海底天然气管线邻近水域疏浚施工工艺

何波，陈松波

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510221）

1 工程概况

港珠澳大桥沉管隧道穿越广州港出海航道与铜鼓航道重叠的伶仃航道段，为了解决在主航道范围内进行地质钻探期间和沉管施工期间进出港船舶的安全通航问题，确保岛隧工程建设的顺利推进，必须开辟沉管施工临时航道。

根据沉管施工临时航道设计方案，临时航道跨越崖13-l天然气管线上方。该管线为崖城13-1气田井口平台至香港接收站的海底管线，建于1995年，于1996年投入使用，每年输气约29亿m3。受限于当时的技术水平与施工设备控制精度，管线位置不可避免地存在一定的误差，而且无法找到该管线埋设最终验收资料。因此，该天然气管线附近区域的临时航道开挖施工存在着巨大施工风险，确保崖13-1天然气管线的安全至关重要。

为避免对崖13-1海底天然气管线造成破坏，设计单位提出了专门的技术要求：海底管线附近区域的最大超深值应不大于0.6 m[1]。此项技术要求远远超出了现行规范的要求，目前规范对各类挖泥船的最大超深控制值如表1所示[2]。

表1 疏浚施工超深控制值Table 1 Control value of ultradeep of dredging construction

2 现场调研

2.1 现场情况

因无法找到崖13-1天然气管线埋设最终验收资料，且设计单位未明确该临时航道管线位置，要求施工单位自行勘察确认。经调研，崖13-l天然气管线在穿越伶仃航道处下卧，上覆层分别为约1.5 m厚块石与约0.5 m厚碎石，覆盖层顶高为-18.0 m，下卧段长度为500 m。根据海底管线埋设情况可知，上覆盖层宽度介于8～12 m之间，因此，选取该管线上下游两侧各20 m区域作为“临时航道海底管线邻近区域”[3]，详见图1。

图1 临时航道布置图Fig.1 Layout of the temporary channel

根据传统案例，海底管线邻近区域开挖主要采用抓斗船实施。但由于崖13-1天然气管线跨越广州港出海航道与铜鼓航道重叠的伶仃航道段，应海事部门、广州港、深圳港西部港区等单位要求，该临时航道开挖期间，需在保证管线安全的同时，还需保障广州港出海航道与铜鼓航道的通航安全。因此，该管线邻近区域仅能采用自航耙吸船开挖，不能采用碍航的抓斗船施工。

2.2 施工质量控制情况

为了分析耙吸船在该管线邻近海域施工条件下的质量控制情况，在临时航道上距离该管线南侧500 m处选取一块20m×50m区域，采用5 300 m3自航耙吸式挖泥船“广州号”进行常规工艺试挖[4]，开挖后对施工区域进行检测（见表2）和质量分析，从检测结果看出，常规工艺不能满足质量控制要求。

3 疏浚施工

3.1 控制措施

根据试挖情况，为了实现耙吸式挖泥船在管线邻近区域疏浚最大超深不大于0.6 m施工目标，采取以下主要措施：

表2 试挖质量检测结果Table 2 Quality test results of trial excavation

1）加强工前调研，收集多方相关资料，比对分析找出差异之处。接到施工任务后立即展开工前调研工作，先后与设计、建设、施工等相关单位进行了多次沟通和联合磋商，收集了大量与管线相关的资料，详细调查、核实该区段的水深、管线位置、埋深和管线保护情况。

2）校准和修正定位系统、耙头监测系统，实现精确定位。开工前对“广州号”的定位系统和耙头监测系统进行校准和评定，并做好误差改正。经评定，施工和测量GPS接收机检定平面定位精度小于1 m，施工定位系统运行稳定、正常，改正后的耙头挖深控制精度可达0.2 m。

3）研究制定最优开挖施工工艺，通过试挖确定施工参数。根据收集的有关管线资料，结合施工环境条件及通航要求，采用5 300 m3自航耙吸式挖泥船“广州号”开挖施工，确定-16 m以上泥层采用0.3~0.5 m分层开挖，-16 m以下泥层则采用水力式施工工艺：即将耙臂放入水下一定深度，使耙头与泥面保持一定距离，避免耙头直接接触管线，定深对地开高压冲水，利用水流冲刷淤泥层，再通过泥泵吸入泥水混合物，经过排泥管将泥浆装入泥舱中。

为确定相关施工参数，选择天然气管线南侧约550 m附近20 m×50 m区域进行试挖，确定耙头离地高度及高压冲水压力的大小。通过试挖，确定施工参数为耙头离地高度0.3 m，高压冲水压力0.08 MPa。

按照试挖工艺数据，对管线邻近区域进行开挖。开挖时根据水深检测结果，按照距离检测泥面0.3 m控制耙头下放深度，施工中选用高压冲水压力0.08 MPa，冲水开挖一遍完成后，立即安排施工检测，对施工底标高进行动态更新。同时，泥泵功率采用额定功率的60%~70%，通过降低泥泵转速减少吸力，防止对原泥面造成直接破坏。

为提高施工效率，前期顺临时航道分层开挖，按0.3~0.5 m厚分层浚深至-16.0 m，随后采用分区施工，即对管线位置南北各20 m范围以外按常规疏浚开挖，耙头到达管线邻近区域内则提升耙头至-16.0 m进行水力式施工，定深对地打开高压冲水，通过水流冲刷及吸泥作业，避免耙头及耙齿直接接触管线和覆盖层。按照0.2~0.3 m厚分层定深吸泥，逐层浚深至-17.0 m。

为提高管线邻近区域的施工效率和降低与过往船舶避让的风险，利用低平潮时段或过往船舶很少时段横跨伶仃航道开挖，即采用平行管线的定深水力式施工。

4）利用监控系统辅助船舶施工。在施工过程中，利用“耙吸挖泥船计算机辅助疏浚决策系统”实时监测水下地形，显示耙头三维空间，指导开挖施工。此外，船舶上装有主动耙头监控系统，利用超深报警及时提醒操耙手提升耙头至设定开挖面。

5）加强施工全过程监控。施工期间安排专人观察耙头泥浆浓度仪表，掌握泥浆浓度变化，同时，安排专人观察泥舱泥浆变化，监听喇叭口疏浚物响声，一旦发现有碎石或其它异常现象，应立即起耙停止开挖，开展测量，调查原因，采取相应措施，确保开挖过程中管线和船舶的安全。

3.2 效果分析

耙吸船挖泥船“广州号”经过约72 h作业完成了临时航道崖13-1天然气海底管线邻近区域的开挖施工，没有对海底管线造成任何破坏。根据第三方验收结果，临时航道天然气管线水域水深均达到设计水深要求（见图2），采取措施后施工质量有明显提高。

图2 竣工水深图Fig.2 The sounding chart after thecompletion of the construction

4 结语

沉管施工临时航道的成功开挖，使临时航道与伶仃航道得以顺利转换，同时打通了广州港出海航道的最大瓶颈。通过临时航道崖13-1天然气管线段疏浚开挖，建立了一套可行的海底管线邻近区域疏浚质量、安全控制施工工艺，对类似工程具有借鉴意义。

[1]港珠澳大桥岛隧道工程沉管施工临时航道工程施工图设计[R].广州：中交第四航务工程勘察设计院，2011.Construction drawing design of the temporary channel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tube project[R].Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2011.

[2]JTS257—2008，水运工程质量检验标准[S].JTS 257—2008，Standard for quality inspection of port and waterway engineeringconstruction[S].

[3]崖13-1气田海底管线调查项目海底管线检测技术报告[R].天津：天津港湾水运工程有限公司，2012.Inspection report on submarine pipeline of the Ya13-1 gas line of submarine pipeline investigation project[R].Tianjin：Tianjin Harbour Marine Engineering Co.，Ltd.，2012.

[4] 王望金.耙吸式挖泥船施工工艺及管理[J].中国水运，2007（9）：46-47.WANG Wang-jin.Construction technology and management of dragsuction dredger[J].China Water Transport，2007（9）：46-47.