跨海供水工程中铺管船法循环式施工平台技术探讨

GXF360 2017-12-09

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跨海供水工程中铺管船法循环式施工平台技术探讨

巫房清

（广东水电二局股份有限公司，广东广州 511340）

摘要：文章介绍汕头市南澳岛供水工程跨海段管道安装施工的铺管船法循环式施工平台技术，及其提高管道施工速度、减轻工人劳动强度的技术措施，对类似工程有一定的参考价值。

关键词：跨海供水工程；铺管船法；循环式施工平台

1 概述

南澳岛位于广东省汕头市，是广东省唯一的海岛山区县。全岛总面积109km2，岛上淡水靠下雨时积蓄在岛上的山塘水库的雨水供应。南澳全县山塘水库75座，总库容924万m3，正常年份日供水量1.1～1.3万m3。岛上淡水资源极为匮乏，人均水资源占有量仅有全省人均水平的16.8%，枯水年份供水缺口达327万m3，是典型的水源性缺水地区。汕头市南澳岛供水工程从广东韩江取水，引至南澳岛，是解决岛内水源性缺水，促进经济社会可持续发展的准公益性工程。跨海管道施工是南澳岛供水工程的关键性环节之一，从汕头市澄海区培陇开始，由西向东沿海底到达南澳岛长山尾登陆的海底供水管道，长度约8.7km，采用钢丝网骨架聚乙烯复合管（SRTP），引水规模0.85m3/s，年取水量达1883万m3。采用双管联排大开挖铺管船法敷设海底管道。

2 管材及配重块特点

2.1 管材

采用钢丝网骨架聚乙烯复合管（SRTP），内径DN600mm，壁厚大于等于20.5mm，压力等级0.8MPa，管材的最小破坏应力为30t，单节管材长度为50m，管材和管接头耐久性要求达到50年。

2.2 配重块

采用C30钢筋混凝土配重块，因海底管道采用双管同时过流，施工时也是双管同时铺设，故配重块设计成“8”字型。每2.5m设置一道，每道由半“8”型字型配重块组成，每块重量为662.4kg，采用镀锌螺栓连接。为避免管道沉放时，配重块滑移造成配重不均及损伤管道，每道配重块之间采用钢联撑固定，配重块与管道接触面包裹一层橡胶垫（见图1）。载体（见图2），经过专业改造，加装弧形下管托架、管道连接平台、配重安装平台、协同作业锚泊系统、吊装系统，并布置管材存放区、配重块存放区，动力供应使用船舶自带发电机组。弧形下管托架位于船首，长度为52m，宽度为5m，高度为1.36m，坡度高差为1.36m，由工字钢、槽钢、无缝钢管采用桁架式组焊而成。托架与船采用铰支座连接，这样可使弧形下管托架具有上下摆动能力，适应不同水深。

图2 铺管船法循环式施工平台

（2）管道连接平台位于弧形下管托架和配重安装平台之间，布置两套热熔、两套电容和一套水压试验设备。配重安装平台位于甲板上，长度为48m，宽度均为5m，高度2.5m，仰角5°，采用20#槽钢组焊，中间每间隔1.25m加设支撑。

（3）协同作业锚泊系统是在原有的锚泊系统上加装的，船首、船尾各设4根锚，锚揽系统：钢丝绳为32mm，长度500m，锚重5t，正常作业时各下两个锚，呈“八”字型布设，夹角为45°，另外两个锚，在前后移锚时交替使用。船舶两侧各设一侧锚，锚重5t，垂直船身，防止船体偏移，折断已铺设管道，船上共计10个锚。

图1 配重块示意图

3 施工平台布置及工作流程

3.1 施工平台布置

（1）施工平台以一艘排水量为2500t的自航驳船为根据实际施工情况，锚泊作业半径为300m，即施工区域为管轴线两侧各300m区域。

（4）吊装系统采用一台50t履带吊，布置在船甲板中心左侧，配长度为40m的吊管桁架，桁架上每5m设一个吊点。管材存放区、配重块存放区位于甲板上，分布在配重块安装平台左右两侧。

3.2 工作流程

首先，在配重安装平台的轨道上每隔2.5m布置一台滑动台车，并用制动块固定。利用履带吊将下部配重块吊装到滑动台车上，摆放整齐、平稳，再将橡胶垫均匀贴在配重块内凹处。

其次，利用吊管桁架和履带吊将管材平稳吊装到下部配重块内凹处，双管要平齐，再将橡胶垫覆盖到要安装上部配重块的部位。

然后，同步进行管道连接和上部配重块安装。管道连接包括管道热熔对接和管头电熔焊接两道工序，先热熔后电熔。先对需连接的管材两端表面进行打磨处理，去除表面氧化层，并对管件内壁进行同样处理，将电熔管件预套在连接管材的一端，采用对接机将管材连接端面进行热熔对接。在严格的工艺条件下，计算好对接时间进行管道热熔连接，在管材对接翻边位完全冷却前将翻边用铲刀清除，注意保持好对接缝的整齐与平整。待对接区域冷却充分后对电熔管件最终安装位置进行手工预标示，利用液压油缸将管件回推至焊缝标示位置，确认无误后进行电熔焊接操作。电熔焊接时严密监控焊机的表现参数变化，并与管件实际反应相结合，准确判断掌握焊接质量。电熔焊接完成后应保持严格的工艺冷却时间，严禁在规定工艺时间不到的情况下，扰动管材或在管材上进行其它工序操作并保持夹具锁卡。在充分冷却后再对电熔管件口端冷却区和电熔接线柱进行热吹风焊制SRTP密封处理，严防管件电热丝与外介质的接触。

上部配重块吊装前，预先将钢联撑主筋安放好，上部配重块吊装时要平缓，工人配合对准螺栓孔位，防止孔位出现偏差，螺栓无法安装。配重块吊装过程，不能进行螺栓紧固，避免交叉作业时，配重块意外坠落，造成人员伤亡。

上部配重块吊装完后，进行螺栓紧固，4名工人分成两组进行，一名工人固定螺杆，另一名工人用电动扳手快速上紧螺帽。螺栓紧固完成后，马上进行刚联撑焊接。

以上工序完成后，待管道接头充分冷却方可进行管道沉放。启动锚泊系统，船尾两个“八”字锚缓慢收缆，同时船头两个“八”字锚缓慢放缆，两侧锚同步放缆，依靠船尾的锚提供牵引力使船舶沿管轴线缓慢后退。管道受已完成铺设管道的限制，无法与船同步移动，造成相对滑移，管道缓慢下沉。管道沉放前须将已完成铺设管道端头的进水阀门打开，使管道沉放时，管内同步充水，避免管内出现气鼓。管道沉放完成后，先将船首、船尾的备用锚下到指定位置后，再将已收紧的锚提起备用。以上工序为一个循环，工作流程示意（见图3）。

4 提高管道沉放速度、减轻工人劳动强度的技术措施

4.1 滑动台车与辊轮

以往跨海工程管道沉放时，利用锚泊系统牵引力向前移动，管道滑移自然下沉，配重块与船体为刚性摩擦，管道所受拉扯力大，沉放速度缓慢，易对管道造成损伤，锚泊系统卷扬机功率要求也高。

由于本工程采用双管同时铺设，管道沉放时，摩擦力将成倍增长。船舶改造过程中，在弧形下管托架上添加辊轮，间距0.2m，在配重安装平台添加滑动台车，每道配重块下配置一台，将刚性摩擦改为滑动摩擦，极大地减小了摩擦力。在配重块进入弧形下管托架前，预留一个1m长的缺口，为滑动台车收集口，当台车行经到缺口，自行掉落，方便工人收集。

图3 循环式施工平台工作流程示意图

在实际施工中该措施取得了良好成效，管道沉放顺畅、沉放速度快、不易对管道造成损伤。经测算，沉放一节50m长的管道仅需3min左右。

4.2 管道连接平台降温措施

南澳岛位于北回归线上，夏季海上施工，白天甲板温度高达50～60℃。管道热熔、电熔连接后须冷却到常温后方可沉放，高温下，管道自然冷却时间过长，拖缓了施工速度。为此，在管道连接平台加装了顶棚、四周围蔽，加装了大功率空调和鼓风机，在管道热熔、电熔后的冷却阶段，保持管道连接平台室温在25～30℃，加快自然冷却速度，使热熔冷却时间保持在30～40min、电熔冷却时间保持在150～170min，比之前提前40～60min。

4.3 手动扳手改为电动扳手

施工前期，配重块螺栓紧固采用人工手动扳手紧固，效率不高不说，工人劳动强度也大。一节50m管材共20道配重、80组螺栓，4人分两组需150min左右方可完成紧固。经分析，由于配重块阻挡，工人在紧固螺栓时，每次摆幅不超过60°，螺帽转一圈需调整3～4次板手，速度缓慢、工人劳动强度高。为此，将手动扳手更换为电动扳手，加快了紧固速度又降低了工人劳动强度，4人分两组不到40min即可完成一节50m管材的配重块螺栓紧固。