海底天然氣管線鄰近水域疏浚施工工藝

何波，陳松波

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510221）

1 工程概況

港珠澳大橋沉管隧道穿越廣州港出海航道與銅鼓航道重疊的伶仃航道段，為了解決在主航道范圍內(nèi)進行地質(zhì)鉆探期間和沉管施工期間進出港船舶的安全通航問題，確保島隧工程建設(shè)的順利推進，必須開辟沉管施工臨時航道。

根據(jù)沉管施工臨時航道設(shè)計方案，臨時航道跨越崖13-l天然氣管線上方。該管線為崖城13-1氣田井口平臺至香港接收站的海底管線，建于1995年，于1996年投入使用，每年輸氣約29億m3。受限于當(dāng)時的技術(shù)水平與施工設(shè)備控制精度，管線位置不可避免地存在一定的誤差，而且無法找到該管線埋設(shè)最終驗收資料。因此，該天然氣管線附近區(qū)域的臨時航道開挖施工存在著巨大施工風(fēng)險，確保崖13-1天然氣管線的安全至關(guān)重要。

為避免對崖13-1海底天然氣管線造成破壞，設(shè)計單位提出了專門的技術(shù)要求：海底管線附近區(qū)域的最大超深值應(yīng)不大于0.6 m[1]。此項技術(shù)要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了現(xiàn)行規(guī)范的要求，目前規(guī)范對各類挖泥船的最大超深控制值如表1所示[2]。

表1 疏浚施工超深控制值Table 1 Control value of ultradeep of dredging construction

2 現(xiàn)場調(diào)研

2.1 現(xiàn)場情況

因無法找到崖13-1天然氣管線埋設(shè)最終驗收資料，且設(shè)計單位未明確該臨時航道管線位置，要求施工單位自行勘察確認(rèn)。經(jīng)調(diào)研，崖13-l天然氣管線在穿越伶仃航道處下臥，上覆層分別為約1.5 m厚塊石與約0.5 m厚碎石，覆蓋層頂高為-18.0 m，下臥段長度為500 m。根據(jù)海底管線埋設(shè)情況可知，上覆蓋層寬度介于8～12 m之間，因此，選取該管線上下游兩側(cè)各20 m區(qū)域作為“臨時航道海底管線鄰近區(qū)域”[3]，詳見圖1。

圖1 臨時航道布置圖Fig.1 Layout of the temporary channel

根據(jù)傳統(tǒng)案例，海底管線鄰近區(qū)域開挖主要采用抓斗船實施。但由于崖13-1天然氣管線跨越廣州港出海航道與銅鼓航道重疊的伶仃航道段，應(yīng)海事部門、廣州港、深圳港西部港區(qū)等單位要求，該臨時航道開挖期間，需在保證管線安全的同時，還需保障廣州港出海航道與銅鼓航道的通航安全。因此，該管線鄰近區(qū)域僅能采用自航耙吸船開挖，不能采用礙航的抓斗船施工。

2.2 施工質(zhì)量控制情況

為了分析耙吸船在該管線鄰近海域施工條件下的質(zhì)量控制情況，在臨時航道上距離該管線南側(cè)500 m處選取一塊20m×50m區(qū)域，采用5 300 m3自航耙吸式挖泥船“廣州號”進行常規(guī)工藝試挖[4]，開挖后對施工區(qū)域進行檢測（見表2）和質(zhì)量分析，從檢測結(jié)果看出，常規(guī)工藝不能滿足質(zhì)量控制要求。

3 疏浚施工

3.1 控制措施

根據(jù)試挖情況，為了實現(xiàn)耙吸式挖泥船在管線鄰近區(qū)域疏浚最大超深不大于0.6 m施工目標(biāo)，采取以下主要措施：

表2 試挖質(zhì)量檢測結(jié)果Table 2 Quality test results of trial excavation

1）加強工前調(diào)研，收集多方相關(guān)資料，比對分析找出差異之處。接到施工任務(wù)后立即展開工前調(diào)研工作，先后與設(shè)計、建設(shè)、施工等相關(guān)單位進行了多次溝通和聯(lián)合磋商，收集了大量與管線相關(guān)的資料，詳細(xì)調(diào)查、核實該區(qū)段的水深、管線位置、埋深和管線保護情況。

2）校準(zhǔn)和修正定位系統(tǒng)、耙頭監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)精確定位。開工前對“廣州號”的定位系統(tǒng)和耙頭監(jiān)測系統(tǒng)進行校準(zhǔn)和評定，并做好誤差改正。經(jīng)評定，施工和測量GPS接收機檢定平面定位精度小于1 m，施工定位系統(tǒng)運行穩(wěn)定、正常，改正后的耙頭挖深控制精度可達0.2 m。

3）研究制定最優(yōu)開挖施工工藝，通過試挖確定施工參數(shù)。根據(jù)收集的有關(guān)管線資料，結(jié)合施工環(huán)境條件及通航要求，采用5 300 m3自航耙吸式挖泥船“廣州號”開挖施工，確定-16 m以上泥層采用0.3~0.5 m分層開挖，-16 m以下泥層則采用水力式施工工藝：即將耙臂放入水下一定深度，使耙頭與泥面保持一定距離，避免耙頭直接接觸管線，定深對地開高壓沖水，利用水流沖刷淤泥層，再通過泥泵吸入泥水混合物，經(jīng)過排泥管將泥漿裝入泥艙中。

為確定相關(guān)施工參數(shù)，選擇天然氣管線南側(cè)約550 m附近20 m×50 m區(qū)域進行試挖，確定耙頭離地高度及高壓沖水壓力的大小。通過試挖，確定施工參數(shù)為耙頭離地高度0.3 m，高壓沖水壓力0.08 MPa。

按照試挖工藝數(shù)據(jù)，對管線鄰近區(qū)域進行開挖。開挖時根據(jù)水深檢測結(jié)果，按照距離檢測泥面0.3 m控制耙頭下放深度，施工中選用高壓沖水壓力0.08 MPa，沖水開挖一遍完成后，立即安排施工檢測，對施工底標(biāo)高進行動態(tài)更新。同時，泥泵功率采用額定功率的60%~70%，通過降低泥泵轉(zhuǎn)速減少吸力，防止對原泥面造成直接破壞。

為提高施工效率，前期順臨時航道分層開挖，按0.3~0.5 m厚分層浚深至-16.0 m，隨后采用分區(qū)施工，即對管線位置南北各20 m范圍以外按常規(guī)疏浚開挖，耙頭到達管線鄰近區(qū)域內(nèi)則提升耙頭至-16.0 m進行水力式施工，定深對地打開高壓沖水，通過水流沖刷及吸泥作業(yè)，避免耙頭及耙齒直接接觸管線和覆蓋層。按照0.2~0.3 m厚分層定深吸泥，逐層浚深至-17.0 m。

為提高管線鄰近區(qū)域的施工效率和降低與過往船舶避讓的風(fēng)險，利用低平潮時段或過往船舶很少時段橫跨伶仃航道開挖，即采用平行管線的定深水力式施工。

4）利用監(jiān)控系統(tǒng)輔助船舶施工。在施工過程中，利用“耙吸挖泥船計算機輔助疏浚決策系統(tǒng)”實時監(jiān)測水下地形，顯示耙頭三維空間，指導(dǎo)開挖施工。此外，船舶上裝有主動耙頭監(jiān)控系統(tǒng)，利用超深報警及時提醒操耙手提升耙頭至設(shè)定開挖面。

5）加強施工全過程監(jiān)控。施工期間安排專人觀察耙頭泥漿濃度儀表，掌握泥漿濃度變化，同時，安排專人觀察泥艙泥漿變化，監(jiān)聽喇叭口疏浚物響聲，一旦發(fā)現(xiàn)有碎石或其它異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即起耙停止開挖，開展測量，調(diào)查原因，采取相應(yīng)措施，確保開挖過程中管線和船舶的安全。

3.2 效果分析

耙吸船挖泥船“廣州號”經(jīng)過約72 h作業(yè)完成了臨時航道崖13-1天然氣海底管線鄰近區(qū)域的開挖施工，沒有對海底管線造成任何破壞。根據(jù)第三方驗收結(jié)果，臨時航道天然氣管線水域水深均達到設(shè)計水深要求（見圖2），采取措施后施工質(zhì)量有明顯提高。

圖2 竣工水深圖Fig.2 The sounding chart after thecompletion of the construction

4 結(jié)語

沉管施工臨時航道的成功開挖，使臨時航道與伶仃航道得以順利轉(zhuǎn)換，同時打通了廣州港出海航道的最大瓶頸。通過臨時航道崖13-1天然氣管線段疏浚開挖，建立了一套可行的海底管線鄰近區(qū)域疏浚質(zhì)量、安全控制施工工藝，對類似工程具有借鑒意義。

[1]港珠澳大橋島隧道工程沉管施工臨時航道工程施工圖設(shè)計[R].廣州：中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院，2011.Construction drawing design of the temporary channel project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tube project[R].Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2011.

[2]JTS257—2008，水運工程質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)[S].JTS 257—2008，Standard for quality inspection of port and waterway engineeringconstruction[S].

[3]崖13-1氣田海底管線調(diào)查項目海底管線檢測技術(shù)報告[R].天津：天津港灣水運工程有限公司，2012.Inspection report on submarine pipeline of the Ya13-1 gas line of submarine pipeline investigation project[R].Tianjin：Tianjin Harbour Marine Engineering Co.，Ltd.，2012.

[4] 王望金.耙吸式挖泥船施工工藝及管理[J].中國水運，2007（9）：46-47.WANG Wang-jin.Construction technology and management of dragsuction dredger[J].China Water Transport，2007（9）：46-47.