管金海 付海興

摘 ?要：本文介紹排污水管分段加工、氣囊滾動(dòng)下水、海上拖航、現(xiàn)場(chǎng)注水沉放等環(huán)節(jié)的施工工藝，并就工藝實(shí)施過(guò)程中的船機(jī)配置情況和安全應(yīng)急事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)描述。由于管道拖運(yùn)過(guò)程受風(fēng)浪影響大，航行距離長(zhǎng)，在穿越部分港池與航道時(shí)，應(yīng)選擇進(jìn)出港船舶較少，無(wú)風(fēng)無(wú)浪的天氣時(shí)段進(jìn)行出運(yùn)。本文為外海類似鋼制排污管道工程的施工具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：排污管道;浮拖;沉放;海上

中圖分類號(hào)：TE973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ???文章編號(hào)：2096-6903（2019）04-0000-00

0前言

煙臺(tái)市套子灣污水處理廠尾水深海排放工程是煙臺(tái)市排污系統(tǒng)升級(jí)改造的重點(diǎn)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)排海管道總長(zhǎng)944m，鋼管加工及出運(yùn)場(chǎng)地位于煙臺(tái)環(huán)保疏浚院內(nèi)，加工場(chǎng)設(shè)在院內(nèi)龍門吊臺(tái)座上，臺(tái)座上布置兩臺(tái)5噸龍門吊，軌距18m，場(chǎng)地長(zhǎng)度約250m。鋼管接長(zhǎng)位于龍門吊之間，加工場(chǎng)占地面積450m。由于軌道間距只有18m，但氣囊長(zhǎng)7m，所以一次只能并排加工兩根管道，無(wú)法同時(shí)存放四節(jié)鋼管，因此需要提前將加工好的兩節(jié)管道拖運(yùn)至施工海區(qū)存放。

1工程概況

1.1工程概況

排海管道分兩道鋪設(shè)，其中一段管道與原有老管道相接，管段長(zhǎng)225m+43m（包括一個(gè)135°轉(zhuǎn)角彎頭），根據(jù)計(jì)劃放在最后加工出運(yùn)。并排新建管段自岸側(cè)向海側(cè)分三節(jié)加工：第一節(jié)管道長(zhǎng)220m，第二節(jié)管道長(zhǎng)220m，第三節(jié)管道長(zhǎng)236m。第一節(jié)和第三節(jié)在對(duì)接側(cè)端頭管道頂面設(shè)置一個(gè)人孔備用，第二節(jié)管道在兩個(gè)端頭管道頂端各設(shè)置一個(gè)人孔，人孔用于管道海上分段對(duì)接時(shí)安放封堵氣囊。管道根據(jù)計(jì)劃與實(shí)際加工場(chǎng)地情況擬存放兩段，分別為新建管道的第一與第二段。

1.2施工環(huán)境

1.2.1拖運(yùn)環(huán)境

管道滾動(dòng)下水處前沿港池水深在-10m～-13m之間，高水位時(shí)管道與海平面高差約為1.5m，拖航沿線無(wú)養(yǎng)殖區(qū)。拖航區(qū)域受北風(fēng)、東風(fēng)影響較大，出運(yùn)應(yīng)盡量選擇南風(fēng)向且風(fēng)速較低的天氣施工。

1.2.2波浪及水流條件

芝罘灣內(nèi)波浪有明顯的季節(jié)變化。夏季長(zhǎng)浪向?yàn)闁|北向和東-東北向，最大浪高1.5m;秋季常浪向?yàn)槲鞅毕?，頻率為7%，強(qiáng)浪向?yàn)槲鞅毕?，最大浪?.0m。

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告描述，本海區(qū)海流以潮流為主，潮流性質(zhì)為不正規(guī)半日潮流;潮流運(yùn)動(dòng)形式以往復(fù)流為主，旋轉(zhuǎn)為輔。大潮期潮流平均最大流速的最大值為24cm/s;潮流的可能最大流速為64cm/s。從潮流的垂直分布情況看：離岸處海流表、中層流速相近，而底層流速較小，近岸處海流各層特征流速相近。各站層余流較弱，流速均不超過(guò)3cm/s。

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)沉放區(qū)域較大海流主要有風(fēng)向引起，一般北風(fēng)會(huì)產(chǎn)生向岸側(cè)的水流。漲落潮產(chǎn)生的潮流較緩，對(duì)管道沉放的影響較小。

2施工方法

2.1工藝流程

施工準(zhǔn)備→管道封堵并驗(yàn)收→管道滾動(dòng)下水→海上拖航→管道注水沉放→設(shè)置浮漂警示。

2.2主要施工方法

2.2.1施工準(zhǔn)備

制定專項(xiàng)施工方案報(bào)監(jiān)理審批，提前查詢最近3天氣象情況和滿潮時(shí)間，并調(diào)查港區(qū)船舶近期航班動(dòng)態(tài)，確定合適的出運(yùn)時(shí)間段。采購(gòu)硬泡沫浮漂，每隔40m沿管道圓周綁扎牢固，將管道四周全部包裹嚴(yán)密，防止管道沉放到海底時(shí)造成防腐層破壞。另在管道端頭設(shè)置浮標(biāo)，減少管道入水前的撓度變形與拖航過(guò)程中的沉頭現(xiàn)象。在浮漂上設(shè)置紅色刀旗，作為管道警示標(biāo)志。管道下方支墊方木，方木之間每隔15m布置氣囊。預(yù)先選定管道沉放位置，定出坐標(biāo)，進(jìn)行存放區(qū)地形掃測(cè)，掃側(cè)沉放區(qū)域地勢(shì)情況。對(duì)航線進(jìn)行實(shí)際踏勘，明確航線周邊障礙物或危險(xiǎn)區(qū)，做好預(yù)控措施。

2.2.2管道封堵并驗(yàn)收

管道兩個(gè)端頭用盲板封堵，排氣端盲板上設(shè)置2個(gè)DN150的蝶閥（其中1個(gè)備用），進(jìn)水端設(shè)置一個(gè)DN150蝶閥和一個(gè)打氣孔（打氣孔在管道起浮時(shí)會(huì)用到），靠近排氣端管道上方設(shè)置一個(gè)直徑1m的人孔，并用盲板進(jìn)行密封處理（人孔用于管道水上對(duì)接安放氣囊使用，在管道起浮、海上對(duì)接及沉放專項(xiàng)方案中會(huì)詳細(xì)介紹），如圖1所示。

管道出運(yùn)前通過(guò)打氣孔向管道內(nèi)充氣，進(jìn)行氣密性檢查，觀察壓力表壓力是否穩(wěn)定，從而檢查各個(gè)閥門的密封情況，保證管道拖運(yùn)時(shí)能夠安全漂浮。

2.2.3管道滾動(dòng)下水

管道垂直于出運(yùn)口布置，管道底部每隔15m預(yù)先鋪設(shè)的氣囊充氣（氣囊受力計(jì)算見(jiàn)6.3.2），在管道入水端綁扎浮漂，防止入水后管道出現(xiàn)下插現(xiàn)象，利用50裝載機(jī)頂推，使管道緩慢整體入水。選在高潮時(shí)滾動(dòng)下水，以減少前部氣囊承受的壓力并減小鋼管的變形量，使管道能穩(wěn)步入水。管道入水后，通過(guò)預(yù)先系在裝載機(jī)上的鋼絲繩拖拽，控制管道全部入水前的溜放速度與方向。

管道滾動(dòng)前清退港池內(nèi)船只，保證管道下水區(qū)域50m范圍內(nèi)無(wú)船舶?？?，管道入水后，將警示設(shè)施進(jìn)行綁扎完善，將管尾部與拖輪通過(guò)纜繩連接起來(lái)，準(zhǔn)備拖航。

2.2.4海上拖航

管道總重154t，換算成重力F1=1540kN，管道整體浮力F2=4421kN，F(xiàn)2>F1，所以管道處于漂浮狀態(tài)。

管道總長(zhǎng)220m，主拖船總長(zhǎng)61m，主船拖帶纜繩長(zhǎng)度暫按15m計(jì)，尾船總長(zhǎng)20m，尾船拖帶纜繩長(zhǎng)度暫按10m計(jì)。則管道拖帶船系總長(zhǎng)326m。

纜繩選用：主拖輪采用2根纜繩與管道連接，拖帶力為1.36kN（計(jì)算見(jiàn)6.3.1），取5倍安全系數(shù)，每根受力：1.36×5/2=3.4kN，采用直徑30mm的丙綸繩，其總繩破斷拉力：

F=Kd1.83g=0.02×501.83×9.8=98.9kN>3.4kN，滿足使用要求。

拖運(yùn)過(guò)程由主拖船通過(guò)對(duì)講機(jī)指揮，遇過(guò)往船只或者緊急情況主拖船發(fā)出警報(bào)。警戒拖輪遇緊急情況通過(guò)對(duì)講機(jī)報(bào)告給主船，另外警戒船負(fù)責(zé)驅(qū)趕靠近管道拖運(yùn)區(qū)域的漁船。尾部拖輪負(fù)責(zé)控制管道擺動(dòng)，維持管道拖航方向。本工程拖運(yùn)照片如圖2所示。

2.2.5管道注水沉放

通過(guò)主拖船上的GPS航行到沉放海域，通過(guò)岸上全站儀觀測(cè)管道沉放位置是否位于沉放區(qū)上方，通過(guò)警戒拖輪調(diào)整管道位置后，解開(kāi)拖帶纜繩。拖輪傍靠在管道進(jìn)水端頭側(cè)面，避開(kāi)進(jìn)水水流，打開(kāi)浸水的1個(gè)進(jìn)水閘閥，同時(shí)另一艘拖輪靠近排氣端打開(kāi)1個(gè)水面以上的排氣閥。并在排氣閥位置接一個(gè)管道，引至船上，通過(guò)控制排氣量，調(diào)整管道內(nèi)壓差以減緩進(jìn)水量。管道緩慢下沉至海底后，在管道兩端和中間系上浮漂作為管道位置的標(biāo)記。因本次沉放為臨時(shí)存放，本方案不詳細(xì)描述管道如何精確下沉至管道溝槽的控制措施。管道下沉施工照片如圖3所示。

3措施計(jì)劃

3.1質(zhì)量保證措施

為了保證管道沉放和起浮過(guò)程中不會(huì)對(duì)管道的防腐層造成損傷，在管道出運(yùn)前，每隔40m沿管道四周包裹直徑60cm硬塑料泡沫浮漂，用以保護(hù)管道不受到海床的刮傷。管道溝槽開(kāi)挖期間，每天派遣巡邏艇查看管道浮漂，如果浮漂發(fā)生損毀，則派潛水員下水查看管道。（1）管道出運(yùn)前完成100%的超聲波焊縫檢測(cè)和20%的X射線檢測(cè)，并且完成閉水試驗(yàn)。（2）提前進(jìn)行管道沉放處的水下地形測(cè)量，并繪制地形圖。（3）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)流速觀測(cè)。

3.2拖運(yùn)安全保證措施

（1）收聽(tīng)72小時(shí)天氣預(yù)報(bào)，選擇在較風(fēng)平浪靜的日子托運(yùn)管道;（2）利用捆綁在管道上的泡沫箍，插上竹桿拉上紅色刀旗（管道通長(zhǎng)）;（3）管道各進(jìn)水口等全部盲板封堵;（4）利用凌晨航道沒(méi)有船只出港間隙;（5）上報(bào)拖輪進(jìn)港、出港計(jì)劃;（6）組織相關(guān)人員熟悉拖航航線;（7）船-船之間保持聯(lián)絡(luò)暢通;（8）拖航過(guò)程中嚴(yán)密觀察浪流情況及時(shí)調(diào)整管道航行軸線方向。

4結(jié)語(yǔ)

管道拖運(yùn)過(guò)程受風(fēng)浪影響較大且航行距離較長(zhǎng)，因此穿越部分港池與航道時(shí)，應(yīng)選擇進(jìn)出港船舶較少，無(wú)風(fēng)無(wú)浪的天氣時(shí)段進(jìn)行出運(yùn)。在拖運(yùn)過(guò)程中要注意管道密實(shí)狀況，在下沉過(guò)程中控制進(jìn)水速度，保證管道撓度符合管道材質(zhì)要求。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-07-11

作者簡(jiǎn)介：管金海（1983—），男，山東青島人，本科，工程師，研究方向：水運(yùn)港口與航道工程。

Analysis of Floating Towing and Sinking Measures for Sewage Pipelines at Sea

GUAN Jinhai，F(xiàn)U Haixing

（China Communications First Aviation Bureau Second Engineering Co.， Ltd.， Qingdao Shandong 266000）

Abstract： This article introduces the construction process of the sewage pipe segment processing， airbag rolling and launching， sea towing， and on-site water injection and sinking. It also describes in detail the ship configuration and safety emergency issues during the process implementation. Because the pipeline hauling process is greatly affected by wind and waves， and the navigation distance is long， when crossing some harbors and waterways， it should be selected during the weather period when there are fewer ships entering and leaving the port and no wind and no waves. This article is of guiding significance for the construction of similar steel sewage pipelines in the open sea.

Key words：?sewage pipe; floating trailer; sinking; offshore