近岸段海底管道岸拖及斜立管安装技术

摘要：针对浅水海域近岸段海管铺设施工中遇到的陆地空间受限难题，使用斜立管作为中间过渡结构连接海底管道和陆地管道，采用了舷侧对接的方式连接海管和斜立管。海管登陆段施工采用了海管岸拖和斜立管安装相结合的方案。海管岸拖采用了铺管船利用自身系泊绞车回拖的方式，避免了陆地安装线性拖拉绞车。斜立管安装利用两艘浅水浮吊船靠泊使用，解决了斜立管预制和吊装空间受限的难题。最后采用舷侧对接的方式将海管和斜立管连接成为一个整体，实现了海管登陆并与陆地管线连接。

关键词：近岸段；登陆；岸拖；斜立管；舷侧对接

中图分类号：TE952" " " " "文献标志码：A" " " "doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.05.004

Technology of Nearshore Subsea Pipeline Shore Pull and Goose Neck Riser Installation

HU Kai，LI Jiannan，HONG Shuai，NIU Qiang，LIU Kai

（Offshore Oil Engineering Co. Ltd.， Tianjin 300461， China）

Abstract： In response to the issue of limited land space encountered during the construction of a nearshore subsea pipeline in shallow waters， an intermediate transitional structure， namely the goose neck riser， is employed to connect the subsea pipeline and the onshore pipeline. The broadside tie-in method is utilized to establish the connection between the subsea pipeline and the goose neck riser. The landing construction of the subsea pipeline employs a combination of the pipeline shore pull and the installation of the goose neck riser. The subsea pipeline shore pull employs the use of the laying vessel's mooring winch to pull back， thus obviating the necessity for the installation of a linear pull winch on land. The installation of the goose neck riser is accomplished by utilizing two shallow-water floating crane vessels to berth， which addresses the limitations posed by the constrained space available for riser prefabrication and hoisting. Finally， the subsea pipeline and goose neck riser are connected as a single entity via the broadside tie-in method， which facilitates the landing of the subsea pipeline and its connection with the onshore pipeline.

Key words：" nearshore section；landing；shore pull；goose neck riser；broadside tie-in

海底管道近岸段通常是指从登陆点开始向外海延伸500～5 000 m范围内的海管路由［1］。近岸段海管登陆后与陆地终端相连接，近岸段海管登陆方式有多种，包括水平定向钻穿越登陆和拖拉登陆等［2-4］。水平定向钻穿越登陆可采用陆对海或者海对陆的方式完成海管登陆与陆地管线连接，适用于海管登陆点海坡落差较大的情况［5］。水平定向钻穿越登陆具有不用开挖作业、对环境影响小、穿越后的海管稳定性和安全性好等优点。但水平定向钻穿越登陆会受到地质条件、海域水深、钻机能力等条件限制且施工设备多，操作流程复杂［6］。海管拖拉登陆有浮拖法、离底拖法、底拖法等，一般将海管从海上往陆地方向进行拖拉，即将铺管船布置在海上指定位置，在陆地安装线性拖拉绞车为海管拖拉提供拖拉力，铺管船作业线内完成海管接长，海管从海上被拖拉到陆地端［7-8］。海管也能从陆地被拖拉到海上，这样就需要在陆地建造用于海管接长的作业线［9］，作业线包括多个工作间来完成海管的焊接、检验、涂敷等工作，在海上利用船上拖拉绞车将海管从陆地拖拉到海上，这种方法需要陆地有足够大的空间来布置作业线。完成拖拉后的海管在陆地上直接与陆地管线连接。对于海床与陆地高程差较大时就无法直接拖拉到陆地上，面对这种情况，可以用斜立管作为中间过渡结构。斜立管安装在岸堤斜坡上将海底管线和陆地管线连接。海底管线和斜立管的连接可以采用修筑围堰的方法［10］。围堰法需要利用泥沙作业船构筑围堰堤坝并排水，在围堰内通过陆地吊机配合完成海管和斜立管的对接，完工后还要进行回填保护、地貌恢复等工作。围堰法施工流程复杂，还需要得到登陆点陆地所属单位和政府等利益相关方的审批。

针对某海管铺设项目，海管登陆点为发电厂，发电厂内工艺管线和设备设施较多，没有足够的空间放置海管铺设施工设备，水平定向钻穿越登陆和传统的海管拖拉登陆均受到限制。海底管线和斜立管的连接也可以在水面以上在工程船舷侧完成对接［11-12］。本文采用海管预制和拖拉绞车布置均在铺管船上的方式，海底管道和斜立管的连接方式采用了浮吊船舷侧对接的方法，最终实现近岸段海管铺设至陆地终端。

1 工程概述

某海管铺设项目中近岸段需要铺设一段登陆海管用于与陆地上管线连接。施工海域水深为2.5 ～4.2 m。海管规格为外径762 mm，壁厚19.1 mm，防腐层采用4.2 mm的3LPE，混凝土配重层80 mm，钢材等级为X65，屈服强度为450 MPa。

根据近岸段实际情况，海管铺设方式选用了先采用底拖的形式将海管拖拉至近岸端，然后再利用舷侧对接的方式将海管与斜立管连接。斜立管有2个弯头呈“Z”字形，斜立管下弯段连接海管，上弯段露出水面与陆地管线连接。斜立管安装方法与整体立管类似［13］，但斜立管安装是在临近岸堤海域作业，水深浅且需要对岸堤进行提前开挖处理。

海管岸拖施工船舶使用铺管船CPOE101船。CPOE101船总长120.5 m，型宽32.2 m，型深6.5 m，最小吃水2.5 m。该船拥有1台75 t张紧器、1台75 t收放绞车、4台吊重能力60 t的舷吊和8台系泊力1 170 kN的锚机。斜立管安装海域水深较浅，大型施工船舶无法进入，而吃水较浅的浮吊船往往尺寸较小，甲板空间有限不能同时满足斜立管预制和吊装的空间要求，因此，采用两条小型浮吊船靠泊一起使用，浮吊船A配备舷吊和吊机用于斜立管安装，在浮吊船B的甲板进行斜立管预制。浮吊船A有2个舷吊，舷吊起吊能力为500 kN，浮吊船A吊机的最大吊重能力为100 t。

海管登陆段施工前，对拖拉段海管的路由进行了预挖沟，待海管铺设完成后再进行抛石回填。为了防止挖沟后回淤，在距离对接点105 m的路由范围两侧安装了钢板桩，两侧钢板桩之间距离1.5 m。为了保证斜立管安装就位，对岸堤进行开挖并造出平整的缓坡，斜立管出水段能贴合在该斜坡上。斜立管设计位置如图1所示。为了施工船舶能够顺利就位和岸拖需要，提前在陆地上浇注了3个地锚，用于施工船系泊使用。

2 岸拖

2.1 岸拖方案

海管岸拖采用铺管船CPOE101船自身左舷船尾的7#锚的系泊绞车作为拖拉绞车，7#锚缆作为拖拉缆，7#锚缆先穿过陆地地锚上的导向滑轮，然后再连接作业线内海管封头。海管采用边铺设边拖拉的方式，即铺管船作业线内海管每预制一根（长12.2 m），7#锚的系泊绞车则回收一次7#锚缆，作业线内海管通过托管架缓慢地被拖拉到设计位置。海管岸拖采用底拖的方式，海管拖拉过程中整条海管与海床保持接触状态。单根海管在水中质量为3 483 kg。为了减少海管底拖所需的拖拉力，海管在作业线里需要绑扎上浮筒，浮筒浮力为15 kN。海管封头上也要绑扎浮筒，减少海管封头与海床之间的摩擦力。岸拖海管总长度为256 m。在作业线内海管封头后面的海管上还要绑扎两条额定载荷为400 kN的吊带，用于后面斜立管安装时提升海管。

海管岸拖过程如图2所示，其中钢丝绳1和钢丝绳2的直径均为56 mm，破断载荷为1 980 kN。拖拉缆（7#锚缆）为直径64 mm的钢丝绳，破断载荷为2 440 kN。海管拖拉到位以后，陆地端先将海管封头上的钢丝绳2连接到地锚上，再解除7#锚缆并回收。这时海管的一端连接着地锚固定，另一端在铺管船作业线内。铺管船就可以往远离陆地方向继续铺设海管。

海管拖拉过程中的拖拉力受海管拖拉长度、海管和拖拉缆重力、海管和拖拉缆与海床摩擦因数、浮筒浮力、海况等因素影响。通过OrcaFlex软件对岸拖过程进行模拟分析，拖拉过程中，最大拖拉力为260 kN，拖拉缆和钢丝绳强度均满足要求。海管受到最大应力为272 MPa，仅为钢管屈服应力的60.4%，满足强度要求。

2.2 岸拖系泊系统

铺管船共配备8个工作锚，由于7#锚缆作为岸拖的拖拉缆，因此只布置7个锚。为了保证船舶稳定性，船尾的两个锚缆需连接到陆地地锚上，如图3所示。地锚是由混凝土浇筑而成的密实的混凝土砌块，主要依靠混凝土砌块与地面之间的摩擦力来起作用，所以混凝土砌块需要有足够的质量才能提供较大的摩擦力。地锚A1和A2的混凝土砌块规格为长和宽均为5 m，高为1.5 m，能够承受300 kN系泊力。地锚B的混凝土砌块规格为长和宽均为6 m，高为2 m，能够承受600 kN系泊力。地锚上均安装有吊耳用于连接缆绳。为了便于锚缆与地锚之前连接和解除，锚缆与地锚之间连接使用了一段高强缆绳，高强缆绳具有质量轻、柔性好的特点。高强缆绳一端连接地锚，另一端连接铺管船锚缆。

6#锚缆连接地锚A1，8#锚缆连接地锚A2。锚缆与地锚连接好后要利用其自身系泊绞车进行拉力试验，让锚缆承受一定拉力值并维持一段时间，确保锚缆和地锚的连接安全可靠。

3 斜立管安装

3.1 斜立管安装前准备

斜立管用于海管登陆与陆地管线连接，采用水面以上焊接的形式将海管和陆地管线连接。海管岸拖结束后，铺管船完成海上海管铺设工作，斜立管就可以与拖拉到位的海管连接。

斜立管安装流程包括：两艘浮吊船就位；潜水员和陆地定位人员相互配合对斜立管安装位置进行测量并清理海管路由上障碍物；斜立管在浮吊船甲板预制；潜水员下水将舷吊与海管上索具连接；根据计算分析按步骤提升海管；舷侧对接平台安装；海管封头切割；斜立管起吊至浮吊船舷侧；斜立管与平管组对、焊接、检验、节点涂敷等；舷侧对接平台拆除；根据计算分析按步骤下放斜立管至设计位置；潜水员下水回收索具和浮筒。

潜水员下水探摸海管岸拖最终海管封头的位置并用信标标记出其位置坐标，再在海管上距离封头一定距离位置找两个点同样用信标标记出其位置坐标。根据这些标记的位置坐标，确定海管实际路由，最终通过三维软件绘制出所要预制斜立管的具体尺寸。在浮吊船B的甲板上完成斜立管预制，斜立管总长为31.3 m，总质量为25.4 t。

3.2 起平管

岸拖海管时已在海管上绑扎好提升索具，浮吊船在设计位置就位后，潜水员下水将舷吊与海管上索具连接。使用OrcaFlex软件对起平管过程进行模拟计算分析，分析结果如表1。根据计算分析结果，利用浮吊船上的舷吊分10个步骤将平管提升至设计位置。提升过程中，舷吊1最大受力204 kN，舷吊2最大受力345 kN，均在两个舷吊起吊能力范围内。提升到位后海管管端距离水面高度为1 m。

3.3 舷侧对接

利用浮吊船A的吊机将已经预制完成的斜立管从浮吊船B甲板上起吊。初始起吊时需用浮吊船B的吊机配合将斜立管吊至站立状态，之后由浮吊船A的吊机将斜立管吊至其舷侧，在舷侧对接平台上与平管端进行对接。对斜立管吊装过程进行了受力分析，吊点处应变最大为0.014%，满足斜立管强度要求［14］。斜立管吊装和平管提升所用的索具均经过校核且强度满足要求［15］。舷侧对接平台采用可伸缩的形式，平管提升到位后可将平台伸缩结构伸出增加对接平台面积。在舷侧对接平台依次完成斜立管与海管的组对、焊接、检验、涂敷等工作斜立管与海管对接示意如图4所示。

3.4 斜立管下放

舷侧对接工作完成后，斜立管和海管就成为一个整体。使用OrcaFlex软件对斜立管下放过程进行模拟计算分析，分析结果如表2。根据计算分析结果浮吊船吊机与舷吊分15个步骤将海管下放至海床。下放过程中，吊机最大受力为319 kN，舷吊1最大受力为274 kN，舷吊2最大受力为348 kN，受力均在吊机和舷吊起吊能力范围内。

4 结论

近岸段海底管道铺设技术在现场实际施工中得到成功应用，现场海管岸拖用时2.5 d完成，斜立管安装用时8 d完成。海管登陆施工完成后，对海管进行抛石回填并做了岸堤恢复以保护海管。

1） 近岸段海底管道铺设技术采用了海管岸拖+斜立管安装的方式，并采用舷侧对接的方式将海管与斜立管连接，避免了水平定向钻穿越登陆和传统的海管拖拉登陆空间受限的难题。

2） 海管岸拖采用了导向滑轮进行拖拉缆布置，使得铺管船能够利用自身系泊绞车进行回拖，这样海管预制和海管拖拉力提供都能由铺管船完成，避免了陆地使用线性拖拉绞车或者布置作业线的工作，对陆地的作业空间要求较小。

3） 利用密实的混凝土砌块作为地锚使用，不仅满足施工船舶系泊和岸拖强度要求，还减少了地面开挖作业，并且方便拆除。

4） 利用浮吊船舷侧对接完成海管和斜立管连接，不用修筑围堰就可以达到海管登陆与陆地管线连接的目的。使用两艘浅水浮吊船分别完成斜立管预制和安装，解决了近岸海域水浅大型作业船无法进入的难题。

参考文献：

［1］ 黄钰，孙国民，冯现洪. 海底管道基于复杂近岸环境的设计技术［J］. 中国海洋平台，2020，35（6）： 18-21.

［2］ 楼岱莹，王海，王玉铮，等. 浅海管道敷设中的水平定向钻穿越［J］. 油气储运，2017，36 （4）： 455-460.

［3］ 桑运水，韩清国. 海底管道近岸浅水铺设的岸拖与海拖［J］. 石油工程建设，2006，（2）： 28-30.

［4］ 胡知辉，佟光军，唐彪，等. 超大管径海底管道长距离岸拖及复杂海况下水平口对接施工技术［J］. 中国海上油气，2019，31 （1）： 155-160.

［5］ 王猛，孙国民.水平定向钻在崖城13-1高栏支线管道中的应用［J］. 天然气与石油，2021，39（4）： 8-13.

［6］ 闫相祯，丁鹏，杨秀娟，等. 长距离复杂地层水平定向钻穿越管道施工技术［J］. 油气储运，2007（2）： 55-58.

［7］ 黄钰. 超大管径海底管道长距离登陆拖拉技术研究［J］. 石油矿场机械，2017，46（5）： 67-71.

［8］ 阮伟东，聂庆林，滕耀宇，等. 海底管道拖管法铺设技术研究进展综述［J］. 船舶工程，2023，45（12）： 1-11.

［9］ 刘志刚，李庆，孙国民. 登陆海底管道近岸段施工方法研究［J］. 中国造船，2009，50（增）： 669-676.

［10］ 赵刚，陈永訢，刘斌，等. 围堰区域内的管道安装方法： CN 110397793B［P］. 2021-06-29.

［11］ 马晓丽，刘衍聪，李成凯，等. 石油管道海底对接过程力学仿真软件平台设计［J］. 石油矿场机械，2014，43（5）： 22-26.

［12］ 伦冠德，刘衍聪，伊鹏，等. 海洋工程管道对接方法及技术［J］. 石油机械，2011，39 （10）： 150-153.

［13］ 户凯，李建楠，洪帅，等. 香港海域大尺寸整体立管安装技术方案实施［J］. 船海工程，2023，52（5）： 100-104.

［14］ Det Norske Veritas. DNVGL-ST-F101. Submarine pipeline systems［S］. 2017.

［15］ 户凯，李建楠，赵刚，等. 基于DNVGL规范的海底管道铺设索具设计及应用［J］. 海洋工程装备与技术，2020，7（5）： 296-299.

基金项目： 中国海洋石油集团有限公司科技项目（KJGG-2022-1406-03）。

作者简介： 户 凯（1990-），男，河南汝南人，工程师，现从事海底管道和立管设计及海上施工技术方面的工作，E-mail：hukaicup@foxmail.com。