深海排污管道施工技术应用

王穆芝 栾成浩

（中国人民解放军 72702部队，山东 青岛 266021）

0 总体概述

我国海域辽阔、海岸线绵长。生态文明建设关系人民生活，关乎民族未来。雾霾天气范围扩大，环境污染矛盾突出，是大自然向粗放发展方式亮起的红灯。必须加强生态环境保护，下决心用硬措施完成硬任务。沿海城市为保护海洋资源和环境，促进海洋经济可持续发展，建设污水排海管道深海排放工程项目对减轻环境污染尤为重要。

1 深海排污管道材料的选择

目前，国内比较常用的排水压力管材有钢管、球墨铸铁管、HDPE管、玻璃钢管、预应力钢筋混凝土管等。当对深海排污管道而言，结合海域施工特点，要求管道具有良好的韧性，机械强度大，整体性好，使用寿命长等特性，满足海上施工复杂工况，选用钢管、HDPE管最为合适。

2 钢制管道加工工艺

为满足使用、强度、稳定和自然环境条件的要求，每种钢质管道在直径、管壁厚度、适用材质、防腐措施等皆有所不同，从而使用规范标准要求也不同，在实施中细致把握，严格遵守各项规定是保证工程质量的关键。

以工程钢管材质品种为Q235C低碳钢为例：

2.1 钢管材质

1）钢质管道材料技术要求主要包括炼制方法、化学成份、热处理，力学性能、各种质量控制试验、资料文件及标记方法。

2）所有材料均应附有出厂试验证明书，包括熔炼炉号、制造方法、试验结果及认可试验等项目。

3）所有材料均应标有制造厂、等级、熔炼炉号、尺寸和用途等项内容的标记，这些标记要易于辩认和查找。

4）禁止使用产地不详或材质不明的材料。

5）化学成份

（1）钢材应具有与规定的制造，加工和焊接工艺要求相一致的化学成份，以保证足够的强度、延性、韧性和抗腐蚀性。

表1 碳素结构钢的化学成分要求

（2）化学成份应由炉罐分析和成品分析确定。每炉钢均应进行炉罐分析。每50t成品为一批，每批应做一次化学成份校验分析。

6）力学性能

（1）材料的基本力学性能：屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩率、韧度和焊接接头硬度均应作为质量控制的内容。

表2 结构钢拉伸和冲击性能要求

（2）母材取样位置应尽量垂直于轧制方向。

（3）力学性能试验方法按相应国家标准执行。

7）抗拉性能

（1）实际屈服强度及抗拉强度应符合材料级别的要求。

（2）一般情况下，材料的屈强比最大应不超过0.85。冷胀管材料屈强比可提高至≤0.9，但必须保证实际的屈服强度亦相应成比例地高于规定的屈服强度。

8）抗脆断性能

（1）母材和焊管应具有适当的抗脆断性能。其韧一脆转变温度应低于最低的设计温度。

（2）母材和焊接接头通常应满足平均的夏比V型缺口冲击功，单个值至少应为规定的最低平均值的75%。若无该评定资料时应做夏比V型冲击试验。

（3）冲击试验温度本工程应按设计最小温度（当地温度减5℃)选用.但最大应不高于20℃。

9）焊接接头抗氢性能

在焊接和使用期间，最大硬度应保持在足以防止氢脆的安全范围内。焊缝的任何部位的硬度不得超过325HV10。

10）管件用钢材质：对弯管、阀门、法兰、三通、支承、机械连接结构等管件的材料，应符合对同等级别和壁厚的干管所规定的材料技术要求

11）为检验管材的各种性能，须按上述要求进行各种试验，试验项目有：

（1）钢材化学成份及力学性能试验

（2）钢材和焊接接头拉伸试验

（3）钢材和焊接接头夏比(V型缺口)冲击试验

（4）焊接接头弯曲试验

2.2 焊接材料

1）焊接材料应适合于规定的焊接用途。焊缝应具有所要求的性能。

2）焊接材料应按通用分类法予以分类。低氢型碱性焊条一般应用于抵合金高强度钢的焊接。

3）建议在手工电弧焊时：对于Q235C钢采用E4303（J422）焊条，在埋弧自动焊时：Q235C钢采用H08焊丝和431焊剂。

4）化学成分

焊缝的化学成分应与母材相一致，以防止整体或局部的腐蚀。

5）力学性能

焊缝金属的力学性能应满足母材的要求，应避免过多地超过母材的屈服强度和抗拉强度。

6）焊条使用和保管

（1）焊条应存放在干燥处，防止污染、受潮和生锈。

（2）储存低氢焊条时的相对湿度应保持在40%以下，焊条的烘干、使用等要严格按焊条生产厂的说明书进行。

2.3 钢管成品的工厂制造

从购料开始—直到合格成品管及安全堆放的全部工程内容。如：材料购置，号料配料，下料矫正、坡口打磨、卷制、焊接，目测检验与射线探伤、水压实验、修理补强、防腐锌块安装、防腐块保护罩制造与安装、除锈内外涂层和检验及成品管的安全堆放。

制造厂应具有制造符合质量要求的管子及管件、管段预制的资格和能力，并应具备相应的资质，同时制造厂应建立和实施包括制造、预制组装的每一个步骤的可靠的质量控制系统。质量控制的职能应由有资格的人员指导和实施。

3 主要施工关键点

根据设计工程管道材质、直径、壁厚、长度等因素确定合理的施工分段数和每分段长度。管道直径一般为DN1000-1800，分段长度300m-700m为宜。

3.1 管道接长出运

在施工现场附近易于管道下水的地形设置拼装场地，场地宽度宜为20-30m，长度宜为150-200m。设置2台5-10T龙门吊，用于管道的吊装接长，设置1台17m3空压机用于管道漂浮。管道生产工厂化，为了便于运输以12m为管节长度为宜。

钢管-焊接接长至场地有效长度为一单元-利用气囊滚动下水或橡胶滚轮滑道-依次接长至施工分段长度。

HDPE管道-热熔焊接至场地有效长度为一单元-滑车（固定配重块）轨道下水-依次接长至施工分段长度。

管道入海端设置盲板，在盲板上安装3个直径DN200的蝶阀，等腰三角形布置，起到进水、排气的作用，控制管道的漂浮与沉放。

管道出运在高潮时间段实施，利用管道空管漂浮原理，待管段全部入海后在近岸区域存放。

3.2 海上定位

管道海上施工定位方法一般分为定位桩和定位船或两者相结合的方法。

定位桩-管道铺设前按管道路由走向按一定距离安装钢桩龙门架。

定位船-在管道敷设时由施工船来对管道定位。

3.3 水上对接沉放

1）管道水上安装原则应从终点向岸边进行，管线按工程划分好的段数进行海上连接，管段间采用法兰对接方式或电焊连接。沉放时应对管道进行拖拽，以保证管道顺直下沉。

2）首先从终点（留出扩散管道长度）向岸边安装管道，将存放近岸处的2段管道利用空压机充气排出管道内海水使之浮起，利用气囊、浮箱、起吊设备使管端升离海面，拆除封堵，两两相连，管道接长后；用2艘自航驳船分别将管道拖至指定区域，将管道置于定位桩内，1艘自航驳船和潜水船在终点处，另1艘自航驳在管道的另一端定位，打开放气阀门，通知潜水船，潜水船在终点处打开进水阀门使海水缓慢流入管道内，保证管道徐徐下沉直至沉入海底。

3）将存放近岸处的管道利用空压机充气排出管道内海水使之浮起，用1艘自航驳拖至指定区域，将管道置于定位桩内，潜水船在首次下沉管道靠岸方向端部，潜水员下水连接管道进气管道与船上空压机对接，此时潜水船至管道终点处就位，打开排水阀门。利用驳上起吊设备，空压机打气排水，使管道漂浮海面长度达到200米时，空压机停止供气，同时通知潜水船关闭排水阀门，利用气囊、浮箱、起吊设备使管端升离海面，拆除封堵，水上管道同样是利用气囊、浮箱、起吊设备使管端升离海面，拆除封堵，然后进行管道对接，1艘自航驳在管道靠岸边方向的端部就位，对接完成后打开放气阀门，通知潜水船在终点处打开进水阀门使海水缓慢流入管道内，保证管道徐徐下沉直至沉入海底。

4）依次类推，直至管道接长岸边。

5）扩散管道单独进行水下安装。

3.4 管道水下土石方

主要包括水下管道、扩散管道、水下护坡、护坦、临时围堰等和其它将要在施工水位以下实施的所有工程内容，从工种上有水下沟槽土方开挖、水下沟槽的整平、抛砂垫层、水上抛石、护坡、护坦的理坡、水下抛理砂袋、石方和碎石袋以及水下回填等项目。

水下工程除其难度较大外，另一个重要特点是隐蔽性、不可见性，这就需要按要求严格施工，采用各种快速施工方法、特殊工期、新的技术力求节约材料，并与工程师密切配合，抓紧及时检验，每一工种工序必需取得工程师的认可以后才能进行下道工序。

施工水位是陆上施工和水下施工的分界线，施工水位的与施工方法、施工进度、施工水平和当地环境条件等有关。确保其合理性、可行性，并符合规定和符合实际。

4 结束语

每一项工程的顺利实施都离不开周密的组织设计，完善的施工准备，科学的精细施工，工序的严格把关，过硬的技术队伍，精良的施工装备，质量第一、安全第一的施工准则，高度负责的主人翁意识。只有我们按照客观规律办事、尊重科学，才能在工作中事半功倍。