浅析排污管道海上分段浮拖、沉放措施

管金海 付海兴

摘  要：本文介绍排污水管分段加工、气囊滚动下水、海上拖航、现场注水沉放等环节的施工工艺，并就工艺实施过程中的船机配置情况和安全应急事项进行详细描述。由于管道拖运过程受风浪影响大，航行距离长，在穿越部分港池与航道时，应选择进出港船舶较少，无风无浪的天气时段进行出运。本文为外海类似钢制排污管道工程的施工具有指导意义。

关键词：排污管道;浮拖;沉放;海上

中图分类号：TE973 文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）04-0000-00

0前言

烟台市套子湾污水处理厂尾水深海排放工程是烟台市排污系统升级改造的重点项目，設计排海管道总长944m，钢管加工及出运场地位于烟台环保疏浚院内，加工场设在院内龙门吊台座上，台座上布置两台5吨龙门吊，轨距18m，场地长度约250m。钢管接长位于龙门吊之间，加工场占地面积450m。由于轨道间距只有18m，但气囊长7m，所以一次只能并排加工两根管道，无法同时存放四节钢管，因此需要提前将加工好的两节管道拖运至施工海区存放。

1工程概况

1.1工程概况

排海管道分两道铺设，其中一段管道与原有老管道相接，管段长225m+43m（包括一个135°转角弯头），根据计划放在最后加工出运。并排新建管段自岸侧向海侧分三节加工：第一节管道长220m，第二节管道长220m，第三节管道长236m。第一节和第三节在对接侧端头管道顶面设置一个人孔备用，第二节管道在两个端头管道顶端各设置一个人孔，人孔用于管道海上分段对接时安放封堵气囊。管道根据计划与实际加工场地情况拟存放两段，分别为新建管道的第一与第二段。

1.2施工环境

1.2.1拖运环境

管道滚动下水处前沿港池水深在-10m～-13m之间，高水位时管道与海平面高差约为1.5m，拖航沿线无养殖区。拖航区域受北风、东风影响较大，出运应尽量选择南风向且风速较低的天气施工。

1.2.2波浪及水流条件

芝罘湾内波浪有明显的季节变化。夏季长浪向为东北向和东-东北向，最大浪高1.5m;秋季常浪向为西北向，频率为7%，强浪向为西北向，最大浪高2.0m。

根据地质勘查报告描述，本海区海流以潮流为主，潮流性质为不正规半日潮流;潮流运动形式以往复流为主，旋转为辅。大潮期潮流平均最大流速的最大值为24cm/s;潮流的可能最大流速为64cm/s。从潮流的垂直分布情况看：离岸处海流表、中层流速相近，而底层流速较小，近岸处海流各层特征流速相近。各站层余流较弱，流速均不超过3cm/s。

现场施工时沉放区域较大海流主要有风向引起，一般北风会产生向岸侧的水流。涨落潮产生的潮流较缓，对管道沉放的影响较小。

2施工方法

2.1工艺流程

施工准备→管道封堵并验收→管道滚动下水→海上拖航→管道注水沉放→设置浮漂警示。

2.2主要施工方法

2.2.1施工准备

制定专项施工方案报监理审批，提前查询最近3天气象情况和满潮时间，并调查港区船舶近期航班动态，确定合适的出运时间段。采购硬泡沫浮漂，每隔40m沿管道圆周绑扎牢固，将管道四周全部包裹严密，防止管道沉放到海底时造成防腐层破坏。另在管道端头设置浮标，减少管道入水前的挠度变形与拖航过程中的沉头现象。在浮漂上设置红色刀旗，作为管道警示标志。管道下方支垫方木，方木之间每隔15m布置气囊。预先选定管道沉放位置，定出坐标，进行存放区地形扫测，扫侧沉放区域地势情况。对航线进行实际踏勘，明确航线周边障碍物或危险区，做好预控措施。

2.2.2管道封堵并验收

管道两个端头用盲板封堵，排气端盲板上设置2个DN150的蝶阀（其中1个备用），进水端设置一个DN150蝶阀和一个打气孔（打气孔在管道起浮时会用到），靠近排气端管道上方设置一个直径1m的人孔，并用盲板进行密封处理（人孔用于管道水上对接安放气囊使用，在管道起浮、海上对接及沉放专项方案中会详细介绍），如图1所示。

管道出运前通过打气孔向管道内充气，进行气密性检查，观察压力表压力是否稳定，从而检查各个阀门的密封情况，保证管道拖运时能够安全漂浮。

2.2.3管道滚动下水

管道垂直于出运口布置，管道底部每隔15m预先铺设的气囊充气（气囊受力计算见6.3.2），在管道入水端绑扎浮漂，防止入水后管道出现下插现象，利用50装载机顶推，使管道缓慢整体入水。选在高潮时滚动下水，以减少前部气囊承受的压力并减小钢管的变形量，使管道能稳步入水。管道入水后，通过预先系在装载机上的钢丝绳拖拽，控制管道全部入水前的溜放速度与方向。

管道滚动前清退港池内船只，保证管道下水区域50m范围内无船舶停靠，管道入水后，将警示设施进行绑扎完善，将管尾部与拖轮通过缆绳连接起来，准备拖航。

2.2.4海上拖航

管道总重154t，换算成重力F1=1540kN，管道整体浮力F2=4421kN，F2>F1，所以管道处于漂浮状态。

管道总长220m，主拖船总长61m，主船拖带缆绳长度暂按15m计，尾船总长20m，尾船拖带缆绳长度暂按10m计。则管道拖带船系总长326m。

缆绳选用：主拖轮采用2根缆绳与管道连接，拖带力为1.36kN（计算见6.3.1），取5倍安全系数，每根受力：1.36×5/2=3.4kN，采用直径30mm的丙纶绳，其总绳破断拉力：

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

拖运过程由主拖船通过对讲机指挥，遇过往船只或者紧急情况主拖船发出警报。警戒拖轮遇紧急情况通过对讲机报告给主船，另外警戒船负责驱赶靠近管道拖运区域的渔船。尾部拖轮负责控制管道摆动，维持管道拖航方向。本工程拖运照片如图2所示。

2.2.5管道注水沉放

通过主拖船上的GPS航行到沉放海域，通过岸上全站仪观测管道沉放位置是否位于沉放区上方，通过警戒拖轮调整管道位置后，解开拖带缆绳。拖轮傍靠在管道进水端头侧面，避开进水水流，打开浸水的1个进水闸阀，同时另一艘拖轮靠近排气端打开1个水面以上的排气阀。并在排气阀位置接一个管道，引至船上，通过控制排气量，調整管道内压差以减缓进水量。管道缓慢下沉至海底后，在管道两端和中间系上浮漂作为管道位置的标记。因本次沉放为临时存放，本方案不详细描述管道如何精确下沉至管道沟槽的控制措施。管道下沉施工照片如图3所示。

3措施计划

3.1质量保证措施

为了保证管道沉放和起浮过程中不会对管道的防腐层造成损伤，在管道出运前，每隔40m沿管道四周包裹直径60cm硬塑料泡沫浮漂，用以保护管道不受到海床的刮伤。管道沟槽开挖期间，每天派遣巡逻艇查看管道浮漂，如果浮漂发生损毁，则派潜水员下水查看管道。（1）管道出运前完成100%的超声波焊缝检测和20%的X射线检测，并且完成闭水试验。（2）提前进行管道沉放处的水下地形测量，并绘制地形图。（3）进行现场流速观测。

3.2拖运安全保证措施

（1）收听72小时天气预报，选择在较风平浪静的日子托运管道;（2）利用捆绑在管道上的泡沫箍，插上竹杆拉上红色刀旗（管道通长）;（3）管道各进水口等全部盲板封堵;（4）利用凌晨航道没有船只出港间隙;（5）上报拖轮进港、出港计划;（6）组织相关人员熟悉拖航航线;（7）船-船之间保持联络畅通;（8）拖航过程中严密观察浪流情况及时调整管道航行轴线方向。

4结语

管道拖运过程受风浪影响较大且航行距离较长，因此穿越部分港池与航道时，应选择进出港船舶较少，无风无浪的天气时段进行出运。在拖运过程中要注意管道密实状况，在下沉过程中控制进水速度，保证管道挠度符合管道材质要求。

参考文献

[1]中交第一航务工程局有限公司.港口工程施工手册[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2014.

[2]李金成.海底管道拖拉法施工分析及其软件[D].杭州：浙江大学，2007.

[3]郑健，杜海鹏.谈海上拖航断缆及应对措施[J].航海技术，2010（06）：9-11.

收稿日期：2019-07-11

作者简介：管金海（1983—），男，山东青岛人，本科，工程师，研究方向：水运港口与航道工程。

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

GUAN Jinhai，FU 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