海底管道悬空处理新技术探讨

运涛

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300459）

1 海底管道悬空治理方法

针对海底管道存在的悬空问题，本文对各种悬空治理方法进?行分析。

1.1 抛填砂袋法

先在悬空管道及其周围一定范围内（主要指立管周围明显的海底冲刷坑内）抛填施工前已备好的砂袋，在抛填砂袋的过程中，由潜水员对砂袋进行整理，保证悬空立管底部填满砂袋，以支撑管道；然后在管道上面继续堆放砂袋，使管道的埋深达到设计要求。

1.2 土工布法

先在悬空管道及其周围一定范围内（主要指立管周围明显的海底冲刷坑内）抛填施工前已备好的砂袋，在抛填砂袋的过程中潜水员对砂袋进行整理，保证悬空立管底部填满砂袋，以支撑管道，并将悬空管道按照设计要求埋好。然后，在砂袋上铺好土工布。最后，再次抛砂袋在土工布上，潜水员对抛下的砂袋进行整理，确保砂袋很好地放置于土工布上方。该方法中，土工布依靠压在上面的砂袋重力进行就位，且因土工布不具备促淤作用，在海流的长期冲刷下，土工布被破坏的概率较大，管道有再次形成悬空的可能。

1.3 挠性软管跨接法

在立管与水平管之间跨接一定长度（一般25～30m）的挠性软管，挠性软管与两端钢管采用法兰连接。因为软管具有挠性，在铺设时可随地形的变化而变化，不会产生悬空现象，且经过破坏试验验证，挠性软管具有很好的抵抗疲劳破坏的特性，排除了在管道运行过程中由于振动等原因产生疲劳，以致破坏的可能。

1.4 水下支撑固定法

沿海底悬空管道设水下短桩，为悬空管道提供支承支架，缩短管道悬空长度，以减小横向和纵向振动幅度，达到对管道悬空的治理。

2 海底管道注浆气囊悬空处理技术

结合国内深水领域使用注浆气囊处理海管交叉点方面的经验，现研究讨论一项新的海底管道悬空治理技术——注浆气囊悬空处理技术。

注浆气囊在深水海底管道交叉点处理方面的成功应用，其具备的水下施工时间短、自适应性强、安装方便、凝结后水下稳定性好等特点，鉴于此，尝试选用注浆气囊作为悬空处理的新方法，并对技术本身的稳定性、技术特点、施工处理工艺进行分析，又将该项技术与其他常规悬空处理技术进行了优缺点比较。

2.1 注浆气囊悬空处理方式

注浆气囊悬空处理方式包括常规土质气囊形式、沙土及大悬空气囊形式和电缆护管悬空3 种形式，如图1 所示。

图1 注浆气囊悬空处理方式

2.2 作用机理

根据海底管道路由后调查的结果，海床土壤资料及海底水流冲刷的速度，计算出气囊的尺寸、设计压力，制订出材质、结构形式来满足各种不同工况的悬空问题。注浆后的气囊顶端随着管体形状逐渐凝结，紧密贴合，为悬空管道提供支承，缩短管道悬空长度，以减小横向和纵向振动幅度，达到对管道悬空的治理。

2.3 注浆气囊悬空处理技术的特点

注浆气囊悬空处理技术具有如下特征：

1）采用注浆气囊为柔性材料，可随海底地况变形，适应性较强，注浆气囊断面形状可为圆形、矩形或其他需要的形状；

2）抵抗意外风险能力较强，不易被二次破坏；

3）气囊兼容性好，支撑高度可在气囊高度范围内自由调节以满足悬空高度（考虑到气囊后期沉降和注浆不会注满的情况，可根据经验确定所用气囊的高度）；

4）气囊质量轻，便于水下操作，施工工期较短；

5）气囊缓冲性较好，对于海底管道特别是输气管道安全尤为有利（气囊注浆不会注满，只注浆到悬空高度，接触并包裹管道，不会对管道产生较大作用力）。

2.4 注浆气囊悬空处理施工工艺

2.4.1 气囊准备

气囊主体材质：橡胶或HDPE（具有较好的耐海水腐蚀性能）。

特殊点：在气囊上通过胶粘方式埋设吊点，方便安装。

注浆口：注浆阀设置在气囊侧面低点，放气阀设置在相对侧高点。

气囊尺寸：考虑到气囊后期沉降和注浆不会注满的情况，根据经验确定所用气囊的高度，气囊的宽度和长度要保证气囊在注浆过程中不会倾覆，并能提供较好支撑。

2.4.2 气囊安装

气囊安装工序包括：（1）施工船舶抛锚就位；（2）潜水员携带照明及拍摄设备下水探摸悬空情况，确定气囊绑扎位置，并做标记；（3）潜水员携带成卷的气囊下水，气囊边缘带有配重，气囊在标记位置展开并用吊带将气囊与海管固定；（4）连接注浆管道，注浆速度为10m3/h，注浆过程潜水员观察气囊状态；（5）船上注浆工作人员记录注浆量。注浆完成后等待水泥凝固后，对已处理的悬空点进行检测拍照记录，检测注浆气囊最终安装效果，记录悬空点位置及处理方式。记录完成后，对固定吊带进行拆除。

2.5 注浆气囊悬空处理适用范围

注浆气囊悬空处理的适用范围包括：（1）适合悬空位置海域环境比较恶劣，不利于潜水员长期水下作业；（2）悬空处理原材料需求量大；（3）悬空位置容易产生二次冲刷；（4）悬空处理位置上方障碍物不利于使用大型船舶作业。

3 结语

长期以来，海底冲刷及其冲刷保护、控制技术一直是各国海洋工程领域需解决的重要研究课题之一。采用注浆气囊的办法来处理海底管道的悬空问题，可有效缩短水下潜水员的工作时间，提高海上作业效率，能够适应悬空位置的各种复杂结构形式。