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(shè)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(jìn)行交叉防護(hù)方式處理。以甬臺(tái)溫龍灣支線海底管道工程為例，介紹了相關(guān)底穿施工技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：海底管道；已建管線；底穿；鋼板樁；浮拖；底拖

甬臺(tái)溫龍灣支線海底管道工程沿甌江敷設(shè)，管徑DN450，全長(zhǎng)約4.2 km，屬于潮汐淺灘的甌江入海口，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(guī)避航道安全風(fēng)險(xiǎn)，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(diǎn)

1.1 原理

海管底穿已建管道基本原理是通過對(duì)已建管道采取防護(hù)/支護(hù)措施，使已建管道始終處于原始狀態(tài)，且不受外部涌流、風(fēng)浪的影響，再通過牽引底拖技術(shù)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(yùn)行安全及外防腐層。

1.2 特點(diǎn)

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

通過分析對(duì)比，選擇鋼板樁圍堰支護(hù)措施與已建管道無接觸，施工過程基本無水下作業(yè)，鋼板樁可重復(fù)利用，技術(shù)成熟、風(fēng)險(xiǎn)較小。

針對(duì)底拖穿越技術(shù)，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(duì)比，采用先浮拖后底拖、底拖解筒控制的底拖穿越技術(shù)具有更多優(yōu)勢(shì)。

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(zhǔn)備→已建管道定位→已建管道支護(hù)→開挖管溝→底拖穿越

→兩端水平口連接→回填交叉防護(hù)→支護(hù)拆除→穿越驗(yàn)收

（2）已建管道支護(hù)流程（以鋼板樁圍堰支護(hù)為例）

陸地預(yù)制→測(cè)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(jì)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(rèn)→底拖→解筒就位

2.2 主要工藝參數(shù)

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(guī)格，開挖較深區(qū)域采用25 m鋼板樁，背面腹200#槽鋼加強(qiáng)處理；開挖較淺區(qū)域采用17 m鋼板樁。

現(xiàn)場(chǎng)條件允許時(shí)，應(yīng)選擇兩側(cè)開口布置形式（見圖1），主要優(yōu)點(diǎn)：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(yè)空間較大；利于新建管線的底拖牽引；利于圍堰體結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(shè)置完成后，已建管線底部存在缺口，如不進(jìn)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(kuò)大已建管道的懸空段，最終導(dǎo)致穿越失敗。為此在已建管線底部采取打斜樁進(jìn)行處理。

①斜樁數(shù)據(jù)計(jì)算。通過計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)，確定斜樁長(zhǎng)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(dǎo)向架設(shè)計(jì)。為確保斜樁施工不發(fā)生偏移，在鋼圍檁上安裝斜樁導(dǎo)向架，角度可調(diào)。③斜樁夾緊裝置。斜樁按設(shè)計(jì)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(cè)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(fā)生擠壓，造成鋼板樁傾倒，同側(cè)對(duì)應(yīng)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(jù)船舶設(shè)備作業(yè)特點(diǎn)和機(jī)械性能，采取抓斗、水陸挖機(jī)、涌流沖刷相結(jié)合的管底挖泥、清淤方案，用多波束檢測(cè)管溝開挖深度，潛水員水下探摸已建管道底部?jī)艨臻g。開挖情況見表3,開挖區(qū)域見圖7。

圖7 開挖區(qū)域分布

2.2.3 底拖穿越工藝

（1）底拖穿越總體工藝設(shè)計(jì)

遵循“浮拖預(yù)制全段，底拖一次性穿越”工藝設(shè)計(jì)原則。①鋪管船位于水管西側(cè)240 m，牽引船位于水管東側(cè)250 m，均原地拋錨；②鋪管船組對(duì)焊接，牽引船卷揚(yáng)機(jī)牽引海管入水，并浮拖，當(dāng)浮拖至供水管線前10 m時(shí)，停止浮拖。由鋪管船往西敷設(shè)120 m管線；③進(jìn)行牽引纜繩的水面置換，完成浮拖轉(zhuǎn)底拖牽引；④前200 m管線通過跳躍式解筒，達(dá)到懸浮狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)水平底拖；⑤高潮平流期開始底拖，牽引駁船不動(dòng)、卷揚(yáng)機(jī)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(zhuǎn)底拖參數(shù)

①基本參數(shù)：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(guī)格φ860×2000，有效浮力1 200 kg/個(gè)；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(diǎn)（考慮管線附件重量及負(fù)浮力5 kg/m），1200/（112.46+5）=10.22（m/個(gè)）；⑤底拖段浮筒配置（前200 m管線）：采取跳躍式解筒的方式實(shí)現(xiàn)先浮拖后底拖的效果，結(jié)合現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)結(jié)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(tài)減少牽引力，考慮15%的浮力儲(chǔ)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(shí)，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(yù)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(shù)應(yīng)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(hù)+先浮拖后底拖的已建海管底穿技術(shù)，順利完成了甬臺(tái)溫龍灣支線底穿供水管線項(xiàng)目，從鋼板樁支護(hù)、鋪管船浮拖轉(zhuǎn)到底拖過程耗時(shí)40天，底拖過程僅用38 min。采用鋼板樁支護(hù)已建管線，有效的保證了已建管線的原始狀態(tài)，不受任何擾動(dòng)。該技術(shù)施工效率高、技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)、安全有保障。在類似渤海平臺(tái)多、海管、海纜錯(cuò)綜復(fù)雜的海域，交叉穿越不可避免，采取該項(xiàng)技術(shù)能明顯提高海底穿越施工能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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作者：帥永太，男，1984年生，工程師， 2007年畢業(yè)于南昌航空大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)在中石化勝利油建工程有限公司工作，擔(dān)任三分公司主任工程師、技術(shù)質(zhì)量辦主任，從事海底管道研究工作。

《管道保護(hù)》2017年第4期（總第35期）