水下大直径管道错位连接的施工实践

杨鑫 郭超 李万华

摘 要：连云港徐圩新区应急备用水源工程，在水下顶管与直埋管段端部的碰头连接施工时，采用水下哈夫接头错位连接代替水下焊接作业技术，成功解决了水下管道连接施工难题，为今后类似工程的施工提供了解决方案。

关键词：水下;哈夫;错位;连接

中图分类号：TU990.3   文献标志码：A    文章编号：1003-5168（2022）6-0061-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.014

Construction Practice of Misalignment of Underwater Large Diameter Pipes

YANG Xin    GUO Chao    LI Wanhua

（Jiangsu Fangyang Construction Engineering Management Co.， Ltd，Lianyungang 222000， China）

Abstract： In Xuwei emergency standby water source project， during the construction of the joint connection between the underwater pipe jacking and the end of the directly buried pipe section， the underwater Haff joint dislocation connection is used to replace the underwater welding operation technology， which successfully solves the difficult problem of underwater pipeline connection construction and provides a solution for the construction of similar projects in the future.

Keywords： underwater; haff; dislocation; connect

1 工程概况

江苏省连云港市徐圩新区应急备用水源取水泵站及配套管线工程，原水管道管径为DN1400，单管敷设。管道自应急取水泵房接出至新建徐圩二水厂，管道起点坐标：X=40 832.810，Y=43 626.939;终点坐标：X=37 135.699，Y=50 685.182;全线采用钢管，管线长度约12.8 km，其中管廊内长度6.135 km，埋管段长度约3.987 km，顶管段长度约1.995 km。取水头部顶管管径DN1800，顶管段长度约0.48 km。取水头部到吸水井有两趟并排的DN1800×18的钢制螺旋管取水管道，材质Q235B。每趟管道水平投影总长279.3 m，分顶管段与直埋管段，每趟管道直埋段129.2 m，顶管段150.1 m，两趟管道总长560 m。直埋管道水平中心间距2.8 m，顶管段与直埋段碰头处管道中心标高为-6.19 m，碰头处位于取水水库，碰头处水库常水位为1.01 m，水面到碰头管中心的相对高为7.2 m。

在取水头部的两条DN1800直埋管段施工完成后，香河湖放水将直埋管段淹没。顶管与直埋管段端部需要碰头连接，水下焊接作业操作困难[1]，难以保障质量，安全隐患非常大。施工中利用水下哈夫接头连接代替水下焊接作业技术，此项新技术的应用成功解决了水下管道连接施工难题。

2 哈夫连接的特点

哈夫是half的音译中文名，指整个圆形零件剖成两半后的组合体。哈夫连接是通过相邻管端用螺栓紧固两半外套筒，使套筒和管外壁间的橡胶密封圈压密的连接方式[2-3]，前者属刚性连接，后者属柔性连接。哈夫连接适用不同走向的DN1000至DN2000水下低壓给排水管道的碰头连接工程，操作方便，能大幅加快施工进度，解决水下管道错位连接的难题。哈夫连接具有以下特点。

2.1 安全可靠、密封性好

哈夫连接器的密封圈所受压力大大低于其弹性极限，因此可达到长期耐用、持续可靠密封的要求;管内流体在连接处主要通过管路本身和橡胶密封圈，与连接器金属外壳难以产生电化腐蚀，是确保可靠密封的有效措施。

2.2 兼容适应性好

哈夫连接广泛应用于各种金属管和复合材料管，既可用于同材质，也可用于异材质。管路之间连接，对管的壁厚及连接端面等均无过高的加工要求。

2.3 方便快装

现场施工时，连接器本身无须组装，被连接的管路也无烦琐调整加工要求，安装时只需扭力扳手按规定的扭矩从一侧拧紧螺栓，操作特别简便。

2.4 自重小

与法兰连接方式相比，可减重约75 %。

2.5 维修方便

在修复管路时，无须焊接也不需要加热，因而无火灾、爆炸等危险，可从各种破损管路外面，采用包扎方式进行抢修。

2.6 性价比较高

哈夫连接器施工费用较低，使用寿命长，性价比较高;用计算机辅助设计更为简捷，可以方便地推广模块化设计，简化管路流程图，降低设计施工费用。

3 哈夫连接的工艺措施及注意事项

哈夫连接工艺为管道施工到位、哈夫接头处数据实测、哈夫接头图纸设计、哈夫接头预制、哈夫接头水下安装、哈夫接头密封处理。为保证哈夫连接项目的顺利高效进行，在哈夫连接件制作安装过程中要做到以下4点：①碰头处水下管道角度、管道顶标高、同心度的测量要保证准确[4]，确保哈夫连接件预制偏差控制在最小范围内;②哈夫连接件预制，要根据实测数据计算出接头的角度及同心度偏移量，并绘制出连接件图纸，保证预制场地要求平整，机械化程度高，采用钻床钻孔连接法兰开孔，避免强力组对而使结构局部产生应力集中现象;③因一组连接件由两个直径较大的构建构成，且每个构建又分为两瓣，在预制过程中为防止构建焊接及运输变形，需要用钢管进行加固;④安装完成后，为保证不发生泄露，采用橡胶条密封，密封完成并用螺栓紧固后，对密封处用密封水泥进行加固处理。

4 哈夫連接的工程实践应用

徐圩应急备用水源工程中，取水头部直埋管段与吸水井顶管段碰头处位于香河湖内，此处打设钢板桩围堰，长12 m，宽10 m，香河湖现状水面为1 m，湖底标高为-4.49 m，水深为5.49 m，管道碰头处管底标高为-7 m，管道直径为DN1800。碰头处为两根直埋管与两根顶管，施工时利用水下哈夫接头连接代替水下焊接作业技术。总体平面图如图1所示。

4.1 管道施工

取水头部到吸水井的两趟并排DN1800×18钢制螺旋管取水管道，分顶管段与直埋管段，二者碰头处管道中心标高为-6.19 m，碰头处位于取水水库，水库常水位为1.01 m，水面到碰头管中心的相对高为7.2 m。

在准备碰头连接时，直埋管道已铺设完成，顶管顶进至距离钢板桩一定位置后，在钢板桩上开洞，继续将顶管顶进围堰内。

4.2 数据测量

顶管施工到位后，在碰头连接处的围堰内进行顶管端与直埋段碰头连接处角度、管道顶标高、同心度测量，掌握准确数据，为哈夫连接件制作提供依据，确保哈夫连接件预制偏差控制在最小范围内。水下接头位置实测平面图如图2所示。

4.3 哈夫接头连接件图纸设计

碰头处实测数据测出后由项目总工技术员根据测量数据计算出连接处的角度、同心度，根据碰头处两个管道端部的位置确定连接件的长度，再根据计算结果、管道直径、工作压力确定连接法兰的偏移量、法兰的厚度及规格形式，绘制出连接件的制作图纸。连接部俯视图、顶面细部图分别如图3、图4所示。

4.4 哈夫连接件制作

为确保连接件顺利安装，要严格控制连接件的施工质量，如图5所示。因连接件较大，连接件的施工场地应平整硬化。在施工过程中采取加设管子支撑、加强筋等加固措施防止变形。下料采用自动化设备，确保加工尺寸的准确;焊接过程严格要求焊接工艺，防止连接法兰焊接变形，造成安装工作密封困难，如图6所示。

4.5 哈夫接头水下安装、哈夫接头密封处理

连接件预制完成后进行连接件安装，安装前编制安装方案并进行技术交底。水下作业严格执行潜水作业安全操作规程，下水前做好各项准备工作并认真检查各个系统确保施工安全，按照图纸要求将连接件安装到位。具体的水下施工顺序为潜水准备—围堰底部吸泥—水下钢板桩开洞—顶管顶进—顶管机头割除—顶管机头吊出—哈夫接头安装—橡胶条密封。

4.5.1 潜水准备。潜水作业为特种作业施工，开工前潜水员证件需要审核。现场三通一平具备条件，施工人员、施工机具、施工材料全部按规定到位。

4.5.2 围堰底部吸泥。潜水吸泥作业前，先用长臂挖掘机将围堰里面的泥尽量多地挖出，并检查水下吸泥的工作量。潜水员在施工设备调试合格后下水作业，水下作业过程中，地面监护人员与水中作业人员必须时刻保持联系，及时掌握水下施工情况。地面监护人员应时刻关注潜水人员的用气设备，保证正常供给潜水人员的呼吸。

4.5.3 水下钢板桩开洞。吸泥完成后，对需要开洞的钢板桩围堰壁板侧用钢板进行加固，保证开孔后开孔侧壁板还保持一个整体，确保壁板的厚度。

4.5.4 顶管顶进。顶管开洞完成后，安装防水堵板及阀门，将顶管从开好的孔洞顶进施工围堰。

4.5.5 顶管机头割除及吊出。顶管顶到预定位置后，将顶管机头与管道割离，用吊车将顶管机头从水中吊出外运。

4.5.6 哈夫件连接。将一个卡接组件安装于直埋管道的端部外侧壁，将另一个卡接组件安装于顶管的端部外侧壁，然后将上述两个卡接组件通过法兰盘连接[5]。

4.5.7 密封处理。安装完成后，对密封处采用橡胶条密封，密封完成且螺栓紧固后，为确保接头处不发生泄漏，对密封处用密封水泥进行加固处理。图7、图8为下水前的准备工作。

5 结语

连云港市徐圩新区应急备用水源工程中取水头部管道水下连接工程，采用哈夫连接技术，经过周密的组织，高效、安全地完成了DN1800顶管与直埋管道的碰头连接，解决了水下管道焊接的难题。实践证明，对于大直径、低压水下管道焊接困难的问题，可以通过哈夫连接技术很好地解决，为企业增加效益。

参考文献：

[1] 贺娅娅.海底管道水下修复过程中相关力学问题研究[D].青岛：中国石油大学（华东），2018.

[2] 赵兵杰，朱宏武，张金亚，等.海底油气管道维修夹具密封结构研究[J].石油机械，2016，44（5）：50-54.

[3] 李振环，班玉红，孔建.机械密封用橡胶材料的技术进展[J].特种橡胶制品，2009，30（1）：60-64.

[4] 王文明.深水管道初对准与连接技术的分析与研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008.

[5] 徐永昌.水下螺栓法兰连接机具引入机构关键技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2017.