跨海输水管道穿越海底电缆的实践应用

梁俊宁

(上海市基础工程集团有限公司 200002)

引言

随着我国沿海资源的不断开发,越来越多的海底管线已经或即将存在各种交越现象[1],目前常见的交越施工大多为交越对象从被交越对象上方通过,并采取一系列保护手段对双方进行保护;但在一些特殊工况地区,上述方式因各种原因无法实施,如跨海管道与海底电缆的交越,因双方管线性质的原因,就必须保持管道在下,电缆在上的交越原则。

鉴于上述原因,就需要一种交越施工技术来满足后敷设管道与先敷设海缆间的交越施工要求。

1 工程概况

大连市长海县大长山岛跨海引水工程海底管道安装工程位于大连市里长山水道东部海域,两端分别连接大连皮口与长海县大长山岛。跨海输水管道为带钢丝网骨架聚乙烯(PE)复合管,长17.973km,PE 管外径450mm,壁厚22mm。大连市长海县大长山岛至皮口跨海引水工程海底管道是一项具有显著经济效益和社会效益的重大工程,同时也是国内首次采用带钢丝网骨架聚乙烯(PE)复合管的最长管道安装工程。

在皮口侧浅滩上岸段3km 范围内,有四根电缆与海底管道路由交越,其中距皮口登陆点1420m 附近有一根电缆(编号4#电缆),距登陆点2080m 附近有三根电缆(编号1#、2#、3#电缆),根据海底路由勘测调查报告,距皮口侧登陆点1420m 附近一根电缆(4#电缆)埋深大约为0.5m,距登陆点2080m 附近三根电缆(1#、2#、3#电缆)埋深为1.2m～1.5m。1#、2#、3#电缆为备用电缆,4#电缆为正使用电缆,在海底管道施工时电缆可停止通电,但不能损坏。

交越位置见图1。

图1 交越位置示意Fig.1 Crossing position schematic diagram

2 穿越施工存在的问题

(1)穿越施工不得截断海缆,施工过程中也不得损坏海缆。

(2)穿越施工必须起吊已存在海缆,起吊作业时需要时刻保证海缆的弯曲半径大于其允许最小弯曲半径,由于海缆敷设年代久远,其最小允许弯曲半径是否有变化已不得而知。

(3)已存在海缆其敷设余量未知,不能确定海缆的起吊高度,不能保证穿越施工时托管架能否从海缆下方穿过。

3 对策

(1)鉴于穿越作业不得截断海缆,且必须从海缆下方穿越,故穿越施工只能选择管、船分离的方式通过交越点,即海底管道敷设过程中将敷设的管道与施工船分离,待施工船通过交越点后,将管头穿过电缆下方,最后重新拾管的方式进行穿越施工。

(2)由于海缆敷设年代久远,具体参数已不具备太大参考价值,因此在施工过程中需要增大安全余量,尤其在起吊海缆的过程中,充分利用辅助工具,采用固定海缆弯曲度的方式进行起吊作业。

(3)针对海缆敷设余量未知的情况,需要在施工作业前,先行对海缆实际位置、走向进行勘测,待明确其状态后,还可在低潮位浅滩出露的情况下采用人工开挖和高压水枪冲刷等方式尽可能暴露海缆,确定其实际位置、状态,必要时可增加海缆露出长度,增加施工余量,尽可能满足起吊要求。

4 穿越施工

4.1 被交越海缆位置的确定

在交越施工前,首先根据海缆的路由报告,利用差分式全球定位系统(DGPS)初步确定海缆所处的范围,报告不明确的部分,可利用管线检测设备进行物探调查,以获得精确的海缆位置。

明确海缆所在位置后,将在低潮位滩地出露的时候利用人工开挖和高压水枪冲刷相结合的方式寻找电缆。鉴于海底电缆埋深不大的情况,需充分考虑施工现场或淤积或冲刷等因素,制定分层开挖的方式,严禁使用挖掘机械直接抓土的方式搜寻海底电缆。

电缆暴露后,因分别在交越点左右各50m 位置的海底电缆上绑扎浮漂及自亮灯,以作为施工作业时的标记。

4.2 穿越电缆前准备工作

按照正常的管道施工工艺,敷管船以100m为一个单元由大长山岛向皮口方向进行管道敷设作业。为保证穿越施工的顺利进行,在施工船到达交越点附近时,必须确保以下几个方面:

(1)由于被交越海底电缆埋深较浅,必须确保施工船搁浅坐滩时任何部位不处于电缆路由上;

(2)结合施工船船位和预定路由轴线、穿越线路,精确计算施工船上待敷设管段的长度,防止穿越作业时管头位置不到位;

(3)确保管头牵引装置安装连接可靠,管段熔接符合要求;

(4)确保被交越海底电缆位置正确,交越点标记浮标完好,浮标自亮灯正常工作。

交越作业前准备工作如下:

(1)如图2 所示,管道正常敷设至距离交越点95m 处预定停止点位置,利用DGPS 复测施工船发射架上管头位置,确认其距离交越点95m 左右,停止敷设施工;

图2 停止点Fig.2 Stopping point

(2)停止敷埋设施工后,随即开始连接穿越用管段;如图3 所示,在施工船堆管区,取一个管道单元,即100m 长度的待敷设管段,吊放至发射架上,并与主滑道尽头的管段连接,使管段长度符合交越需求;

图3 管段连接Fig.3 Pipe connection

(3)如图4 所示,拆除并吊离托管架和埋设机间的连接件,随后主施工船绞锚后退一定距离,分离埋设机和托管架,安全距离足够后,由起重工作船将埋设机吊离管道上方,暂时撤出施工现场。

图4 移出埋设机Fig.4 Removal burying machine

上述准备工作完成后,即可开始进行交越点穿越作业。

4.3 穿越交越点

施工现场潮位满足施工要求后,如图5 所示,起重工作船重新就位于托管架尾端,将扒杆吊点和托管架尾端吊点连接,逐渐将托管架尾端吊离海床面。

如图6 所示,逐渐沿设定的移动路径移动敷设船船位,起重船悬挂着托管架尾端在后伴随移动,逐渐将待敷设管道从托管架滑道上抽离,在管头不通过被交越电缆路由的情况下,托管架与管头分离,随后继续移动敷设船,直至托管架尾端通过交越点。

图5 吊起托管架尾部Fig.5 Hoisting the stinger's tail

PE 管头与托管架完全脱离后,靠锚泊系统确保施工船位置偏离管道路由60m 左右,随后托管架与施工船脱离,由起重工作船暂时吊离施工现场。施工船利用DGPS 定位在电缆交越点后端,采用锚泊系统抛锚就位。如图7 所示,在施工船上引出一根牵引钢缆从已经暴露的电缆下方穿过并与PE 管头连接,同时将该钢缆与船头50t拔杆连接,以使管头能顺利牵引至施工船发射架上。

图6 移动路线Fig.6 Moving route

图7 调整船位,连接牵引钢丝Fig.7 Adjustment of ship position and connection of traction steel wire

同时,如图8 所示,以管道路由为中心在暴露的电缆中段交越位置上安装3 个吊点,吊点与吊点间距离为3m,并与船头50t 拔杆上6m 扁担型辅助桥架连接。

图8 海缆起吊示意Fig.8 Schematic diagram of submarine cable hoisting

在潮水最低时开始穿越电缆,首先将事先挖出暴露在海床面上的电缆用船头50t 拔杆吊起,同时收绞与管头连接的钢缆并将管头抬高,管头升高到距海床面50cm 左右后,开始收绞与管头连接的5t 卷扬机,牵引PE 管上船。

由于需要穿越的4 根海缆中的3 根(1#、2#、3#电缆)位置较近,可以一次性同时穿越。穿越时依照被牵引PE 管管头位置,依次将起吊海底电缆的扁担和钢丝绳后移,按顺序起吊被穿越海底电缆,直至PE 管完全穿越到位。

4#电缆为运行中的海底电缆,在进行交越作业时,需按照规范安排停电。

穿越作业完成后,PE 管同发射架上的管段熔接,并敷设到海床面上,施工船重新安装托管架后,采用拾管工序将管段重新归位至托管架滑道上,在远离交越点后,重新投放安装埋设机,开始常规埋深作业。

4.4 沟槽开挖及回填

穿越电缆的PE 管由于采用先敷后埋的施工方式,因此完成穿越施工后,需要开挖沟槽将管道进行掩埋保护,在电缆交越点两侧各20m 以外的区域可采用水陆两用挖掘机开挖沟槽,20m 以内则必须采用人工开挖,以防电缆被挖掘机损坏。

交越点处的沟槽需要将已埋PE 管道上部的覆土回填至电缆原底部标高后,方可下放电缆并对电缆进行回填覆盖,避免海缆因局部埋深不均匀,造成小范围电缆下陷,导致电缆局部弯曲半径小于最小弯曲半径从而造成损坏。

施工船锚泊就位时必须采用DGPS 控制船位及定位抛锚,避免电缆被施工船压坏或遭受锚泊损害;与电缆交越处沟槽尽可能在低潮位时开挖,同时必须确保电缆不被损坏,随时保证其弯曲半径大于最小允许弯曲半径。

4 结论

本次穿越施工的顺利完成,标志着从已建成管线的下部进行非破坏性穿越的交越段施工方法已经成熟,使得在已建成海底电缆或海底光缆下方穿越海底管道成为可能,为国内同类工程施工提供了可供参考的成功经验,具有较大的现实意义。