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管道研究

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浅滩海域管道底穿已建管道施工技术应用

来源:《管道保护》杂志 作者:帅永太 时间:2018-7-3 阅读:

帅永太

中石化胜利油建工程有限公司

摘要:在水深2~15m海域铺设海底管道,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进行交叉防护方式处理。以甬台温龙湾支线海底管道工程为例,介绍了相关底穿施工技术的应用。

关键词:海底管道;已建管线;底穿;钢板桩;浮拖;底拖

甬台温龙湾支线海底管道工程沿瓯江敷设,管径DN450,全长约4.2 km,属于潮汐浅滩的瓯江入海口,高潮水深约4 m,低潮露出漫滩。在里程KP1.88处遇到已建洞头县供水管线,管径DN1000,管顶埋深约1 m。为规避航道安全风险,必须从供水管线底部穿越。

1 海管底穿已建管道原理和特点

1.1 原理

海管底穿已建管道基本原理是通过对已建管道采取防护/支护措施,使已建管道始终处于原始状态,且不受外部涌流、风浪的影响,再通过牵引底拖技术完成新建管道从已建管道底部的顺利穿越,而不影响已建管道运行安全及外防腐层。

1.2 特点

对已建管道的支护,主要有钢板桩围栏支护、斜拉式悬挂固定、固定桩横担支撑等方式(见表1)。

通过分析对比,选择钢板桩围堰支护措施与已建管道无接触,施工过程基本无水下作业,钢板桩可重复利用,技术成熟、风险较小。

针对底拖穿越技术,主要有先浮拖后底拖、底拖气囊辅助控制;先浮拖后底拖、底拖解筒控制和全程底拖等方式(见表2)。

通过分析对比,采用先浮拖后底拖、底拖解筒控制的底拖穿越技术具有更多优势。

2 海管底穿已建管道施工工艺

2.1 施工工艺流程

(1)总体工艺流程

施工准备→已建管道定位→已建管道支护→开挖管沟→底拖穿越

→两端水平口连接→回填交叉防护→支护拆除→穿越验收

(2)已建管道支护流程(以钢板桩围堰支护为例)

陆地预制→测量定位→固定桩施工→钢围檩安装

→钢板桩施工→钢拉杆紧固→加固横撑安装

(3)底拖穿越流程

船舶就位→按分段计划浮拖铺管→牵引缆置换→跳跃式解筒下沉

→交叉净距探摸确认→底拖→解筒就位

2.2 主要工艺参数

2.2.1 钢板桩围堰

(1)钢板桩布置形式

本工程选用U型700×290×12×25000 mm、U型700×290×12×17000 mm两种规格,开挖较深区域采用25 m钢板桩,背面腹200#槽钢加强处理;开挖较浅区域采用17 m钢板桩。

现场条件允许时,应选择两侧开口布置形式(见图1),主要优点:涨落潮期间,便于涌浪汇流冲刷底部淤泥,可大量清除塌方淤泥;船舶作业空间较大;利于新建管线的底拖牵引;利于围堰体结构稳固。

图1 钢板桩平面布置图

(2)已建管道底部封堵

钢板桩按图1设置完成后,已建管线底部存在缺口,如不进行封堵,一旦开挖管沟,大量淤泥将从缺口滑入,造成管沟深度不够和扩大已建管道的悬空段,最终导致穿越失败。为此在已建管线底部采取打斜桩进行处理。

①斜桩数据计算。通过计算和现场模拟实验,确定斜桩长15 m,2块钢板桩宽度,入泥10 m,斜桩9°入泥,桩体边缘与水管线保持0.3 m安全距离。②斜桩导向架设计。为确保斜桩施工不发生偏移,在钢围檩上安装斜桩导向架,角度可调。③斜桩夹紧装置。斜桩按设计角度入泥后,水管线底部依然存在较大的空隙,为彻底封堵水管线底部,利用剪刀原理,夹紧两侧斜桩,封堵水管底部淤泥(见图2、3、4)。

图2 打斜桩过程

图3 斜桩打桩-夹紧过程

图4 斜桩封堵完成

2.2.2 管沟开挖

(1)钢拉杆紧固

为防止管沟开挖后钢板桩背部淤泥发生挤压,造成钢板桩倾倒,同侧对应位置的钢板桩之间采用钢拉杆紧固(见图5、6)。

图5 钢板桩之间采用钢拉杆连接紧固

图6 钢拉杆连接平面图

(2)管沟开挖

根据船舶设备作业特点和机械性能,采取抓斗、水陆挖机、涌流冲刷相结合的管底挖泥、清淤方案,用多波束检测管沟开挖深度,潜水员水下探摸已建管道底部净空间。开挖情况见表3,开挖区域见图7。

图7 开挖区域分布

2.2.3 底拖穿越工艺

(1)底拖穿越总体工艺设计

遵循“浮拖预制全段,底拖一次性穿越”工艺设计原则。①铺管船位于水管西侧240 m,牵引船位于水管东侧250 m,均原地抛锚;②铺管船组对焊接,牵引船卷扬机牵引海管入水,并浮拖,当浮拖至供水管线前10 m时,停止浮拖。由铺管船往西敷设120 m管线;③进行牵引缆绳的水面置换,完成浮拖转底拖牵引;④前200 m管线通过跳跃式解筒,达到悬浮状态,实现水平底拖;⑤高潮平流期开始底拖,牵引驳船不动、卷扬机收缆、张紧器夹紧、铺管船绞锚东移一次性完成120 m底拖过程。(见图8)。

图8 浮拖底拖分布示意图

(2)缆绳隔离措施

在4根定位桩之间安装2根φ168 mm钢管作为横撑,有效隔离牵引缆绳与供水管线(见图9)。

图9 横撑加固

(3)浮拖转底拖参数

①基本参数:钢管Φ457×14.3 mm 、钢材密度7.85×103 kg/m3、配重层厚度45 mm、配重层密度2 950 kg/m3、海水密度1.02×103 kg/m3、浮桶规格φ860×2000,有效浮力1 200 kg/个;②管线在空气中的重量:352.04 kg/m;③管线在海水中的重量:112.46 kg/m;④临界点(考虑管线附件重量及负浮力5 kg/m),1200/(112.46+5)=10.22(m/个);⑤底拖段浮筒配置(前200 m管线):采取跳跃式解筒的方式实现先浮拖后底拖的效果,结合现实试验结果,确定绑筒间距(见图10);⑥漂浮段浮桶配置(后178 m管线):管线处于漂浮状态减少牵引力,考虑15%的浮力储备。

图10 前200 m浮筒绑扎示意图

(4)牵引缆绳置换

①浮拖牵引时,缆绳从加固横撑上部跨越;②浮拖至水管前10 m后,高潮平流期潜水员预留置换缆绳;③低潮平流期,牵引缆水面置换。(见图11)。

图11 牵引缆绳置换

3  底穿技术应用前景

中石化胜利油建工程有限公司采用钢板桩围堰支护+先浮拖后底拖的已建海管底穿技术,顺利完成了甬台温龙湾支线底穿供水管线项目,从钢板桩支护、铺管船浮拖转到底拖过程耗时40天,底拖过程仅用38 min。采用钢板桩支护已建管线,有效的保证了已建管线的原始状态,不受任何扰动。该技术施工效率高、技术易于实现、安全有保障。在类似渤海平台多、海管、海缆错综复杂的海域,交叉穿越不可避免,采取该项技术能明显提高海底穿越施工能力,具有广阔的应用前景。

参考文献

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作者:帅永太,男,1984年生,工程师, 2007年毕业于南昌航空大学获学士学位,现在中石化胜利油建工程有限公司工作,担任三分公司主任工程师、技术质量办主任,从事海底管道研究工作。

《管道保护》2017年第4期(总第35期)

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