程海勇，蒲迪陽(yáng)，王付耀

（中交上海航道局有限公司，上海 200002）

1 工程概況

尼日利亞萊基港疏浚吹填工程需先吹填出一個(gè)人工沙灘潛堤通道，供防波堤施工單位的履帶吊機(jī)上下潛堤進(jìn)行預(yù)制塊安裝施工。擬采用耙吸挖泥船從航道取砂然后進(jìn)行艏吹形成沙灘至潛堤北端的通道，吹填量45 萬(wàn)m3左右。潛堤通道位置如圖1 所示。

圖1 人工沙灘潛堤通道

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管線儲(chǔ)備，耙吸挖泥船進(jìn)行人工沙灘潛堤通道艏吹施工，需要采用浮管、沉江管和岸管串聯(lián)組裝的配置方案。各類(lèi)管線配置如表1所示。

表1 艏吹管線配置方案

2 傳統(tǒng)的水上管線敷設(shè)工藝

傳統(tǒng)上，國(guó)內(nèi)敷設(shè)水上管線必須利用專(zhuān)用錨艇進(jìn)行水上浮管、沉管的連接和定位下沉施工。具體工藝流程是，先將沉江管沿海岸線組裝連接成一條計(jì)劃長(zhǎng)度的管線，完成后在兩端加裝封門(mén)板，使其泌水達(dá)到在水中浮起的效果；再由挖機(jī)推至水中使其浮起，或者直接用拖輪將在其他地方組裝好的管線從水上拖帶至現(xiàn)場(chǎng)；最后由錨艇將沉江管拖帶至預(yù)定位置，拆除兩端封門(mén)板，自動(dòng)灌水完成下沉安放，并在需要連接浮管的一端（端點(diǎn)站）預(yù)留啟吊點(diǎn)。浮管組裝完成后，高潮位時(shí)利用挖機(jī)把管線推下水使其浮起（如從其他工地水上調(diào)遣至本工地則無(wú)此步驟），然后利用錨艇把浮管拖帶至預(yù)定位置，固定好后把浮管與沉江管連接的一端拖帶至端點(diǎn)站，利用錨艇將沉江管和浮管連接，使其成為一個(gè)整體。水上管線拼裝完成后，連接岸管并延伸至指定吹填位置，從而完成整個(gè)吹填管線的敷設(shè)。

3 無(wú)專(zhuān)用錨艇敷設(shè)水上管線新工藝

在海外，特別是非洲市場(chǎng)，船舶資源相當(dāng)匱乏，周邊市場(chǎng)上很難找到能滿(mǎn)足水上組裝管線的專(zhuān)用錨艇。從國(guó)內(nèi)調(diào)遣錨艇將花費(fèi)大筆的海運(yùn)費(fèi)、清關(guān)費(fèi)以及返遣的各項(xiàng)費(fèi)用等，且需要較長(zhǎng)的運(yùn)輸時(shí)間，對(duì)緊急施工項(xiàng)目的成本和進(jìn)度控制都有嚴(yán)重的影響。

如果考慮不使用錨艇進(jìn)行管線敷設(shè)施工，就無(wú)法在水上進(jìn)行管線拼接，那么在陸上組裝并盡量減少水上的相關(guān)施工操作便是唯一選擇。因此，擬在陸上一次性組裝好沉江管、浮管和耙吸船吹填所需要的雄頭，然后由小型拖輪拖帶管線至目標(biāo)位置固定，最后由耙吸挖泥船連接雄頭灌注清水完成沉管下沉固定。

采用陸上一次性拼接全部沉江管、浮管和雄頭的施工工藝，需要對(duì)其技術(shù)可行性進(jìn)行分析，并對(duì)該優(yōu)化方案實(shí)施時(shí)可能遇到的問(wèn)題提前采取一定的預(yù)防措施，保證其順利實(shí)施。存在的主要問(wèn)題和解決措施如下：

1）把所有需要的水上管線一次性拼接好然后整體拖帶，使管線單次拖帶的長(zhǎng)度達(dá)到960 m 左右，在風(fēng)、水流和大西洋涌浪的影響下，管線下水時(shí)拖帶阻力較大。針對(duì)這一問(wèn)題，采用兩艘1 000 kW 左右的輔助船舶同時(shí)進(jìn)行拖帶，在管線的雄頭端和距離雄頭端200 m 左右的位置處分別設(shè)置兩根牽引鋼絲由兩艘輔助船舶共同拖帶，以保證拖力能抵抗風(fēng)、流和浪的阻力，順利將管線拖帶至目標(biāo)位置。

2）在將拼接好的管線拖帶至目標(biāo)位置的過(guò)程中，可能會(huì)有海水在波浪作用下從雄頭口進(jìn)入管線內(nèi)部造成沉江管在拖帶過(guò)程中下沉，使管線不能到達(dá)目標(biāo)位置。針對(duì)這一問(wèn)題，在雄頭管口處包裹了防水布（圖2），包裹防水布需要用鐵絲扎緊，并需多綁扎幾道，防止在拖帶過(guò)程中斷裂進(jìn)水，同時(shí)也要考慮方便管線拖帶到指定位置后的拆除。

圖2 雄頭包裹防水布

3）單次拖帶較長(zhǎng)段的水上管線定位，在風(fēng)和水流的作用下易造成水上管線彎曲較大，影響水上管線的有效長(zhǎng)度，造成雄頭不能到達(dá)目標(biāo)區(qū)域；另外海床坡度也易造成水上管線有效長(zhǎng)度損失，在海床坡度較大的施工區(qū)域也應(yīng)按照實(shí)際坡長(zhǎng)長(zhǎng)度結(jié)合經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算管線組裝長(zhǎng)度，不過(guò)本工程所處海域經(jīng)過(guò)水深測(cè)量分析，坡度較緩，暫不用考慮海床坡度對(duì)有效長(zhǎng)度的影響（已包含在經(jīng)驗(yàn)系數(shù)）。針對(duì)這一問(wèn)題，采取利用挖機(jī)控制管線下水的節(jié)奏，使已經(jīng)下水的管線保證一定張力的措施；另外，在進(jìn)行管線拼接時(shí)適當(dāng)增加沉江管的長(zhǎng)度，考慮一定的冗余長(zhǎng)度。實(shí)際長(zhǎng)度和有效長(zhǎng)度對(duì)比如圖3 所示。

圖3 管線實(shí)際和有效長(zhǎng)度對(duì)比

4）采用優(yōu)化的管線施工方案需要解決浮管錨的拋設(shè)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)調(diào)查，當(dāng)?shù)赜心軌蜻M(jìn)行起錨拋錨的小型輔助船舶。經(jīng)過(guò)比選，選擇了當(dāng)?shù)匾凰揖邆淦鸬鹾蛼佸^功能的多功能船（圖4）。相對(duì)而言，具備拋錨能力的輔助船舶較易尋得。

圖4 BOSKALIS 的多功能船

5）管線被拖輪拖帶至水中時(shí)受拉過(guò)大易造成法蘭連接處撕裂。針對(duì)這一問(wèn)題，主要采取以下解決措施：①在進(jìn)行沉江管和浮管組裝時(shí)，挑選較新的管線，并認(rèn)真檢查管線法蘭處有無(wú)變形和損傷，必要時(shí)進(jìn)行管線厚度測(cè)量；②必須采用符合要求的和法蘭螺孔直徑相對(duì)應(yīng)的螺絲進(jìn)行法蘭對(duì)接組裝；③在管線下水時(shí)選擇功率為1 000 kW左右的小型拖輪進(jìn)行拖帶，嚴(yán)禁采用大型拖輪拖曳水上管線，在拖帶時(shí)岸上指揮人員通過(guò)高頻時(shí)刻與拖輪保持溝通，控制好拖輪航行速度。

6）耙吸挖泥船對(duì)已經(jīng)拖帶至目標(biāo)位置的水上管線注水下沉?xí)r在管內(nèi)氣流的作用下容易造成管線漂移。針對(duì)這一問(wèn)題，主要采用在端點(diǎn)站附近的浮管上加裝排氣閥和控制耙吸挖泥船注水速度（或注水流量）的措施，本工程采用“低低吹”的模式對(duì)沉江管進(jìn)行注水。

7）在完成相關(guān)的艏吹施工任務(wù)后，能進(jìn)行水上管線位置調(diào)整及回收才能是一個(gè)切實(shí)可行的施工工藝。要解決這一問(wèn)題，可以先用輔助船舶吊起雄頭端使其離開(kāi)水面，然后利用空壓機(jī)從岸管端向管線內(nèi)灌注空氣使整個(gè)水上管線完全起浮。管線起浮后在岸管端加裝封門(mén)板，然后利用小型拖輪和挖機(jī)協(xié)作完成管線的移位和回收作業(yè)。

4 新工藝實(shí)施情況

4.1 管線組裝

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次勘察，選擇了距離人工沙灘潛堤通道西側(cè)200 m 的位置為沉江管與岸管的過(guò)渡點(diǎn)，水上管線組裝從過(guò)渡點(diǎn)開(kāi)始向西依次拼接沉江管、浮管和雄頭，并把雄頭管口用防水布包裹牢固。管線敷設(shè)目標(biāo)位置和拼接位置示意圖如圖5所示，管線拼接圖如圖6 所示。

圖5 管線敷設(shè)目標(biāo)位置和拼接位置

圖6 管線拼接航拍照片

4.2 下水定位

為減小風(fēng)和水流對(duì)管線水上敷設(shè)的影響，選擇浪小于1.5m、風(fēng)力相對(duì)較小的時(shí)段進(jìn)行艏吹管線水上敷設(shè)施工，實(shí)施過(guò)程如下：

1）采用一艘吃水較小的船盡可能駛到距離岸邊較近的位置，岸上人員將綁扎牽引鋼絲的細(xì)尼龍繩投遞給小船。小船上工作人員接到尼龍繩后開(kāi)始牽引尼龍繩打撈牽引鋼絲，打撈上牽引鋼絲后將其送至吃水較深功率較大的多功能船。

2）多功能船接過(guò)牽引鋼絲后將其固定好，同時(shí)挖掘機(jī)開(kāi)始將管線從岸邊推入水中使管線起浮。多功能船在挖掘機(jī)推管線的同時(shí)，控制航行速度及方向向安放地點(diǎn)慢慢航行（圖7）。距離雄頭端200 m 左右的牽引點(diǎn)到達(dá)滿(mǎn)足小型拖輪吃水要求的水域后，小型拖輪打撈起牽引鋼絲并系至纜樁上，開(kāi)始與多功能船共同拖帶管線向目標(biāo)位置靠近，直至到達(dá)目標(biāo)位置（圖8）。

圖7 多功能船進(jìn)行管線拖帶

圖8 兩條輔助船舶同時(shí)拖帶管線

3）到達(dá)目標(biāo)位置后，多功能船開(kāi)始拋設(shè)浮管錨使水上管線固定至目標(biāo)位置防止水上管線隨風(fēng)流移動(dòng)。完成管線固定后，耙吸挖泥船連接雄頭至船艏管系，然后耙吸挖泥船啟動(dòng)泥泵向管線內(nèi)注入清水，使沉管下沉固定于海床上。至此，整個(gè)艏吹管線敷設(shè)施工圓滿(mǎn)完成，保證了艏吹施工按期進(jìn)行。

圖9 耙吸挖泥船注水沉放管線

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在尼日利亞萊基港疏浚吹填工程中的創(chuàng)新實(shí)踐，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）在無(wú)專(zhuān)用錨艇的情況下，采用沉江管、浮管和雄頭在陸上一次性全部組裝，然后在挖掘機(jī)的配合下由小型拖輪將其拖帶至指定位置，最后由耙吸挖泥船灌注清水完成敷設(shè)的創(chuàng)新水上管線敷設(shè)工藝，能夠完成耙吸挖泥船艏吹水上管線敷設(shè)施工。

2）無(wú)專(zhuān)用錨艇敷設(shè)水上管線新工藝無(wú)需使用錨艇，減少了國(guó)外耙吸挖泥船艏吹水上管線施工成本中的設(shè)備調(diào)遣及返遣等費(fèi)用，達(dá)到了節(jié)省管線施工成本的效果。按照尼日利亞當(dāng)?shù)睾＿\(yùn)費(fèi)市場(chǎng)價(jià)格和船舶清關(guān)費(fèi)價(jià)格計(jì)算，本工程節(jié)省管線施工成本509 萬(wàn)元，提高項(xiàng)目整體毛利0.9 %。

3）無(wú)專(zhuān)用錨艇敷設(shè)水上管線新工藝可以節(jié)約專(zhuān)用錨艇長(zhǎng)距離調(diào)遣所需的時(shí)間，有利于施工進(jìn)度管理，特別適用于工期緊急的小型艏吹項(xiàng)目。