CN104631602B - 污水深海排放工程海域管道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水深海排放工程海域管道施工方法，采用管道分段下水法兰连接安装工艺，包括下列步骤，岸上钢管加工处理，钢管运输到作业场地，管段水上定位吊装，水下法兰连接，水陆连接完成。采用上述工艺安装管段效率大幅提高，由原来的每天安装一节管段，提高至每天可以安装三节管段，同时管段安装质量有了可靠的保证。

Description

污水深海排放工程海域管道施工方法

技术领域

本发明涉及一种污水深海排放工程海域管道施工方法。

背景技术

污水排海管道是城市污水处理工程的重要组成部分，为提高沿海城市污水的处置能力，保护海洋资源和环境，促进海洋经济的可持续发展，减轻污水对海洋环境的污染，污水排海管道由浅海逐步向深海发展。

深海排污管道铺装一般里程长，铺装工艺难度大。铺装工艺的选择决定了工程施工的成败。管道铺装分段长度典型的一般在480m左右，采用分段浮运、水上法兰连接、整体沉放工艺，该工艺的优点是管道法兰水面连接质量、进度可控，缺点是陆上拼装、水面法兰连接受天气影响大，浮拖后自由沉放水深过大易出现管道弯折变形现象。如采用常用铺管船方法可实现管道无法兰接口整体焊接成型，水密性能良好，缺点是在沉放过程中虽有托架支撑，深水区铺装时仍可能出现管道变形弯折现象，同时拐点处及扩散管段铺装对铺管船不适用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种污水深海排放工程海域管道施工方法，使安装管段效率大幅提高，同时管段安装质量有可靠的保证。

为解决上述技术问题，本发明的污水深海排放工程海域管道施工方法，采用管道分段下水法兰连接安装工艺，包括下列步骤，岸上钢管加工处理，钢管运输到作业场地，管段水上定位吊装，水下法兰连接，水陆连接完成。

所述管段水上定位吊装过程，通过水上设置定位桩进行轴线控制，定位桩设在船舶舷边，采用2根圆管制成，使用吊车控制定位桩的升降。

所述管段水上定位吊装过程，通过粗砂垫层基床抛填精度控制坡度偏差，近岸段砂垫层由长臂挖掘机进行平整，深水区在垫层抛填完成后由定位船吊重刮刀，潜水员水下粗平方式进行找平处理，保证管道坡度基本满足设计要求。

所述水上管道吊装、法兰水下连接阶段包括下列步骤，

（1）过驳：管段运输到场后，运输船在距管段安装地点150m处抛锚驻位，定位船定位后绞缆靠向运输船，将运输驳上部分管段倒到定位驳上存放；

（2）定位：定位驳采用船载GPS定位，使设定船位框与实际安装点位重合，找出已安管段端头浮标位置，调整缆绳拉起浮标，通过GPS控制使船舷侧定位桩外缘与安装控制线重合，然后吊机吊定位桩下放，完成对管段路由轴线与里程控制，将船槽提前安设；

（3）安放附件及限位装置：管段水下法兰连接采取限位方式加快对接效率，限位采用上部限位。在每节管段吊放前将上部限位装置提前安设在管段未端位置；

（4）管段吊放：定位船GPS进行定位校核，管段由吊机慢慢起吊离开甲板沿舷侧定位桩沉放，吊放前将晃绳连接到前后导向耳板上过船底临时固定于系缆桩上，另外两根分别固定于船艏艉系缆桩上，起重指挥吊机慢慢沉放管段；

（5）管段水下对接：管段沉放到底后，潜水员沿已安装好的管段浮标绳子入水，查看待安管段着床情况后叫勾，使待安装管段法兰限位轴搭到已安法兰定位羊角内，然后用C形夹具夹住两头法兰，加压使法兰慢慢自行靠紧，在法兰靠近前潜水员穿插定位锥进行螺栓孔校正，然后再启动夹具收紧法兰，C形夹具连接水面液压泵站，通过千斤顶作用，使待安管段慢慢靠近已安装管段，在靠紧前潜水员调整定位锥使螺栓孔基本对应，使定位锥全部插入螺栓孔内，潜水员检查橡胶垫圈的完好性，重启夹具使法兰全部靠紧；

（6）螺栓连接紧固：两个潜水员分两边先对四分之一圆位置螺栓全部对称紧固，完成后再对角反向同时穿插紧固螺栓；

（7）附件拆除：法兰对接完成后，螺栓紧固大部分完成后，将顶部限位装置拆除，将顶面剩余四颗螺栓全部穿入紧固，解除吊索后，吊机将定位桩提升进行下一段的安装定位。

采用上述工艺安装管段效率大幅提高，由原来的每天安装一节管段，提高至每天可以安装三节管段，同时管段安装质量有了可靠的保证。

具体实施方式

本发明的实施例讨论DN1400排海管道分段水下法兰连接工艺的筹划及安装过程技术控制措施。总体施工安排如下：钢管按确定的分段长度在生产厂家按成品加工完成，含法兰的加工、焊接，牺牲阳极块的加工、焊接，吊耳板的加工、焊接，扩散管支架及其附件的加工、焊接及全部铁件的防腐处理，使管段一次性具备安装条件后水运到施工现场进行吊装。吊装采用定位驳上封220吨履带吊水上存放吊装模式。法兰水下连接由潜水员配限位装置定位、液压扳手紧固的方式进行。

管段加工完成后，分三船水运到现场，每船运输约26根管段。考虑现场工况及作业效率，定位船有效甲板长度86m，宽26m，型深5.0m，吃水深度2.2m,甲扳可存放管段数量15根。

船体上现在有4口霍尔锚,锚重5吨,锚机为60Kw卷扬机,锚缆长度500m。

主要分项施工方法：

1、管段厂家加工

管段加工采用螺旋自动埋弧焊生产线，流水作业方式施工，生产效率约1.2m/min，成型后的钢管经过超声进行100%焊缝检测。

成品管段进防腐车间，经过内壁喷砂，外壁抛丸除锈工艺清除管段表面锈迹，污渍，具备防腐涂层涂刷条件，然后进行管段附件的焊接施工。

法兰焊接应加工焊接套箍，保证法兰与管道轴线的垂直度，每对法兰均应保证刻画十字同轴；吊耳板中心位置必须与法兰顶部十字标识成一直线，保证任一根管道吊装时，法兰螺栓孔均处于对等状态，不发生较大偏位，以便吊装对接时能够顺利完成螺栓穿插施工。

防腐处理后用DJ-3直流电火花检漏仪进行涂层连续性检测，用测厚仪进行厚度检测，保证防腐达到设计要求。管段全部检测合格后准备装船运输。

2、管段运输

管段运输结合现场实际安装进度分批进场。船舶装船时应按管段编号进行吊装，先安装的后装船，后安装的先装船的原则进行。另外管段上附件较多，如耳板、牺牲阳极块、法兰等，在吊装过程中应做好防护措施，每层钢管间设置相应的防护措施，确保管段防腐层及配件的完好。

3、管段水下吊装对接

本环节是分项施工的关键环节，管段能否顺利吊装到水下，及水下潜水员法兰连接质量可靠与否直接决定了工程施工质量与进度的成败，为保证密封效果须根据橡胶垫片参数进行计算。

管段安装精度主要控制三要素：轴线、坡度、里程。

轴线控制按会议要求水上设置定位桩（近岸侧设块体），定位桩设在船舶舷边，结合管道路由调查报告提供流速表计算，计划采用2根直径460mm壁厚20mm的圆管制成。考虑管道沉放过程中受水流力作用较大，在锚拉力稳定的情况下，基本不受其它外力的作用，故需要计算管段在水中受水流作用力。

根据受力分析，当钢管处于底端未入泥时钢管受水流力作用对定位桩影响最大，故当DN1400管道处于底层时，定位桩受底层流及管道挤压力最大。

在实际施工时，考虑现场流速较理论流速值小，管道在沉放过程中平稳，安放后利用GPS手薄测量钢丝绳索进行校正，偏差满足施工需要，未进行定位桩的安设。

坡度偏差主要通过粗砂垫层基床抛填精度控制，近岸段砂垫层由长臂挖掘机进行平整，测量用塔尺验收，保证坡度比满足设计要求。深水区在垫层抛填完成后由定位船吊重刮刀，潜水员水下粗平方式进行找平处理，保证管道坡度基本满足设计要求，粗平偏差控制在0～-20cm，粗平完成后由测量配塔尺进行基床验收，按前面表内计算数据，管道中间悬空离地长度约21m，管道挠度不足4mm，可以忽略不计，如中间高出20cm时，端头悬臂33m管道自身挠度可达到20cm，抵消高差变化。管道安装完成后，由测量采用GPS控制,分断面采用水下定点方式由潜水员配合进行校正，近岸段由交通船配合测量工用塔尺测量，离岸段用定位船配测深水砣进行，保证坡度满足设计要求。

里程控制主要在第一节管段端头里程，考虑橡胶垫片的厚度及管段安装坡度1/100影响，近岸至拐点处共有管段接头47个，按橡胶垫片压缩后厚度6mm计算，垫片总长度28cm，坡度值影响-15cm，近岸端头控制里程较设计里程可向岸侧移动13cm，以控制拐点位置的相对精确。里程控制以封头上试压的立杆为准，通过折算确定。第一段管段里程确定后即可以依次完成后序管段的安装。最后一节管段如遇较恶劣天气，长时间不对接则应用6mm盲板进行封堵，以防泥砂进入管段内部。

管段法兰连接主要流程：

第一步：过驳。管段运输到场后，运输船在距管段安装地点150m处抛锚驻位，定位船定位后绞缆靠向运输船，将运输驳上部分管段倒到定位驳上存放。

第二步：定位。定位驳采用船载GPS定位，使设定船位框与实际安装点位重合，找出已安管段端头浮标位置，调整缆绳拉起浮标，通过GPS控制使船舷侧定位桩外缘与安装控制线重合，然后吊机吊定位桩下放，完成对管段路由轴线与里程控制，将船槽提前安设。

第三步：安放附件及限位装置。管段水下法兰连接采取限位方式加快对接效率，限位采用上部限位。在每节管段吊放前将上部限位羊角提前安设在管段未端位置。

水下法兰连接时，吊机吊扶待安管段慢慢靠向已安管段，使定位销轴与羊角丫口搭接后，慢慢甸勾使法兰自动找正。待安管段对接法兰处安设限位销轴，通过吊机吊装使限位销轴沉入限位羊角内，保证法兰对接水平，螺栓孔轴心对应，加快螺栓穿插紧固效率。

限位装置主要作用是调整对接法兰的水平度与左右偏差，为水下法兰螺栓连接提供硬性平台，提高螺栓对穿效率。

第四步：管段吊放。定位船GPS进行定位校核，管段由吊机慢慢起吊离开甲板沿舷侧定位桩沉放，吊放前将晃绳连接到前后导向耳板上过船底临时固定于系缆桩上，另外两根分别固定于船艏艉系缆桩上。起重指挥吊机慢慢沉放管段，沉放过程中由专人负责松放晃绳，保证管段稳步下沉至基床。

第五步：管段水下对接

管段沉放到底后，潜水员沿已安装好的管段浮标绳子入水，查看待安管段着床情况后叫勾，使待安装管段法兰限位轴搭到已安法兰定位羊角内，然后用C形夹具夹住两头法兰，加压使法兰慢慢自行靠紧，C形夹最大压板间距400mm，单个顶力大于10t，可与液压板手的泵站共同使用。在法兰靠近前潜水员穿插定位锥进行螺栓孔校正，然后再启动夹具收紧法兰。

C形夹具连接水面液压泵站，通过千斤顶作用，使待安管段慢慢靠近已安装管段，在靠紧前潜水员调整定位锥使螺栓孔基本对应，如果差异较大，可利用吊机副勾连接导向耳板进行微调，以使定位锥全部插入螺栓孔内，潜水员检查橡胶垫圈的完好性，重启夹具使法兰全部靠紧。

第六步：螺栓连接紧固。两个潜水员分两边（从橡胶垫片四个耳板位置开始，防止遗漏）先对四分之一圆位置螺栓全部对称紧固，完成后再对角反向同时穿插紧固螺栓。

考虑液压板手的特性，螺栓紧固拟分三步完成，人工以液压冲击板手配呆板手初紧螺栓，再用液压板手以一定的预紧力（80%的工作压力）进行全部紧固，然后用设定工作压力全部紧固，以保证螺栓紧固的均匀性。螺栓穿插方向应一致，最后二对螺栓紧固前应按设计要求加设导线跨接线，然后再按要求紧固。螺栓紧固以水面扭矩显示值进行主控，潜水员水下检查法兰对接情况为辅，保证最大间隙量不小于法兰垫片压缩0.5mm值（管道下水前安排专人对垫片初始厚度进行测量记录，潜水员水下用塞尺检测，两值比较），且基本均匀为止。

第七步：附件拆除。法兰对接完成后，螺栓紧固大部分完成后，将顶部限位装置拆除，将顶面剩余四颗螺栓全部穿入紧固，解除吊索后，吊机将定位桩提升进行下一段的安装定位。

正常施工至拐角段安装前进行试压，以确保管道接缝正常，剩余部分做第二次试压，全部完成后再进行一次试压。尾部扩散段97m分两段进行，在水面上将支撑架焊接、DN200管段连接完成、防腐处理完成后再进行连接安装。

检查与验收：

螺栓用液压扭矩板手统一紧固完成后，潜水员对橡胶垫片四个耳扳进行查验，要求耳扳必须达到固定状态（耳扳厚度较垫片厚度小1mm）并高于法兰外缘，耳扳处于固定状态时，证明法兰对橡胶垫片的挤压达到密封状态。如满足则用液压板手将螺栓逐个检察一遍，确认无误后进行下一对法兰的连接施工。

法兰连接完成后，潜水员配合测量对管段轴线、安装坡度进行校核，通过吊机进行微调，直到达到规范允许偏差范围。

Claims (1)

1.一种污水深海排放工程海域管道施工方法，其特征在于：采用管道分段下水法兰连接安装工艺，包括下列步骤，岸上钢管加工处理，钢管运输到作业场地，管段水上定位吊装，水下法兰连接，水陆连接完成；

所述管段水上定位吊装过程，通过水上设置定位桩进行轴线控制，定位桩设在船舶舷边，采用2根圆管制成，使用吊车控制定位桩的升降；

所述管段水上定位吊装过程，通过粗砂垫层基床抛填精度控制坡度偏差，近岸段砂垫层由长臂挖掘机进行平整，深水区在垫层抛填完成后由定位船吊重刮刀，潜水员水下粗平方式进行找平处理，保证管道坡度基本满足设计要求；

所述水上管道吊装、法兰水下连接阶段包括下列步骤，

（1）过驳：管段运输到场后，运输船在距管段安装地点150m处抛锚驻位，定位船定位后绞缆靠向运输船，将运输驳上部分管段倒到定位驳上存放；

（2）定位：定位驳采用船载GPS定位，使设定船位框与实际安装点位重合，找出已安管段端头浮标位置，调整缆绳拉起浮标，通过GPS控制使船舷侧定位桩外缘与安装控制线重合，然后吊机吊定位桩下放，完成对管段路由轴线与里程控制，将船槽提前安设；

（3）安放附件及限位装置：管段水下法兰连接采取限位方式加快对接效率，限位采用上部限位，在每节管段吊放前将上部限位装置提前安设在管段未端位置；

（4）管段吊放：定位船GPS进行定位校核，管段由吊机慢慢起吊离开甲板沿舷侧定位桩沉放，吊放前将晃绳连接到前后导向耳板上过船底临时固定于系缆桩上，另外两根分别固定于船艏艉系缆桩上，起重指挥吊机慢慢沉放管段；

（5）管段水下对接：管段沉放到底后，潜水员沿已安装好的管段浮标绳子入水，查看待安管段着床情况后叫勾，使待安装管段法兰限位轴搭到已安法兰定位羊角内，然后用C形夹具夹住两头法兰，加压使法兰慢慢自行靠紧，在法兰靠近前潜水员穿插定位锥进行螺栓孔校正，然后再启动夹具收紧法兰，C形夹具连接水面液压泵站，通过千斤顶作用，使待安管段慢慢靠近已安装管段，在靠紧前潜水员调整定位锥使螺栓孔基本对应，使定位锥全部插入螺栓孔内，潜水员检查橡胶垫圈的完好性，重启夹具使法兰全部靠紧；

（6）螺栓连接紧固：两个潜水员分两边先对四分之一圆位置螺栓全部对称紧固，完成后再对角反向同时穿插紧固螺栓；

（7）附件拆除：法兰对接完成后，螺栓紧固大部分完成后，将顶部限位装置拆除，将顶面剩余四颗螺栓全部穿入紧固，解除吊索后，吊机将定位桩提升进行下一段的安装定位。