李昊

(上海市基礎(chǔ)工程集團有限公司 200002)

引言

隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟的開發(fā),各個經(jīng)濟特區(qū)、開發(fā)區(qū)的蓬勃發(fā)展,隨之而來的工業(yè)排放問題日益嚴重。為防止污染近海水系,現(xiàn)今流行的做法是將進行過深度處理的廢水尾水直接排放入遠離岸邊的海域,盡量減少廢水對近岸海域的環(huán)境、生態(tài)的影響,利用海水的自潔凈特性,減少污染聚集。

目前,承插式玻璃鋼管道在福建沿海一帶普遍應(yīng)用于大型排污、排海工程,其施工工藝已逐漸成熟,并有進一步擴張的趨勢[1]。而當(dāng)前施工單位在這個領(lǐng)域仍然采用原始的大開挖+浮運沉放+潛水員水下拼裝的施工工藝進行施工,存在著質(zhì)量不穩(wěn)定、施工效率低、隱患較多等問題[2]。相關(guān)排污企業(yè)急切渴望尋找一種更加先進、高效的施工工藝,使其能夠連續(xù)地進行管道敷設(shè)施工,并將接頭工作轉(zhuǎn)移至施工船上完成,同時能夠同步完成管道的敷設(shè)和埋深施工,以便更好地控制施工質(zhì)量。

現(xiàn)有的鋼管先敷后埋施工工藝和PE 管邊敷邊埋從功能角度正好能滿足上述要求,本技術(shù)就是在原有施工工藝的基礎(chǔ)上進行改進,開發(fā)出一套適合承插式玻璃鋼管道的敷管船邊敷邊埋施工工藝。

1 海底玻璃鋼管道施工關(guān)鍵技術(shù)

目前海底管道施工工藝主要有海底管道管敷設(shè)施工工藝和海底管道埋深施工工藝。

海底管道管敷設(shè)施工工藝基本分為漂浮-下沉法、水底拖拉法和敷管船法三種。本次設(shè)計采用敷管船法。

敷管船法亦稱彈性敷設(shè)法,即管道在敷管船上逐一焊接后,敷管船絞動錨纜的方法移船前進,鋼管從船尾入水,經(jīng)托管架敷入海中。該施工法對氣候的適應(yīng)能力較強,管段的焊接、敷設(shè)都在敷管船上進行,不需要大量的其他的工作船,需要敷設(shè)的管段通過托管架自然、平穩(wěn)地從敷管船敷設(shè)到海床上。該施工工藝適用于長距離管段的敷設(shè)。

考慮到采用敷管船法可靠性高、受海況影響小、對海域通航影響小、施工過程中對管道產(chǎn)生的施工應(yīng)力小等特點,本項目擬采用敷管船法進行管道敷設(shè)施工,并在此基礎(chǔ)上進行工藝開發(fā)研究。

2 管道接頭設(shè)計

由于玻璃鋼接頭部位的各項力學(xué)性能與管材本身不同,且無法提供抗拔(拉)力,故采用加鋼制法蘭螺栓加固接頭部位。具體做法為: 在玻璃鋼管道接頭兩端的管材上敷制玻璃鋼固定環(huán)(靠山),在兩道靠山安裝鋼制哈夫形法蘭鋼圈,接頭兩端法蘭鋼圈之間采用拉桿螺栓拉緊,從而為接頭部位提供額外的抗拉(拔)、抗彎力。

圖1 管道接頭連接Fig.1 Pipeline joint connection

2.1 管道起吊試驗

第一段玻璃鋼管管口離地310cm,第一段與第二段中間接頭離地110cm,第二段與第三段中間接頭離地5cm。通過計算可知,第一段管道與第二段管道之間的夾角為4°,第二段管道和第三段管道間的夾角為5°。具體情況如圖2 所示。

圖2 第一次管道起吊Fig.2 First pipeline lifting

管道復(fù)位后,管材廠工程師進入管道內(nèi)口觀察,確認管道接口橡膠完好,接口完好,不影響使用性能。

2.2 存在問題及修改建議

吊高過程中,發(fā)現(xiàn)不銹鋼鋼制法蘭明顯變形,局部失穩(wěn),同時拉桿螺栓也出現(xiàn)明顯彎曲變形。同時采用角鐵的形式,對敷管船施工中接頭在水下通過托管架、埋設(shè)犁會造成額外的障礙。故管材廠與施工單位現(xiàn)場協(xié)商,改進鋼制法蘭接頭,增加其強度,同時考慮鋼制法蘭接頭僅為施工輔助措施在管道敷設(shè)到位后,基本不再起作用,故擬定采用普通鋼材代替不銹鋼材質(zhì)。

(1)管道接頭設(shè)計與修改

根據(jù)第一次試驗所定修改方針,新設(shè)計的鋼制連接法蘭,采用冷彎矩形□150 ×100 ×8 作為法蘭材料,同時拉桿改為8.8 級高強M24 ×1100螺桿,同時加大玻璃鋼固定環(huán)尺寸。改進后的鋼制法蘭如圖3 所示。

圖3 改進后的鋼制法蘭Fig.3 Improved steel flange

(2)第二次管道起吊試驗

第一段玻璃鋼管管口離地300cm,第一段與第二段中間接頭離地110cm,第二段與第三段中間接頭離地10cm。通過計算可知,第一段管道與第二段管道之間的夾角有4°～5°。具體情況如圖4 所示。

圖4 第二次管道起吊Fig.4 Second pipeline lifting

管道復(fù)位后,管材廠工程師進入管道內(nèi)口觀察,確認管道接口橡膠完好,接口完好,不影響使用性能。

整個吊裝過程中,螺桿、法蘭沒有明顯變形,結(jié)構(gòu)完好。

3 管道嚴密性試驗

管道的嚴密性試驗于施工現(xiàn)場登陸點附近進行,試驗管段長度為500m[3],試驗水頭為試驗段上游管頂(出水口在低潮位時高出海平面約2m),試驗方式為從試驗水頭達到規(guī)定水頭開始計時,觀測試驗用管道的滲水量,直到觀測結(jié)束。滲水量觀測時間不小于15min,滲水量不超過允許值即試驗合格。

試驗時,在管道登陸段附近共計安裝了4 個取水口,在完成登陸作業(yè)后封閉了靠近岸端的1#、2#取水口,保留3#、4#取水口繼續(xù)進行取水和排氣,在進行試驗時,封閉3#取水口,將4#取水口作為觀測窗口待用。登陸段管道及取水口設(shè)置如圖5 所示。

圖5 取水口設(shè)置Fig.5 Water intake setting

準(zhǔn)備工作完成后,根據(jù)潮汐表選擇合適潮位開始試驗,施工船上利用消防泵、潛水泵等給管段內(nèi)注水,工作人員觀察4#出口溢水情況。

當(dāng)4#出口不再溢水,水位開始下降時,開始往皮龍內(nèi)注水,并記錄注水量,直至水位回到出水口。

觀察時間為30min,試驗結(jié)果補水量小于規(guī)范要求,嚴密性試驗合格。

4 試驗結(jié)果分析

根據(jù)試驗,基本能確定管道接頭的形式及結(jié)構(gòu),考慮工程現(xiàn)場情況及增加保險系數(shù),管材廠和施工單位共同協(xié)商,再對管道加強法蘭進行如下改進:

(1)加大作為拉桿的螺桿直徑到M24;

(2)玻璃鋼靠山增加到20cm 長。

改進后的鋼制法蘭可以比較好地對接頭起到加強作用,管道轉(zhuǎn)角5°左右回復(fù)后,管道接頭狀況良好,滿足管道使用要求。改進后的鋼制法蘭滿足管材廠和施工單位的技術(shù)要求。

5 結(jié)語

承插接頭的改進,有效提升了玻璃鋼管道接頭部位的抗?jié)B漏能力,同時也提高了管道的整體性,避免了在施工過程中各種原因造成的管段脫節(jié)的發(fā)生;新的配重保護技術(shù)提升了整體施工的穩(wěn)定性,避免了因外部因素的影響造成的管段上浮的發(fā)生,使得整個排水系統(tǒng)的安全性得到了質(zhì)的提升;海底玻璃鋼管道同步敷設(shè)埋深施工方法的研究,使得整個施工工藝得以定型,從而使海底玻璃鋼管道敷設(shè)本身突破了技術(shù)瓶頸,成為了可行的技術(shù),避免了需要進行高風(fēng)險的大開挖及水下安裝流程,大大節(jié)約了工期與投資。