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          管道研究

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          淺灘海域管道底穿已建管道施工技術應用

          來源:《管道保護》雜志 作者:帥永太 時間:2018-7-3 閱讀:

          帥永太

          中石化勝利油建工程有限公司

          摘要:在水深2~15m海域鋪設海底管道,往往不可避免的要穿越其他已建管道。以往海底管道穿越已建管道均采取上部跨越后再進行交叉防護方式處理。以甬臺溫龍灣支線海底管道工程為例,介紹了相關底穿施工技術的應用。

          關鍵詞:海底管道;已建管線;底穿;鋼板樁;浮拖;底拖

          甬臺溫龍灣支線海底管道工程沿甌江敷設,管徑DN450,全長約4.2 km,屬于潮汐淺灘的甌江入?,高潮水深約4 m,低潮露出漫灘。在里程KP1.88處遇到已建洞頭縣供水管線,管徑DN1000,管頂埋深約1 m。為規避航道安全風險,必須從供水管線底部穿越。

          1 海管底穿已建管道原理和特點

          1.1 原理

          海管底穿已建管道基本原理是通過對已建管道采取防護/支護措施,使已建管道始終處于原始狀態,且不受外部涌流、風浪的影響,再通過牽引底拖技術完成新建管道從已建管道底部的順利穿越,而不影響已建管道運行安全及外防腐層。

          1.2 特點

          對已建管道的支護,主要有鋼板樁圍欄支護、斜拉式懸掛固定、固定樁橫擔支撐等方式(見表1)。

          通過分析對比,選擇鋼板樁圍堰支護措施與已建管道無接觸,施工過程基本無水下作業,鋼板樁可重復利用,技術成熟、風險較小。

          針對底拖穿越技術,主要有先浮拖后底拖、底拖氣囊輔助控制;先浮拖后底拖、底拖解筒控制和全程底拖等方式(見表2)。

          通過分析對比,采用先浮拖后底拖、底拖解筒控制的底拖穿越技術具有更多優勢。

          2 海管底穿已建管道施工工藝

          2.1 施工工藝流程

          (1)總體工藝流程

          施工準備→已建管道定位→已建管道支護→開挖管溝→底拖穿越

          →兩端水平口連接→回填交叉防護→支護拆除→穿越驗收

          (2)已建管道支護流程(以鋼板樁圍堰支護為例)

          陸地預制→測量定位→固定樁施工→鋼圍檁安裝

          →鋼板樁施工→鋼拉桿緊固→加固橫撐安裝

          (3)底拖穿越流程

          船舶就位→按分段計劃浮拖鋪管→牽引纜置換→跳躍式解筒下沉

          →交叉凈距探摸確認→底拖→解筒就位

          2.2 主要工藝參數

          2.2.1 鋼板樁圍堰

          (1)鋼板樁布置形式

          本工程選用U型700×290×12×25000 mm、U型700×290×12×17000 mm兩種規格,開挖較深區域采用25 m鋼板樁,背面腹200#槽鋼加強處理;開挖較淺區域采用17 m鋼板樁。

          現場條件允許時,應選擇兩側開口布置形式(見圖1),主要優點:漲落潮期間,便于涌浪匯流沖刷底部淤泥,可大量清除塌方淤泥;船舶作業空間較大;利于新建管線的底拖牽引;利于圍堰體結構穩固。

          圖1 鋼板樁平面布置圖

          (2)已建管道底部封堵

          鋼板樁按圖1設置完成后,已建管線底部存在缺口,如不進行封堵,一旦開挖管溝,大量淤泥將從缺口滑入,造成管溝深度不夠和擴大已建管道的懸空段,最終導致穿越失敗。為此在已建管線底部采取打斜樁進行處理。

          ①斜樁數據計算。通過計算和現場模擬實驗,確定斜樁長15 m,2塊鋼板樁寬度,入泥10 m,斜樁9°入泥,樁體邊緣與水管線保持0.3 m安全距離。②斜樁導向架設計。為確保斜樁施工不發生偏移,在鋼圍檁上安裝斜樁導向架,角度可調。③斜樁夾緊裝置。斜樁按設計角度入泥后,水管線底部依然存在較大的空隙,為徹底封堵水管線底部,利用剪刀原理,夾緊兩側斜樁,封堵水管底部淤泥(見圖2、3、4)。

          圖2 打斜樁過程

          圖3 斜樁打樁-夾緊過程

          圖4 斜樁封堵完成

          2.2.2 管溝開挖

          (1)鋼拉桿緊固

          為防止管溝開挖后鋼板樁背部淤泥發生擠壓,造成鋼板樁傾倒,同側對應位置的鋼板樁之間采用鋼拉桿緊固(見圖5、6)。

          圖5 鋼板樁之間采用鋼拉桿連接緊固

          圖6 鋼拉桿連接平面圖

          (2)管溝開挖

          根據船舶設備作業特點和機械性能,采取抓斗、水陸挖機、涌流沖刷相結合的管底挖泥、清淤方案,用多波束檢測管溝開挖深度,潛水員水下探摸已建管道底部凈空間。開挖情況見表3,開挖區域見圖7。

          圖7 開挖區域分布

          2.2.3 底拖穿越工藝

          (1)底拖穿越總體工藝設計

          遵循“浮拖預制全段,底拖一次性穿越”工藝設計原則。①鋪管船位于水管西側240 m,牽引船位于水管東側250 m,均原地拋錨;②鋪管船組對焊接,牽引船卷揚機牽引海管入水,并浮拖,當浮拖至供水管線前10 m時,停止浮拖。由鋪管船往西敷設120 m管線;③進行牽引纜繩的水面置換,完成浮拖轉底拖牽引;④前200 m管線通過跳躍式解筒,達到懸浮狀態,實現水平底拖;⑤高潮平流期開始底拖,牽引駁船不動、卷揚機收纜、張緊器夾緊、鋪管船絞錨東移一次性完成120 m底拖過程。(見圖8)。

          圖8 浮拖底拖分布示意圖

          (2)纜繩隔離措施

          在4根定位樁之間安裝2根φ168 mm鋼管作為橫撐,有效隔離牽引纜繩與供水管線(見圖9)。

          圖9 橫撐加固

          (3)浮拖轉底拖參數

          ①基本參數:鋼管Φ457×14.3 mm 、鋼材密度7.85×103 kg/m3、配重層厚度45 mm、配重層密度2 950 kg/m3、海水密度1.02×103 kg/m3、浮桶規格φ860×2000,有效浮力1 200 kg/個;②管線在空氣中的重量:352.04 kg/m;③管線在海水中的重量:112.46 kg/m;④臨界點(考慮管線附件重量及負浮力5 kg/m),1200/(112.46+5)=10.22(m/個);⑤底拖段浮筒配置(前200 m管線):采取跳躍式解筒的方式實現先浮拖后底拖的效果,結合現實試驗結果,確定綁筒間距(見圖10);⑥漂浮段浮桶配置(后178 m管線):管線處于漂浮狀態減少牽引力,考慮15%的浮力儲備。

          圖10 前200 m浮筒綁扎示意圖

          (4)牽引纜繩置換

          ①浮拖牽引時,纜繩從加固橫撐上部跨越;②浮拖至水管前10 m后,高潮平流期潛水員預留置換纜繩;③低潮平流期,牽引纜水面置換。(見圖11)。

          圖11 牽引纜繩置換

          3  底穿技術應用前景

          中石化勝利油建工程有限公司采用鋼板樁圍堰支護+先浮拖后底拖的已建海管底穿技術,順利完成了甬臺溫龍灣支線底穿供水管線項目,從鋼板樁支護、鋪管船浮拖轉到底拖過程耗時40天,底拖過程僅用38 min。采用鋼板樁支護已建管線,有效的保證了已建管線的原始狀態,不受任何擾動。該技術施工效率高、技術易于實現、安全有保障。在類似渤海平臺多、海管、海纜錯綜復雜的海域,交叉穿越不可避免,采取該項技術能明顯提高海底穿越施工能力,具有廣闊的應用前景。

          參考文獻

          [1]趙冬巖,余建星,李秀鋒.海底管道拖管法分析和研究[J].海洋技術.2008,27(03):84-89

          [2]侯文斌,劉鴻升,賈芳民.灘海海底管道系統施工工藝[J].石油工程建設.1997,(04):30-35+59

          [3]姜進方.拖拉法鋪設登陸海底管道[J].中國海上油氣:工程.1996,(02):10-15

          [4]孫國民,郎一鳴,馮現洪,胡春紅.海底管道浮拖法安裝分析研究[C].第十四屆中國海洋(岸)工程學術討論會論文集(上冊).2009-08-05

          [5]汪方,段夢蘭,張雪生,程國棟,郭煒.阿布扎比原油管道項目海底管道底拖法施工技術[J].石油工程建設.2012,38(4):26-30

          [6]張若瑜.灘海水域鋪管底拖管道施工技術研究[D].天津大學.2005

          作者:帥永太,男,1984年生,工程師, 2007年畢業于南昌航空大學獲學士學位,現在中石化勝利油建工程有限公司工作,擔任三分公司主任工程師、技術質量辦主任,從事海底管道研究工作。

          《管道保護》2017年第4期(總第35期)

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