福鼎沙埕镇跨海引水工程几个关键技术的应用

官云鹏

(福建省水利水电勘测设计研究院， 福建 福州 350001)



福鼎沙埕镇跨海引水工程几个关键技术的应用

官云鹏

(福建省水利水电勘测设计研究院， 福建 福州 350001)

沙埕镇跨海引水工程施工难度高，技术要求专业，在施工中应用水下浅地层剖面探测技术、管道整体性设计、S形冲泥沉管法施工等关键技术，保障了工程的实施，可为其他类似工程提供借鉴。

跨海供水工程； 海底管道路由； 水下浅地层剖面探测技术； 钢丝网骨架塑料复合管； S形冲泥沉管法施工

1 概 述

福鼎市沙埕镇为闽东沿海半岛干旱缺水地区，镇里淡水资源严重匮乏。沙埕镇跨海引水工程，从沙埕镇对岸的党洋水库经钓岙、跨沙埕港至沙埕镇水厂，引水规模为2550m3/d，管线总长度4.4km，其中沙埕港跨海段管长1.7km。

对跨海供水工程来说，海底管道是整个工程总投资和进度的控制性部分。该工程规模小，投资低，然而跨海段施工难度高，技术要求专业，需要在施工中引进一些关键技术，保证工程的实施[1]。

2 水下浅地层剖面探测技术

海底管线路由是管道系统工程设计和工程建设的基础，要铺设海底输水管道，首先要选择合适的海底路由，也就是海底线路，保证在设计使用年限内，海底管线能够安全、稳定地运行，同时还要求海底管线尽可能短，以降低工程造价。

由于海水掩盖，海底地形难以直接观察，无法调查路由区海底地质情况。在该工程海底管道路由设计中采用水下浅地层剖面探测技术，对路由区海底地形地貌及底层地质情况进行综合探测[2]。

水下浅地层剖面探测技术是通过换能器将控制信号转换为不同频率的声波脉冲向海底发射，该声波在海水和沉积层传播过程中遇到声阻抗界面，经反射返回换能器转换为模拟或数字信号后记录下来，并输出为能够反映地层声学特征的浅地层声学记录剖面[3]。

对于浅地层声学记录剖面的成果解释，主要是通过声波反射界面的追踪与识别，经过对反射特征的分析，结合现场地形地貌与相关地质资料和其他勘探资料，特别是代表性的钻探资料，最终对探测成果进行分析判断。沙埕港海底管线路由区海底地形典型的特征分析如下。

2.1 礁石

从波形记录上看(见图1)，表现为毛躁的表面，有较明显起伏。分析认为，由于海底礁石常年经受暗涌冲击下浮砂的侵蚀，大多表面粗糙多孔，而浅剖仪发射的线性调频波探测精度极高，可以把礁石表面粗糙的特征表现出来。

图1 礁石反射特征

2.2 淤泥

淤泥质地松软，无骨架颗粒，反射损失较小，对声波的衰减较小，是浅剖探测最适宜的地层，在波形特征上表现为灰度较浅，如图2所示。

图2 淤泥反射特征

2.3 淤泥质黏土

淤泥质黏土具有同淤泥类似的物理特性，也是浅剖探测较适宜的地层，反射特征区别于淤泥的均质，表现为多条纹状，且能量灰度较淤泥强，如图3所示。

图3 淤泥质黏土反射特征

2.4 砂

砂是由颗粒组成的介质，且海底沉积砂层相对密实，故砂层对声波的反射能量较强，穿透的声波在颗粒间的漫反射也造成了声波在传播过程中的能量损失，故浅剖发射的声波探测对砂质海底效果较差，声波能量多以反射和透射损失为主，穿透深度较小。从反射特征图谱来看，呈现散点状，且灰度较大，如图4所示。图4揭示的淤泥、淤泥质黏土、砂的特征区分非常明显。

图4 砂反射特征

2.5 管道

图5为探测剖面中管道位置典型反射特征，呈明显的抛物线形态。

图5 管道反射特征

利用水下浅地层剖面探测技术，布置网格状测线，就可清晰、直观地显示海底的地形地貌，以及地层地质情况，在水下管道路由布置中避开礁石、深沟等区域。

3 管道整体性设计

沙埕镇跨海管道设计内水压力为2.5MPa，还要承受30m深的外水压力；由于管线经过的海底为淤泥，管道长期运行会产生沉降；另外在海上铺设过程中管道易受到波浪和洋流的影响，须经得起海浪上下左右的颠簸所产生的变形破坏；水深30m，运行期维护和保养费用很大，如果管道质量出一点问题，就可能产生巨大的影响，就有可能使整个海底管道报废。因此，该工程通过管材、接头、管道配重等几方面设计，使管道形成一个整体，经得起海上施工的折腾，满足长期使用的要求。

3.1 管材选择

根据工程特点，通过比较钢管、玻璃钢管、PE管及钢丝网骨架塑料复合管，最终选用钢丝网骨架塑料复合管。钢丝网骨架塑料复合管是以高强度钢丝左右螺旋缠绕成型的网状骨架为增强体，并用高性能的粘结树脂层将钢丝网骨架与内外层高密度聚乙烯紧密地连接在一起，这种管材克服了钢管和塑料管各自的缺点，而又保持了钢管和塑料管各自的优点。具有耐腐蚀、耐老化、耐磨、耐压、耐化学等特性，克服金属管道不耐腐、非金属管道不耐压、玻璃钢管道对铺设环境要求高而抗冲击力较差等诸多弱点，刚性高，抗冲击性强，又具有优良柔韧性。

为保证海底管道不因管材的质量而报废，每根钢丝网骨架塑料复合管施工前均进行压水实验，合格后方准使用。

3.2 接头设计

管道的接头是海上管道最薄弱的环节，易受到外力影响而产生破坏，解决的方法有两种：减少接头；提高接头的连接强度。

为减少管道接头，并满足管道运输要求，采用定制的18m长管材，减少50%的管道接头，降低管道接头破坏的安全隐患。

钢丝网骨架塑料复合管接头方式有对焊连接、承插连接、法兰连接、电热熔套筒连接。该项目采用电热熔套筒连接。电热熔套筒经定制，内有薄钢板卷焊而成的钢骨架，接头与管材结合在一起后，电热熔套筒的钢骨架与钢丝网骨架塑料复合管的钢丝网骨架有15cm的搭接长度，能让管材承受的应力能向下传递，不会在接头处断开，使得整个管道形成一个整体。

3.3 配重块使用

钢丝网骨架塑料复合管每米重量仅为15kg，整根管自重为25.5t，空管时浮力为53.4t。海上施工时，管道将浮在海面上，无法下沉至海底沟槽内，并且受风浪影响，管道上下左右摆动，虽然钢丝网骨架塑料复合管具有一定的柔韧性，但也经不起长时间受海浪的影响，容易产生弯曲破坏，因此需要进行配重设计，使管道迅速沉入沟槽中，不受风浪影响。该工程配重块采用耐海水腐蚀低合金铸铁，配重块每2.0m设置一个，为环状, 厚度60mm, 长度90mm。

4 S形冲泥沉管法施工

海上管道施工须采用专业的施工方法，该项目海上管道施工流程如下：

a.在铺管前，采用拖动的水力机械形成高压喷射水流，在海底冲切出设计要求的管沟断面，并且实现不间断前行，快速开挖海底管沟。

b.在铺管船上，将管材、接头及配重块安装并检验合格后，通过铺管船上车槽式滑道及圆弧形托管架，将管沉入海底开挖好的沟槽中。

c.在管道沉放岛沟槽中，同时在管道两侧小船通过绳索间隔左右拉扯，使沟槽中的管道形成一定的S形，并在沟槽中回填碎块石，使管道以S形固定下来。

该工程海上管道施工采用S形冲泥沉管法，使管道增加了变形余量。在管道长期使用过程中，海床均会有一定的变迁，同时管道也会产生沉降，管道新增的变形余量能够适应这些变化，以减少变形对管材及接头的损伤。

5 结 论

通过水下浅地层剖面探测技术、管道整体性设计、S形冲泥沉管法施工等关键技术的应用，沙埕镇跨海引水工程从前期设计到完工通水仅用不到9个月时间，经过2年的运行使用，用水流量稳定，运行情况良好，符合设计要求。我国海岛众多，均存在缺水问题，跨海供水是一项不错的选择，沙埕镇跨海引水工程能够为其他工程设计提供借鉴。

[1] WYLIE E B,STREETER V L,SUO Lisheng.Fluid Transients in System[M].New Jersey:Prentice Hall Inc,Englewood Cliffs,1993.

[2] 陈乃祥.水利水电工程的力学瞬变仿真与控制[M].北京：中国水利水电出版社,2005.

[3] 樊红刚,陈乃祥,孟祥文,等.虚拟阻抗法在水电工程仿真自动建模中的应用[J].清华大学学报,2001,41(10):82-85.

Application of several key technologies in Fuding Shacheng Town sea water diversion project

GUAN Yunpeng

(FujianWaterResourcesandHydropowerSurvey&DesignInstitute,Fuzhou350001,China)

Shacheng Town sea water diversion project is characterized by high construction difficulty and professional technology. Underwater shallow layer profile detection technology, pipeline integrity design, s-shaped mud slide immersed tube construction and other key technologies are applied in construction, thereby ensuring project implementation and providing reference for other similar projects.

sea water supply project; submarine pipeline routing; underwater shallow layer profile detection technology; steel mesh skeleton plastic composite pipe; construction by s-shaped mud slide immersed tube method

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.04.005

TV52

A

2096-0131(2016)04- 0015- 03