水下长距离PE管道敷设施工技术

韩建军，张旭峰，高玉久，刘先念

（大连市供水有限公司，辽宁 大连116021）

PE管道是目前在水下敷设应用较多的管道材料，由于其具有独特的柔韧性、漂浮性、延展性、整体性和不泄露、连接任意长度的特点，在供水管道、排水管道敷设应用方面，有很大的运用前景，也成了水中敷设管材的最佳选择。PE 管道的耐久性和柔韧性，结合开创性和低成本的敷设方法，推动其应用在污水排放、取水、饮用水及生活污水压力管道系统中。本文主要对海上长距离管道的敷埋施工技术进行阐述，为今后海上管道敷设的施工应用提供必要的技术支持。

1 敷埋施工工艺

1.1 施工工艺选择

海上管道敷埋主要是根据设计要求进行，按照PE 管道在水下具备的特性条件，深水海域或无抛锚船舶停留的海域的管道一般均设置在海床面，浅水海域或有滩地埋设的管道必须进行沟槽埋设，因此，施工工艺的选择必须根据设计要求进行制定。

对海上长距离管道的敷设，必须选择抗防能力强，自动化程度和锚泊系统先进的敷管船进行施工，在该方面目前国内最有实力的江苏神龙海洋工程有限公司的“海洋工8899”敷管船，具备了自动化程度高、施工效率高、能满足多种敷管设计要求的特点，在对于有开沟要求的管道，采用了边开挖边敷埋的施工工艺，如水下开沟犁等，大大提高了施工效率。

1.2 长距离管道敷设施工流程

长距离管道敷设需要投入大量的机具设备、施工船舶、施工用材、配重块、油料、饮用水和其他一些辅助材料，这些都是项目正式开始前必须全部到位后方可进入实施。其中，配重块的安装由于密度大、数量多、加工量大，需要一定的场地和时间，因此，在工程正式开始前，对施工所需的材料和给养必须提前准备到位，这样方可确保海上敷管施工顺利进行。

根据对此次大连市长海县跨海引水工程现场施工情况总结，海上长距离管道敷设的施工流程可以按照图1所示的工艺流程图操作。

图1 工艺流程图

2 管道敷埋施工技术

2.1 施工地形复核

长距离PE 管道敷设需要投入大量的配置方可满足正常敷管的需要，在原材料进场、配重块预制加工的同时，必须做好敷管路由的地形勘察，核对设计所参照的地质资料情况，对特殊地质段和与源设计地形不符的地段，必须报请设计和建设单位对可疑和变化地段进行复核和制定针对性的施工处理方案，对有沟槽开挖要求的施工地段，必须选择可行的施工措施和准备相应的施工机械和设备，必要的时候可以对敷管船及开沟机组进行改造，来保证管道的埋深。

水下地形复核勘察可以采用浅层剖面仪和GPS 定位系统，结合超深水下测深仪进行地形的复测，在测量过程中，GPS 将输入相应的路由参数和相关控制点坐标，利用GPS 微型导航来指挥和控制测量船舶的航行路线，确保测量路由和设计路由重合。

2.2 施工布置

海上长距离输水管道一般都是向开发岛屿或重要基地进行供水的基础设施，由于经过的路线长，很有可能要经历多个岛屿、航道、深弘深水区等，这样就形成了深水区敷设和浅水或滩地敷设，如根据敷管船工作吃水深度划分，当低潮水深在3 m 以上深将作为正常施工水域和深度，浅于该水深的水域作为滩地或浅水施工区域。

浅水区域一般均需要对管道进行一定的埋深布置，但由于敷管船吃水深度较大，无法进入该区域进行施工，因此，该区段的埋管沟槽需要采用另外的开挖设备或船只进行施工。敷管起点的沟槽开挖完毕后，由敷管船进行组焊接长发射到开挖好的沟槽内，由陆上牵引点卷扬机放出的牵引钢丝绳进行牵引，逐段将管道拉至岸边进行固定，待敷管船组焊出的管道长度进入正常作业区段后，陆上牵引点开始对管道内进行注水，逐渐将管道沉放到位。为了确保滩地及浅水区管道能够顺利下沉，防止出现“架桥”现象造成管道过渡扭曲，在下沉时，水面配以抛锚艇对管道进行检查和辅助下沉，调控“水袋”的位置，控制管道下沉的速度和位置。

进入正常施工水域后，主要以敷管船为主，前后左右共布置8 套锚泊系统，主要用于敷管船敷管移动所用，另配置抛锚艇、交通艇、给养供给船、配重及管道运输船等，对于重要保护管段，增加浮吊、潜水作业船，以便在管道敷埋后，对管沟顶部进行网箱、石笼的抛填和压固，防止管道上浮、锚损及受到过往船舶损伤。

2.3 管道组焊连接

PE 管的连接除要有热熔接、机械连接、电熔连接等方式。其中热熔接连接方式具有成本低、管道接口质量好、不需管件等优点而被大量使用。在进行管道熔接期间，必须注意做好以下工作：

1）检查管材或零件，要符合规定的设计要求，在安装过程中，每连接一根管段，必须及时检查并及时清除管内杂物，保持管内干净。

2）发现管材有外观有划伤部位的，要禁止使用。

3）检查焊接操作岗位是否有足够的空间，避免影响焊接机操作而造成焊接质量问题。

4）焊接前应认真检测管道中心线和标高，确保敷设的管道符合设计和规范要求。

2.4 管道敷埋施工

2.4.1 管道材料的选择

水下管道可利用管材柔性好、曲率半径小、能实现无接缝长距离连接敷设、有一定的延展性和漂浮性（可调控管道的顺直度）的管材，能够使用海底基面大幅度变化而不影响使用寿命、保证正常运行的管道。

2.4.2 PE 管敷设方法选择

海上PE 管敷设由于其韧性及分段长度较长，常规敷设的方式可以采用漂浮下沉、敷管船沟槽敷埋、底拖敷设等方法，由于漂浮下沉和底拖方式对接管方式的需求较高，在没有一定的施工场地或条件时，不宜采用。水下承插或法兰连接方式虽然也可以实现，但由于投入的潜水员水下工作量较大，工期较长，在海上长距离敷设施工项目上一般都不采用。在上述方法中，敷管船配合开沟犁开沟埋管的方式是最经济和快捷的一种方法。

敷管船在组管过程中，边焊接、边发射、边移动船舶向前推进，前行的动力依靠敷管船上的锚机和路由上的直行锚缆提供，每熔接完一根管道，向前推进一次，直至到达预定的设计敷设位置。

由于浅海区域水深一般都小于20 m，因此，为了防止新敷设的管道暴露在海床上受到过往船舶抛锚时损坏，或者因为其他原因形成拱桥被推进器损坏，大都要求进行沟槽内埋设。因此，在进行这类线路管道的敷设，需要利用敷管船端部的开沟犁或敷埋机进行管沟的开挖，依靠入水后的管道注水和管道上安装配重后形成的自重沉入沟槽底部，达到埋设的目的。管道进入沟槽后，随着开沟犁搅出的泥浆回淤，将管道固定。

2.4.3 管道水压试验

为了检验管线敷设后的质量情况，防止管线一次敷设过长后检查困难或出现故障后检查难度增加，一般每完成500～1 000 m 敷设即可进行一次试压，管线全部结束后，再进行一次整体试压，确保通水一次成功。总管试压从滩地浅水区开始。

1）滩地或浅水区管道安装沉放到位后，管道两侧按设计要求进行回填（接口处不得回填）后，一般根据管段的长短，分1～2 段进行试压。

2）系统注水时，应打开管道哥高出的排气阀，将管道内空气尽量排尽。待水灌满后，关闭排气阀，用试压泵进行加压，压力应逐渐升高，加压到一定数值后，应停下来对管道进行检查，没问题时继续加压，一般分2～3 次升到试验压力。当压力达到试验压力时应停止加压，保持恒压10 min。对接口管身检查无破损及漏水现场，认为管道强度试验合格，在试验压力下10 min 压力下降不大于0.02 MPa，可以认为气密性试验合格、试压质量优良，班组质检员应及时做好试压记录。

2.5 特殊工况下的应急处置

2.5.1 弃 管

海上的气候瞬息万变，由于敷管船施工期间受锚泊系统束缚，即使自己有动力也无法因对海上大风浪的影响，同时，由于敷管船受风浪作用上下跳动，对敷管本身的质量控制和现场作业安全会构成较大的威胁，因此，在遇到台风或冷空气等恶劣天气影响时，施工船舶必须对托管架上的管道进行弃放并及时进港避风，以保证施工船舶、人员的安全。

弃管时有两种方法可以采用，一种是单纯地丢弃托管架上的管道，一种是将托管架和管道一起丢弃，但不管采用何种方式，弃管后都必须在管道的尾端做好标记，以便能够继续施工时可以很快找到目标。

采用托管架和管道一起放弃时，可以利用敷管船前端的起重把杆，将托管架后端铰支脱开并缓慢放到水下，然后脱开吊钩钢缆并系上浮鼓标志。

2.5.2 拾 管

风暴过去待海上平静后，敷管船重新进场定位，并根据弃管时的GPS 定位度数进行轴线确认，定位时，如果是弃管而没有弃放托管架时，应使托管架的前端靠近管道端部设置的浮标，待抛锚艇将浮标打捞起来后，缓慢地将托管架放下并慢慢地向前推进，直至将管道起吊出水面，并搁放到托管架上，在这过程中可以通过锚缆的收放，不断地调节敷管船，使其前后轴线与管轴线保持一致，然后通过发射架留放卷扬机将管道慢慢拖到接管机组处，利用接管机上的修整刀断开管端的闷板，并与新接管段对接，继续开始管道敷放。

2.6 给水管道消毒清洗

在进行生活用水输送管道敷设施工时，管道沉放时禁止灌注海水或其他污水，建议采用干净的自来水进行灌注。待管道敷设贯通后，从一端装入清洗球，并开始从管道的一端对管内灌注清洗管道的消毒水，直至清洗球另一端排出，根据管道总长度和第一次的清洗速度，继续用清洗液和清水清洗一遍。

2.7 管道总体试压及移交

管道敷设结束，立即着手滩地管道和浅水区段的管道固定和压载，然后进行试压，加压时里应管道内充灌的水作为主要试压体，然后通过管道两端的法兰盲板上设置的阀门，对管道内进行充气加压，达到设计压力后，稳定24 h，即可进行移交，如在试压过程中发现压力不稳定或上不去，必须对管道进行全面的检查，直至故障点发现并修复为止。

2.8 管道试压质量保证措施

1）管道水压试验前应对压力表进行检验，压力表应在有效的检验期限内。

2）管道注水时，要认真进行排气，排气点应尽量选择在管段的最高位。

3）水压试验时应逐步升压，并有专人负责观测检查。

3 钢管敷设和PE 管施工比较

1）钢管。施工方法：每根管段在驳船上单独焊接，而后通过向前移动驳船来敷设已经焊接好的管段，管道埋深采用先敷后埋的施工工艺，或者预挖沟槽而后对管段进行沉放。材料特性：强度高、密度大、曲率半径大。管段焊接：采用自动或者半自动焊对钢管进行焊接，焊接完成后才有超声波探伤、X 光拍片对焊缝质量进行检测，并按照有关规范对焊缝质量进行评定。焊缝质量合格后需要对管段进行内外除锈防腐施工，同时加焊牺牲阳极。无需进行额外配重，施工周期长。

2）PE 管。施工方法：每根管段在驳船上单独焊接，而后通过向后移动驳船来敷设已经焊接完的管段，管道埋深采用边敷边埋的施工工艺，或者预挖沟槽而后对管道进行沉放。材料特性：抗拉强度小、环向强度低、密度小、曲率半径小。管段焊接：采用热熔的方式对管道进行焊接，焊缝质量依靠焊缝外观检测以及工艺控制。无需进行防腐施工处理，需要根据管段实际情况对管段进行配重安装，施工周期短。

4 采用敷管船进行边敷边埋工艺的特点

1）确保了整个管道的连续接长施工，海上深水段管道避免了采用法兰连接（或其他水下连接方式）的操作困难。

2）避免了采用先挖后埋敷管所需的大量人力、船舶设备的投入，节约了大量的人力、物力以及大开挖对环境的破坏和影响，同时也解决了水下沟槽开挖回淤快、管道埋深不足的问题。

3）将开挖埋管与敷管船合二为一，现场只需少量的作业船即可实现管道的敷设，并保证了管道的埋深能够符合设计要求，减少了施工船舶的投入和维护养护，大大节约了施工成本。

4）敷设管道一次到位，从发射架到托管架就直接进入设计深度的沟槽中，解决了管道在海床表面停留时间长可能出现的水流影响和过往停留船舶带来的“锚害”，降低了外界对管道施工质量造成影响的风险。

5）采用浅海无张力敷管工艺进行管道边敷边埋施工，克服了其他施工方法对管材高强度的要求的不利因素，满足了PE 管道的施工质量要求。

5 结 语

通过近几年的水下PE 管道敷埋施工，虽然海上敷设长距离输水管道的技术目前已经成熟，但管道的保护仍是目前国内外水底管道工程技术的关键。根据水下管道的破坏机制研究，结合海底管道所需承受外力的情况，熔接管道能够基本保证管道自身水下的保护，但一旦遇到机械性人为的损伤，由于其在水下具有不可寻踪的特点，无法用仪器快速寻找发现和进行维修。因此，国内在进行这类管道设计时，都考虑了一定的埋设，这对施工期间的埋深控制与监测提出了更高的要求。在今后的跨海引水管道敷设施工技术方面，还需要投入更多的研究力度，结合先进的水下测量技术，完善监控机制，确保管道敷设的施工质量。