耙吸挖泥船注水敷设艏吹水上管线创新实践

程海勇，蒲迪阳，王付耀

（中交上海航道局有限公司，上海 200002）

1 工程概况

尼日利亚莱基港疏浚吹填工程需先吹填出一个人工沙滩潜堤通道，供防波堤施工单位的履带吊机上下潜堤进行预制块安装施工。拟采用耙吸挖泥船从航道取砂然后进行艏吹形成沙滩至潜堤北端的通道，吹填量45 万m3左右。潜堤通道位置如图1 所示。

图1 人工沙滩潜堤通道

根据现场管线储备，耙吸挖泥船进行人工沙滩潜堤通道艏吹施工，需要采用浮管、沉江管和岸管串联组装的配置方案。各类管线配置如表1所示。

表1 艏吹管线配置方案

2 传统的水上管线敷设工艺

传统上，国内敷设水上管线必须利用专用锚艇进行水上浮管、沉管的连接和定位下沉施工。具体工艺流程是，先将沉江管沿海岸线组装连接成一条计划长度的管线，完成后在两端加装封门板，使其泌水达到在水中浮起的效果；再由挖机推至水中使其浮起，或者直接用拖轮将在其他地方组装好的管线从水上拖带至现场；最后由锚艇将沉江管拖带至预定位置，拆除两端封门板，自动灌水完成下沉安放，并在需要连接浮管的一端（端点站）预留启吊点。浮管组装完成后，高潮位时利用挖机把管线推下水使其浮起（如从其他工地水上调遣至本工地则无此步骤），然后利用锚艇把浮管拖带至预定位置，固定好后把浮管与沉江管连接的一端拖带至端点站，利用锚艇将沉江管和浮管连接，使其成为一个整体。水上管线拼装完成后，连接岸管并延伸至指定吹填位置，从而完成整个吹填管线的敷设。

3 无专用锚艇敷设水上管线新工艺

在海外，特别是非洲市场，船舶资源相当匮乏，周边市场上很难找到能满足水上组装管线的专用锚艇。从国内调遣锚艇将花费大笔的海运费、清关费以及返遣的各项费用等，且需要较长的运输时间，对紧急施工项目的成本和进度控制都有严重的影响。

如果考虑不使用锚艇进行管线敷设施工，就无法在水上进行管线拼接，那么在陆上组装并尽量减少水上的相关施工操作便是唯一选择。因此，拟在陆上一次性组装好沉江管、浮管和耙吸船吹填所需要的雄头，然后由小型拖轮拖带管线至目标位置固定，最后由耙吸挖泥船连接雄头灌注清水完成沉管下沉固定。

采用陆上一次性拼接全部沉江管、浮管和雄头的施工工艺，需要对其技术可行性进行分析，并对该优化方案实施时可能遇到的问题提前采取一定的预防措施，保证其顺利实施。存在的主要问题和解决措施如下：

1）把所有需要的水上管线一次性拼接好然后整体拖带，使管线单次拖带的长度达到960 m 左右，在风、水流和大西洋涌浪的影响下，管线下水时拖带阻力较大。针对这一问题，采用两艘1 000 kW 左右的辅助船舶同时进行拖带，在管线的雄头端和距离雄头端200 m 左右的位置处分别设置两根牵引钢丝由两艘辅助船舶共同拖带，以保证拖力能抵抗风、流和浪的阻力，顺利将管线拖带至目标位置。

2）在将拼接好的管线拖带至目标位置的过程中，可能会有海水在波浪作用下从雄头口进入管线内部造成沉江管在拖带过程中下沉，使管线不能到达目标位置。针对这一问题，在雄头管口处包裹了防水布（图2），包裹防水布需要用铁丝扎紧，并需多绑扎几道，防止在拖带过程中断裂进水，同时也要考虑方便管线拖带到指定位置后的拆除。

图2 雄头包裹防水布

3）单次拖带较长段的水上管线定位，在风和水流的作用下易造成水上管线弯曲较大，影响水上管线的有效长度，造成雄头不能到达目标区域；另外海床坡度也易造成水上管线有效长度损失，在海床坡度较大的施工区域也应按照实际坡长长度结合经验系数计算管线组装长度，不过本工程所处海域经过水深测量分析，坡度较缓，暂不用考虑海床坡度对有效长度的影响（已包含在经验系数）。针对这一问题，采取利用挖机控制管线下水的节奏，使已经下水的管线保证一定张力的措施；另外，在进行管线拼接时适当增加沉江管的长度，考虑一定的冗余长度。实际长度和有效长度对比如图3 所示。

图3 管线实际和有效长度对比

4）采用优化的管线施工方案需要解决浮管锚的抛设问题。经过调查，当地有能够进行起锚抛锚的小型辅助船舶。经过比选，选择了当地一艘具备起吊和抛锚功能的多功能船（图4）。相对而言，具备抛锚能力的辅助船舶较易寻得。

图4 BOSKALIS 的多功能船

5）管线被拖轮拖带至水中时受拉过大易造成法兰连接处撕裂。针对这一问题，主要采取以下解决措施：①在进行沉江管和浮管组装时，挑选较新的管线，并认真检查管线法兰处有无变形和损伤，必要时进行管线厚度测量；②必须采用符合要求的和法兰螺孔直径相对应的螺丝进行法兰对接组装；③在管线下水时选择功率为1 000 kW左右的小型拖轮进行拖带，严禁采用大型拖轮拖曳水上管线，在拖带时岸上指挥人员通过高频时刻与拖轮保持沟通，控制好拖轮航行速度。

6）耙吸挖泥船对已经拖带至目标位置的水上管线注水下沉时在管内气流的作用下容易造成管线漂移。针对这一问题，主要采用在端点站附近的浮管上加装排气阀和控制耙吸挖泥船注水速度（或注水流量）的措施，本工程采用“低低吹”的模式对沉江管进行注水。

7）在完成相关的艏吹施工任务后，能进行水上管线位置调整及回收才能是一个切实可行的施工工艺。要解决这一问题，可以先用辅助船舶吊起雄头端使其离开水面，然后利用空压机从岸管端向管线内灌注空气使整个水上管线完全起浮。管线起浮后在岸管端加装封门板，然后利用小型拖轮和挖机协作完成管线的移位和回收作业。

4 新工艺实施情况

4.1 管线组装

经过现场多次勘察，选择了距离人工沙滩潜堤通道西侧200 m 的位置为沉江管与岸管的过渡点，水上管线组装从过渡点开始向西依次拼接沉江管、浮管和雄头，并把雄头管口用防水布包裹牢固。管线敷设目标位置和拼接位置示意图如图5所示，管线拼接图如图6 所示。

图5 管线敷设目标位置和拼接位置

图6 管线拼接航拍照片

4.2 下水定位

为减小风和水流对管线水上敷设的影响，选择浪小于1.5m、风力相对较小的时段进行艏吹管线水上敷设施工，实施过程如下：

1）采用一艘吃水较小的船尽可能驶到距离岸边较近的位置，岸上人员将绑扎牵引钢丝的细尼龙绳投递给小船。小船上工作人员接到尼龙绳后开始牵引尼龙绳打捞牵引钢丝，打捞上牵引钢丝后将其送至吃水较深功率较大的多功能船。

2）多功能船接过牵引钢丝后将其固定好，同时挖掘机开始将管线从岸边推入水中使管线起浮。多功能船在挖掘机推管线的同时，控制航行速度及方向向安放地点慢慢航行（图7）。距离雄头端200 m 左右的牵引点到达满足小型拖轮吃水要求的水域后，小型拖轮打捞起牵引钢丝并系至缆桩上，开始与多功能船共同拖带管线向目标位置靠近，直至到达目标位置（图8）。

图7 多功能船进行管线拖带

图8 两条辅助船舶同时拖带管线

3）到达目标位置后，多功能船开始抛设浮管锚使水上管线固定至目标位置防止水上管线随风流移动。完成管线固定后，耙吸挖泥船连接雄头至船艏管系，然后耙吸挖泥船启动泥泵向管线内注入清水，使沉管下沉固定于海床上。至此，整个艏吹管线敷设施工圆满完成，保证了艏吹施工按期进行。

图9 耙吸挖泥船注水沉放管线

5 结语

通过在尼日利亚莱基港疏浚吹填工程中的创新实践，得出以下几点结论：

1）在无专用锚艇的情况下，采用沉江管、浮管和雄头在陆上一次性全部组装，然后在挖掘机的配合下由小型拖轮将其拖带至指定位置，最后由耙吸挖泥船灌注清水完成敷设的创新水上管线敷设工艺，能够完成耙吸挖泥船艏吹水上管线敷设施工。

2）无专用锚艇敷设水上管线新工艺无需使用锚艇，减少了国外耙吸挖泥船艏吹水上管线施工成本中的设备调遣及返遣等费用，达到了节省管线施工成本的效果。按照尼日利亚当地海运费市场价格和船舶清关费价格计算，本工程节省管线施工成本509 万元，提高项目整体毛利0.9 %。

3）无专用锚艇敷设水上管线新工艺可以节约专用锚艇长距离调遣所需的时间，有利于施工进度管理，特别适用于工期紧急的小型艏吹项目。