海底输水管道维修技术

吴小南

（厦门市汀溪水库管理处，福建 厦门361100）

海底输水管道维修技术

吴小南

（厦门市汀溪水库管理处，福建 厦门361100）

海底管道已经到了服役的后期阶段，极易出现安全事故，需运用管道维修技术加以维护。结合海底管道的分类、损坏情况。对大嶝岛原水输水管道维修进行了探讨。

海底管道；修复技术；技术应用

1 海底管道的分类

海底管道按输送方式可分为输油、输气、油气混输、输水管道；按结构可分为双重保温管和单层管道；按工作范围可分为油气集输送和外输管道。

2 海底管道损伤原因

由于海底油气管道的服役期限等问题，出现了锈蚀、第三方破坏等损伤，随着使用年限的增加，损坏率在逐年递增。

2.1 设计和路由选择不合理

由于设计和路由选择不合理，管线在施工中受到损伤而难以被察觉，在后期运行中才暴露出来。

2.2 管道作业带来的刮碰

当海底管道位于海上作业时，在船舶运行航道、拖网捕捞区域的工程施工区域范围内给海底管道带来刮碰伤。

2.3 长期受到海流冲刷

作业管理长期受海流冲刷，使管线露出海床，形成悬跨段，管线安全受到威胁。

2.4 坚硬物体碰撞

海面上抛洒下的坚硬物体，对管道的大力碰撞造成损伤。

2.5 管道受腐蚀严重

海底管道输送的介质具有腐蚀性，从内部给管道带来腐蚀，而且海洋的环境日益受到污染，其中不乏有腐蚀性物质，在内外腐蚀的合力攻击下，管道的受腐蚀性更加严重。

2.6 介质流动带来的振动

由于介质流动带来轻微振动，使管道周围土体发生松动，长时间的松动加上海流的冲刷，管道发生悬跨和浮出海沟问题。

3 海底输水管道维修技术

3.1 钢套袖修复

3.1.1 焊接式钢套袖

使用与原管道型号相同的两个半圆形钢套，套在破损管道的表面，将半圆形钢套焊接在破损管道上，然后在钢套袖和管道间的缝隙上填充密封材料。焊接式钢套袖的维修方法适合在小面积的浅水管道中使用。

3.1.2 机械式钢套袖

采用螺栓紧固的方法，将两个半圆形钢套袖固定在受损管道上，间隙内也要填塞密封材料。采用这种修复方法的优势在于不影响管道的正常输水，不需要切断管道，但水下焊接的质量难以得到保证。

3.2 外卡具修复

使用外卡具施工是将堵漏用的卡具安装在管道泄漏的地方。主要由上壳体、下壳体、液压、密封结构等组成。施工中通过卡具上的液压机构将壳体打开后，潜水员将卡具扣在泄漏管道的管段上，用液压扳手将壳体的螺栓紧固，使卡具牢牢地密封在泄漏管道的破损处，卡具的轴向和环向密封程度应达到设计要求，这种方法适用于泄漏较小的水下管道修复。

3.3 连接器修复

连接器修复包括两种，一种是法兰连接器，一种是机械三通修复。

3.3.1 法兰连接器

法兰连接器修复是在管两端安装法兰连接器并焊接。焊接后的连接方式与管段之前的法兰连接器的连接方式相同。先将管段进行切割，然后将新的法兰连接起安装到管端后，使用螺栓拉伸器拧紧螺栓，造成法兰连接器的凹槽与管道表面接触后产生塑性变形后产生密封。这种方法适用于大面积长距离的管道更换，而且可以调节安装角度和方向。缺点是需要采用切割的方式，容易造成微小泄漏。

3.3.2 机械式三通修复

使用水下开孔机和封堵器对管道进行横向和环向的修复。优点是可以在水下自由打开和闭合，缺点是需要对水下管道进行停输。

3.4 水下焊接修复

水下焊接修复是水下破损管段进行切割然后进行机械处理，完成短节和管道的对口后再焊接起来。水下焊接的方法效率很高，在深水区域的海底管道的维修上运用较为广泛。

4 案例分析

厦门市位于福建省东南部，处于九龙江出海口的金门湾内，台湾海峡西岸的中段。厦门市辖6个区，大陆海岸线长194km，大小岛屿48座。厦门岛海域宽阔，面积1000km2，港阔水深，外航道水深达12～25m，宽1000m以上；内航道水深大部分在10m以上，局部8m，宽数百米。随着厦门经济的迅猛发展，近海岛屿经济的开发成为一个新的经济发展点。受地理位置制约，该市水资源在时间和空间分布极不平衡，水旱灾害和岛屿缺水现象长期存在。岛上居民饮水相当困难，只能依靠水井取水、雨水收集、大陆运水，水量有限，水质较差，严重制约海岛经济的发展。

4.1 工程概况

厦门市翔安区大嶝岛由大嶝、小嶝、角屿3个小岛（俗称“英雄三岛”）组成，“三岛”利用大嶝供水工程每年从大陆引入超过300万t的生活用水，解决了“三岛”长期困扰的用水难问题，极大促进了“三岛”的经济发展。2007年，对“三岛”实施开发建设，在大陆与大嶝岛之间拆堤建桥，大嶝岛供水管道同步迁改。

过海管道施工一般采用沉管施工或拖管技术，沉管施工难度小、工期短、投资省、维修方便，通常情况下作为跨海供水管道施工的首选，但拆堤建桥后期将对海域进行航道清淤，清淤深度达7m，不利于管道的安全运行。故本次迁改采用了非开挖水平定向拖管技术，沿大嶝大桥走向敷设海底跨海供水管道。过海管道长1180m，管材采用聚乙烯PE给水管，管外径630mm，管道工作压力0.6MPa，考虑到拖拉管施工时管道受到的磨损阻力，拉力较大，故在顶管施工中采用的PE管为加厚管道，壁厚加一级。

4.2 事故分析

2014年1月，过海管道大漏破损，无法正常打压通水，已经停止使用（采用临时管道供水）。究其原因，一是由于管道母材夹渣、气孔、裂纹引起管道漏水；二是由于外力拉伤或海床变迁引起裂缝漏水；三是由于外力强烈作用引起管道断裂漏水。由于无法第一时间确定损害点，只能根据海床出水点初步判定断裂地点。

图1 事故平面图

本工程据过海管道竣工图和现场调查，管道现状覆土9.7m，离大潮海平面深12.3m，航道清淤深度8.2m，清淤后管道覆土还有1.5m，无法依据海床出水点确定管道断裂点。通过DGPS对管道精确定位，利用水下CCTV或旁扫声呐沿管道走向进行拍摄扫描确定破损海管是否断裂、变形，并标定海管破损点的平、剖面具体位置。了解事故海管的现状后，根据经验判段，海管破损处可能是在热熔焊接处或管身隐性损伤引起破裂。首先要做出切实可行的修复施工方案。

4.3 管道修复方案

结合本海域实际情况，海水深度不足3m，覆土厚度深达9.7m，故常压干式沉箱修复技术无法在本项目中实施。经比选，决定采用沉井工艺结合海底管道修固技术进行修复。

4.3.1 沉井安装

通常沉井工艺为钢筋混凝土结构，考虑管道修复后的拆除，本工程沉井采用钢桶沉井，直径8m，每节长3m，十字架支撑，每节钢桶16个钢板焊接点连接，钢桶吊装采用海吊船，定点吊装固定。根据海潮，利用低潮水位进行钢桶安装。第一节钢桶中心点根据DGPS定位安装，利用船载挖掘机在低潮时进行外力下沉，进入淤泥层，同时连接第二节钢桶；考虑钢桶连接处的密封，下一节钢桶安装时，前一连接缝必须没入淤泥，避免海水灌入沉井内。

4.3.2 沉井开挖

采用抽泥泵和高压吹泥相结合，进行沉井开挖。沿钢桶内园周均匀安装4台口径300mm的抽泥泵，泵头超出钢桶下沿一个泵头位置；沿钢桶内园周均匀安装8台口径100mm的高压冲泥泵，泵头离钢桶下沿1m，可摆动。利用高压冲泥泵冲稀海泥，大功率抽泥泵抽走泥水，同时利用抽泥泵和冲泥泵的自重帮助钢桶下沉进行开挖。

4.3.3 管道修复流程

（1）钢桶下沉到距离管顶50cm时，冲泥泵停止工作，抽泥泵保持井内无积水，钢桶井保持不再下沉。

（2）移动1台冲泥泵将管道冲洗出来，调用1台抽泥泵将管道周边泥浆抽走，使破损处管道完全暴露。

（3）切除供水管道的破损处，进行母管热熔焊接和新管与母管连接。

（4）在焊接破损的管道两侧向外100cm距离，用管道修复套装给管道连接处做1层有效的永久修复，该修复套固化后可以承受30MPa/cm2压力。

5 结语

海底输水管道的损伤可以划分为很多种类，因此针对不同损伤要采取不同的修复方法。总结本次事故中，建议过海管道设计应考虑在满足设计供水要求的前提下，利用双管供水，同时两条管道的施工位置应有一定距离。

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（责任编辑：姜彤宇）

Technology of submarine water pipe maintenance

WU Xiao-nan
（Xiamen Creek Reservoir Management Office，Xiamen 361100，China）

The submarine pipelines are prone to accident in the latter stage of service.The pipeline need maintenance by the technology.This paper combined with the classification and damage situation of submarine pipelines，the maintenance technology of Xiamen Dadeng island water pipeline is discussed.

submarine pipeline；repair technology；technology application

U17

：B

：1672-9900（2017）02-0085-03

2016-02-21

吴小南（1968-），男（汉族），福建厦门人，工程师，主要从事水利工程建设与管理工作，（Tel）0592-5516785。