配重加載后才實現(xiàn)。

錨碇配重每隔10 m 設(shè)置一組，直接騎在沉底的輸油管上。錨碇配重采用起重船吊裝，安裝時起重機直接從駁船甲板上起吊配重入海底，通過潛水員進行水下定位和解扣。

7 施工中應(yīng)注意的問題

為確保輸油管道安全鋪設(shè)到位，根據(jù)現(xiàn)場海域的實際海況和作業(yè)需求，施工中需要注意以下幾點：

1）拖拽裝置必須在輸油管陸上下水前安裝完畢，輸油管端頭的法蘭板與盲板的連接螺栓和密封墊，不能采用原法蘭與法蘭之間的連接和密封件，而應(yīng)采用另行提供的專用配件，連接螺栓按一定順序分批緊固，確保輸油管拖航過程中不產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。

2）輸油管在海上會隨流向變化，會發(fā)生與定位樁之間的摩擦和碰撞，為保護輸油管防腐層，應(yīng)在定位樁接觸處的輸油管上綁扎防撞墊。

3）避免夜間漁船航行可能對輸油管造成破壞，輸油管鋪設(shè)區(qū)的定位樁頂端設(shè)置夜間閃光的警示燈，直至輸油管沉放入海底后方可撤除警示燈。

4）海上施工應(yīng)時刻注意氣象變化，一旦氣象預(yù)報浪高超過1.0m，應(yīng)立即采取措施，在已鋪設(shè)段尾部法蘭加設(shè)盲板和密封墊后，進行漂浮管段的緊急沉底處理工作。

5）氣象條件好轉(zhuǎn)后，撤除緊急沉底段配重工作，使輸油管尾部浮出水面，其工作順序與沉放順序相反。

8 結(jié)語

本施工技術(shù)成功解決近岸淺海區(qū)域輸油管道鋪設(shè)，突破海底輸油管道受制于施工專業(yè)船舶的技術(shù)難題，保證工程如期完工，投入使用，具有施工方便、新穎實用、質(zhì)量可控和安全可靠的優(yōu)點，能大幅度降低工程成本，有著良好的經(jīng)濟效益和社會效益，可在類似的工程中推廣使用。