陸靜峰

摘要：近年跨海輸水管道項(xiàng)目日益增多，本文介紹了金門自大陸引水海底管道工程在實(shí)施過程中采取的幾種不同的海管敷設(shè)工藝。

關(guān)鍵詞：海底輸水管道；敷管工藝；應(yīng)用

一、工程概況

金門島屬資源性缺水地區(qū)，從福建供水至金門是解決該地區(qū)缺水問題的有效途徑。金門供水工程取水于福建晉江龍湖，常年水質(zhì)保持Ⅱ類，輸水管道線路總長約28公里，其中海底管道長16.052公里。

海底管道設(shè)計(jì)為單根管徑800mm高密度聚乙烯（HDPE）管，最大水深24米，設(shè)計(jì)流量為每日3.4萬立方米（遠(yuǎn)期達(dá)每日5.5萬立方米）。管道從金井鎮(zhèn)沿海大通道側(cè)海堤入海，沿著西南方向斜穿圍頭灣海域，然后從金門島田埔水庫附近海灘登陸，最終供水管接入新建納水池。

二、主要應(yīng)用的敷管工藝

海底管道沿途依次穿越晉江端金井灘涂、塘東沙堤保護(hù)區(qū)、石井航道、金門海灘等區(qū)域，施工條件多變、復(fù)雜。針對上述不同施工環(huán)境及條件，施工方因地制宜設(shè)計(jì)了不同的海底管道敷設(shè)工藝，見下表：

三、各段施工方法介紹

1.金井灘涂

金井灘涂位于金井鎮(zhèn)海堤至塘東沙堤之間，總長約1500m，低潮位時(shí)全部外露，泥面高程介于0m—-1.5m（金門水頭中潮高程基準(zhǔn)，下同）之間，圍頭灣海域平均高潮位為1.91 m，平均低潮位為 -1.79 m，平均潮位為0.01m，平均潮差為 3.70 m，平均潮位時(shí)不能滿足大型施工船舶吃水深度要求（挖泥船2m，泥駁3.2m，鋪管船2.8m），所以按常規(guī)挖泥船先行挖槽、鋪管船后續(xù)鋪管的連續(xù)施工方法不能實(shí)現(xiàn)，只能選擇乘潮施工。

（1）港池疏浚

首先為確保鋪管船在最高潮位時(shí)能順利到達(dá)金井海堤處入海點(diǎn)，需在近岸500m范圍（K0+000—K0+500）內(nèi)以設(shè)計(jì)管線為中線疏浚一條港池，港池寬30m（船寬18m），開挖深度0.5m—2m，由4艘水陸兩棲挖掘機(jī)平行開挖，疏浚一段鋪管船跟進(jìn)一段，直至鋪管船在最高潮位時(shí)駛至海堤側(cè)，鋪管托架頭部抵達(dá)設(shè)計(jì)入海點(diǎn)位置。

（2）乘潮施工

低潮位：4艘兩棲挖掘機(jī)沿設(shè)計(jì)管線分段開挖管溝，開挖泥沙臨時(shí)堆放在管線一側(cè)，注意潮向變化規(guī)律，盡量降低回於量，并避免堆土高度影響鋪管船鋪管。此段時(shí)間內(nèi)鋪管船基本擱淺在灘涂上，只能在甲板上進(jìn)行吊管、配重塊安裝、管道熔接。

高潮位：兩棲挖掘機(jī)停止開挖，鋪管船浮起，啟動錨泊系統(tǒng)，鋪管船往金門方向后退，每次行程為一根管道距離（40m），管道通過鋪管托架滑入灘涂溝槽內(nèi)，完成一次單根鋪管作業(yè)。

由于每次吊管、配重塊安裝、熔接管一套流程要3-4小時(shí)，因此每次漲落潮只能敷設(shè)一根管道（40m），每天兩次潮汐變化，正常每天鋪管進(jìn)度為80m，兩棲挖掘機(jī)開挖進(jìn)度也必須滿足鋪管進(jìn)度要求。

（3）安裝混凝土席塊、回填

灘涂區(qū)席塊安裝及回填也要乘潮施工，高潮時(shí)起重安裝船攜帶混凝土席塊進(jìn)入管線附近并由潛水員配合水下安裝席塊，低潮時(shí)船舶擱淺在灘涂，可在吊機(jī)吊臂的工作半徑內(nèi)安裝席塊。

2.塘東沙堤保護(hù)區(qū)

沙堤保護(hù)區(qū)位于晉江市金井鎮(zhèn)塘東村海域，是在潮汐和風(fēng)力共同作用下堆積而成，象一條玉帶從岸邊伸入大海，是全國僅有的特色沙堤，更是亞洲唯一觸角型沙堤。金門供水設(shè)計(jì)管線需橫穿沙堤，常規(guī)的水下開挖方案會導(dǎo)致沙堤大范圍塌方，引起沙堤形態(tài)變化，破壞周邊自然生態(tài)。項(xiàng)目部組織專家論證，考慮到穿越沙堤部位在漲潮時(shí)全部淹沒，在退潮時(shí)能全部露出，最后形成了先沉管再開挖埋管的方案，主要工序如下：

（1）接管

鋪管船錨泊在沙堤外側(cè)深水區(qū)（K3+500附近），利用鋪管船接管平臺及鋪管托架連續(xù)接管，第一根管頭安裝堵板，已接管臨時(shí)浮在海面上，每接一根（40m）往沙堤方向漂浮牽引一根，直至累計(jì)接管長度達(dá)到1000m，滿足穿越沙堤管道長度要求。浮在海面管道用纜繩捆綁，系靠在預(yù)先間隔一定距離沉打的定位鋼管樁上，抵抗海浪沖擊。

（2）拖管

選擇無風(fēng)晴好天氣漲潮時(shí)機(jī)，用拖輪將浮管牽引拖移橫穿沙堤，根據(jù)預(yù)打鋼管定位樁指引及交通船跟蹤測量定位，調(diào)節(jié)管道走向，保持好線行。

（3）與灘涂管道熔接

將灘涂段已安裝管管頭打撈出水面，擱置在吃水較淺的浮駁上，把沙堤段浮管管頭也吊到浮駁，用熔接機(jī)熔接兩管頭，使沙堤段與灘涂段管道連通。

（4）定位沉管

再次微調(diào)管道位置及線形，打開金井海堤入海點(diǎn)處灌水閥門，浮管開始灌水、排氣、下沉，管道由灘涂往金門方向依次緩緩沉至水底，下沉深度1.5—2.5m。

（5）開挖埋管、安裝席塊

落潮時(shí)沙堤全部露出水面，利用挖掘機(jī)沿管道兩側(cè)同時(shí)挖沙成槽，管道沉入槽底，直至滿足深度要求。履帶吊吊裝混凝土席塊，覆蓋到管道上，增強(qiáng)水下管道穩(wěn)定性。

沙堤段開挖埋管全部是干式施工，避免了水下大型挖泥船開挖導(dǎo)致的沙堤大范圍塌方及泥沙流失，過沙堤施工效果得到了當(dāng)?shù)卣按迕竦目隙ā?/p>

3.海上段

隨著管道離開塘東沙堤繼續(xù)往金門方向延伸，水深逐漸加大，最深處達(dá)24m，海上施工受風(fēng)、浪、霧的影響也逐漸增強(qiáng)，施工難度加大。

海上段主要采取挖泥船先行開挖管溝、鋪管船連續(xù)跟上鋪管、起重安裝船后續(xù)安裝席塊的工藝，其主要流程圖如下：

（1）開挖

深水區(qū)采用1艘25m3抓斗挖泥船開挖，配備1艘1200m3泥駁裝卸泥沙，輔助船舶包括2艘錨艇、1艘交通艇。

（2）鋪管

根據(jù)工程海況條件、施工特點(diǎn)及工期要求，本工程海上管道安裝采用鋪管船鋪管為最佳選擇，鋪管船能在海上連續(xù)鋪管，確保了施工質(zhì)量及施工安全，同時(shí)能提供足夠大的施工平臺，以及良好的抗風(fēng)浪能力，具備一定的儲存空間，用于存放管材和接管場地。

本項(xiàng)目海上管道敷設(shè)由海洋工8899號鋪管船完成，此船可抗8級風(fēng)浪，總排水量5000t，鋪管托架長56m，集合了中央控制室、儲管區(qū)、錨泊系統(tǒng)、鋪管托架、接管區(qū)、起重機(jī)、GPS定位系統(tǒng)、水下開挖埋設(shè)系統(tǒng)等。

海上鋪管主要流程：

4.石井航道

金門供水管道與現(xiàn)有石井—圍頭灣5000噸級航道交匯區(qū)長度約150m，與在建石井—圍頭灣5萬噸級航道交匯區(qū)管線長度約510米（見附圖）。5萬噸級航道左邊線外有“圍頭灣6號燈浮”與“圍頭灣8號燈浮”，兩燈浮標(biāo)距離1.9千米，其連線內(nèi)側(cè)水深均在12.0米～14.5米，可滿足現(xiàn)有航行水深5.6米的設(shè)計(jì)要求，所以整個規(guī)劃5萬噸級航道區(qū)（510m寬）都可滿足目前5000噸級航道通行要求。

（1）海上鋪管作業(yè)占據(jù)水域范圍分析

鋪管作業(yè)時(shí)管道沿托管架下滑至海底，確保管道在預(yù)定的敷設(shè)路線上進(jìn)行敷設(shè)下沉，鋪管船根據(jù)所測設(shè)的導(dǎo)標(biāo)進(jìn)行錨泊。鋪管船鋼絲繩直徑為52mm，每根長300m，共四根，錨重5t，呈“八”字型布設(shè)，夾角為45°。船舶兩側(cè)各設(shè)一側(cè)錨，防止前后錨移錨時(shí)，船體偏移，折斷已鋪設(shè)管道。鋪管船各錨鏈拋出長度約為100m，鋪管船長86m，寬18m，鋪管托架長56m，估算出進(jìn)行開挖施工時(shí)所需水域長度約為250m，寬度約為200m。

管道在托管架的支撐下，自然彎曲成“S”型曲線，一般可以分成兩個區(qū)域：一為拱彎區(qū)，從鋪管船甲板的張緊裝置開始，沿托管架向下延伸到管道開始脫離托管架支撐的抬升點(diǎn)為止的一段區(qū)域；另一段為垂彎區(qū)，是從拐點(diǎn)到海床著地點(diǎn)的一段區(qū)域。

管道在鋪設(shè)時(shí)，管道隨鋪管托架緩緩滑入海底溝槽，前側(cè)有一段管道是依附在鋪管托架懸空在海水中的，并沒有著地，如果有船舶從船頭通過的話，可能掛到管道或鋪管托架，所以船頭應(yīng)保持一定的安全距離，管道懸空部分占據(jù)的水域隨入水角度和水深的不同而異，水深越大，入水角度越小，則懸空部分所占據(jù)的水域越大。鋪管船前側(cè)深入水中的托架長度長56m，按入水角度30°計(jì)算，水平長度為56×0.866=48.5m，小于拋錨區(qū)長度（100m），在鋪管施工拋錨區(qū)范圍以內(nèi)，固懸空管段及伸入水中的托架不會影響到船舶通行。

（2）航道交通導(dǎo)行

海底管道按自北向南的順序連續(xù)施工，施工船舶自北側(cè)邊線進(jìn)入后，航道臨時(shí)改道至左側(cè)區(qū)域，船舶進(jìn)入左側(cè)施工時(shí)，再恢復(fù)現(xiàn)有5000噸級航道通行。

本供水管線與規(guī)劃航道交點(diǎn)為L、O、R，管線施工時(shí)作業(yè)船舶向西南方向（金門方向）推進(jìn)。當(dāng)施工船舶位于O～R側(cè)拋錨作業(yè)時(shí)，作業(yè)船舶前方設(shè)置兩個綠色（夜間發(fā)光）錨纜標(biāo)，指示商船從施工區(qū)左側(cè)慢速通過；當(dāng)施工船舶位于L～O側(cè)拋錨作業(yè)時(shí)，作業(yè)船舶后方設(shè)置兩個紅色（夜間發(fā)光）錨纜標(biāo)，指示商船從施工區(qū)右側(cè)慢速通過，確保供水管線于航道區(qū)域施工期通航安全。

5.金門登陸段

金門登陸段地形復(fù)雜， 14K至登陸點(diǎn)間為巖石區(qū)段，區(qū)段內(nèi)巖石露頭密布于海床上，管線以S型繞行主要巖石露頭；登陸區(qū)附近區(qū)域有巖石露頭分布，可能影響船舶拋錨，固鋪管船不能直接靠近岸邊鋪管，只能采取拖管、沉管方案。

（1）拖管長度確定

0—120m（0m為金門登陸點(diǎn)，往晉江方向計(jì)量長度，下同）：沙灘段，低潮位時(shí)能露出，海床面高程變化范圍為：4m—-1.5m

120-350m：淺灘段，海床高程變化范圍大致為：-1.5—-4.5m；

350m以外：海床高程低于-4.5m，平均低潮位水深大于2.7m；

鋪管船長度：船體長80m，鋪管托架長65m，合計(jì)145m；綜合考慮地形、潮位、鋪管船作業(yè)范圍，最終確定登陸段拖管長度為500m。

（2）登陸段管道安裝

開挖方案：120-500m由挖泥船乘潮水下開挖溝槽，0-120m為沙灘區(qū)，待拖管到位后再用挖掘機(jī)挖槽埋管。

管道安裝：鋪管船在離岸500m處棄管，調(diào)轉(zhuǎn)船頭往金門登陸點(diǎn)方向，開始熔接管道，管頭用堵板密封，已接管漂浮在海面上，每接一段，往岸上方向拖一段，總接管長度500m，在最高潮位時(shí)，利用陸上卷揚(yáng)機(jī)拖拉管道登陸，管頭至預(yù)定地點(diǎn)后灌水沉管，并在500m處海面上進(jìn)行最后一個接頭的熔接。

席塊安裝、回填：0-120m為干式施工，用挖掘機(jī)從兩側(cè)挖槽，吊車吊裝混凝土席塊蓋到管上，再用沙土回填；120-500m席塊安裝由潛水員在高潮位時(shí)配合小型起重船水下安裝。

四、結(jié)語

本項(xiàng)目是涉及兩岸通水的民生工程，施工品質(zhì)控制尤為重要，受地形、地質(zhì)、臺風(fēng)、季風(fēng)、養(yǎng)殖區(qū)搬遷、沙堤保護(hù)、穿越航道等多種因素影響，海上施工難度較大。在施工過程中根據(jù)不同施工環(huán)境及條件，選取了多種海底管道敷設(shè)工藝，并取得滿意效果，在今后類似海管工程中值得借鑒。