浮游法铺管在Maheskhali零点气管传输项目的应用

浮游法铺管在Maheskhali零点气管传输项目的应用

于雷、高志钊、孙景军

环球海洋工程（天津）有限公司，天津 300452

摘要：孟加拉Maheskhali零点气管传输项目，需要铺设7千米输气管道，连接海边的新建钢制平台到内陆处理厂，整个管线路由与河道相邻，大部分在潮间带的沼泽地上，如果按常规的陆地管线铺设方法，施工过程中需要硬化沿着管线路由一定宽度的地面，使地面承载力和宽度能够满足卡车运输钢管、吊车吊卸钢管等机械运转的压力和空间要求，因此地面硬化的工作量巨大，特别是在雨季，当地降水量很大，河水上涨流入沼泽地或是地下水上涌，都会对硬化地面的维护保养造成很大困难。鉴于此，施工单位采用了沼泽地预挖沟、沟内充水，浮游法铺管，对比常规陆地管线铺设方法，大大节省工程费用和施工时间。本文介绍浮游法铺管在Maheskhali岛零点气管传输项目应用的工程实践，为类似项目提供借鉴。

关键词：浮游法铺管；潮间带；沼泽地预挖沟；浮筒；沉管

Pipe Lay by Surface Tow Method Application in Maheshkhali Zero Point Gas Transmission Pipeline Project

YU Lei、 GAO Zhizhao

（Global Offshore Engineering(Tianjin) Co.,Ltd．, Tianjin 300452, China）

Abstract：Maheshkhali Zero Point (Kaladiar Char) – CTMS (Dhalghat Para) CTMS Gas Transmission pipeline project，connecting a new build steel platform at shore to a interior process terminal with 7km long pipeline. The whole route lay on the marshy land of the intertidal zone and adjacent to the river. If according to the conventional land pipeline laying method, it is necessary to harden the ground along the pipeline line by a certain width during the construction, so that the ground bearing capacity and width need to meet the pressure and space requirements of mechanical operation such as truck transportation steel pipes, crane lifting and unloading steel pipes, etc., so the workload of ground hardening is huge, especially during the rainy season, heavy precipitation caused rising river water flowing into swamps or groundwater upwelling up can make it difficult to maintain hardened ground. In view of this, the construction contractor adopts the pre-excavated trench in the swamp, fills the ditch with water, and pipe lay by surface tow method, which greatly saves the project cost and construction time compared with the conventional land pipeline laying method. This paper introduces the engineering practice of floating pipe laying method in the zero-point transmission project on Maheskhali Bangladesh, and hopes to provide reference for similar projects.

Key words：pipe lay by surface tow method; intertidal zone; pre-excavated trench in the swamp; buoy; pipeline lay down

0 引言

孟加拉Maheskhali岛零点气管传输项目，业主是孟加拉国石油天然气矿产公司Petrobangla下属的天然气传输公司GTCL，中国海洋石油能源发展公司管道分公司作为总包单位负责整体项目实施，我作为管道铺设专业分包单位人员，参与了项目管道铺设的详细设计、方案编制和现场施工，管道详细设计和方案编制从2018年10月开始到2019年3月结束，管道现场施工2019年4月开始，2020底机械完工，2021年3月试运行完成，业主GTCL于2022年将该条管道投入使用。

管道全长7千米，用于输送天然气，从海边的钢制平台连接到内陆处理厂。海边的平台，有其它海底管道接入，接收船舶在单点卸载的天然气；内陆处理厂通过这7千米管道接收钢制平台的天然气，经过处理再转发到相关使用方。

42寸管道规格1067mm×19.1mm。管道防腐采用3LPE，厚度3.5mm，混凝土配重层厚110mm，设计压力7.83MPa，材质API5L X70。

1 设计和方案的选择

2018年3月，项目投标前，业主GTCL组织各投标单位到现场进行了调研，考察了项目管道铺设的路由和周边的情况。根据地形、地貌、地质、气候等自然环境和其它已经铺设完成的管道情况，决定采用浮游法铺管并据此开展详细设计和施工方案编制，施工工序为：水路两用发掘机管沟开挖、河道引水对管沟充水、预制场地接管、焊接检验、浮筒绑扎、滩涂车牵引拖拽管线水中前移、管线拖拽到位、管线整体完全入水漂浮、依次解脱浮筒、同时管线依次按S型沉入沟底、清管试压、管沟排水、水路两用发掘机回填管沟。

现场地形、地貌由盐池、红树林、沼泽泥滩组成，如图1所示。

图1 现场地形地貌

Fig.1 Site landform

在42寸管道起始处，即设定的海边零点位置，已经有其它建好的钢制平台，并铺设完成了一根36寸的输气管道到内陆处理厂，36寸的管道路由和42寸管道路由平行，平行线间距300米，因为某些原因，沿着路由，这条36寸管道的部分已经裸漏在地表，没有达到设计要求的埋深在地下2米以下，已经对管道的正常运行造成了安全隐患，这也是业主要新铺设一根42寸管道的一个原因。

这条36寸管道铺设当时采用的是常规陆地铺设方法，即依次完成管沟开挖、分段吊钢管、相邻钢管两两对口焊接进行接管、焊接检验、清管试压、管沟回填各步骤，这种施工方法在当地的地形、地貌、地质和气候条件下，面对3个困难。

1.1地面硬化

施工过程中硬化沿着管线路由一定宽度的地面，使地面承载力和宽度能够满足卡车运输钢管、吊车吊卸钢管等机械运转的压力和空间要求，因此地面硬化的工作量巨大，并且在管沟回填前的施工的整个周期都要一直保证地面硬化。

零点至AP-01整个路由处于潮间带的沼泽地上，每天高潮时被潮水淹没，而且施工周期跨越雨季，当地雨季降水量最大可达600mm，雨季与潮水的叠加，使得沿路由硬化地面存在巨大难度，且施工成本高昂。

若在潮间带区域使用此种施工方法，仅地面硬化还不够，必定要沿着路由筑堤，防止潮水冲刷及淹没。而零点西侧为开阔水域，大潮时期潮差可达4m，围堰筑坝难度巨大。而且潮水每日对堤坝冲刷，则需要一直投入人机料对堤坝进行维护。此方法工程量巨大，造价成本难以承受，不具备经济性。

1.2钢管组对焊接

管沟开挖后，沟底土壤松软，承载力不足，如果钢管直接吊放到沟底后会下陷，必须在沟底预先进行碎石、沙土的陈放来提高沟底的承载力，满足钢管不下陷，两段之间对口准确，沙石填充量本身巨大，而且需要额外动员沙石运输和投放的车辆，大大增加的施工成本的周期

1.3挖沟和沟内作业

本项目管线为42寸，考虑凝土配重层和防腐层厚度后，直径达到1.294m，设计埋深为2m，故为保证埋深要求，沟深必须在3.3m以上。

作业区域紧邻大海，且当地降水充沛，地下水位很高，根据地质勘探，零点至AP-01段地下水位在-2.5m左右，潮位上涨时，地下水位也随之上涨。所以后挖沟沉管作业时，受地下水影响，管沟内的砂土会变淤泥状。地下水还会造成管沟的坍塌，管道吊装下放的沟底后，周围的淤泥难以清理，从而导致管道被淤泥挤压上升的现象。因此挖沟对小分段沉管作业存在着极大的施工困难。

管沟开挖后，沟底常常渗水，雨季时更为明显，为保证工人焊接作业在干燥环境，保证焊接质量，必须进行排水作业，这也明显增加的施工成本的周期。

图2 42寸管道路由图

Fig.2 Route of 42 inch pipeline

2 管道铺设具体实施

管道材料国内完成成品制造后，运输到孟加拉吉大港清关后，由驳船倒运至零点平台码头临时堆管场和AP-01码头预制场地堆管点，先开始零点平台至AP-01段管线预制安装工作，然后完成AP-01至AP-02段管线预制安装工作，再进行2段管线的连头及平台工艺管线及阀门安装等附属工作施工。最后对整体进行清管、试压、干燥、注氮试运等工作。以最先开始的零点平台至AP-01段管线预制安装工作为例，具体浮游法铺管施工程序如下。

2.1预制场搭建

管道铺设采用浮游法铺设，预制场地设置在零点。为了应对现场每天的潮汐变化，在零点吹沙围堰，然后在其上设置预制场地。预制场地包括6个工作站，其中4个焊接作业站，1个NDT检测站，1个防腐站/返修作业站[1]。

图3 预制场地布置图

Fig.3 Layout of prefabrication yard

2.2管沟预挖和后挖

在管道铺设之前，要沿着管线路由进行预挖沟。由于零点至AP-01处于潮间带，因此采用了水陆两栖挖掘机进行管道预挖沟。本项目管道设计沟深3.3m，考虑管沟回淤，开挖时必须超挖至4m沟深，以保证浮筒可以足够浸没在水中而提供管道所需的浮力，否则管道可能会因为浮力不够而拖底。当管沟因河水上涨流入沼泽地或是地下水上涌发生局部坍塌时，备有水路两栖发掘机进行后挖沟施工，维护在沉管作业前的沟型[2]。

图4 管沟预挖

Fig.4 Pre-trench

2.3管道开始铺设

本工程管道预制安装采用将管道布置在滚轮架上进行组对安装方式，采用固定焊接工位在滚轮平台流水线焊接施工。每完成一处焊接工位焊接管线向前拖动至下一个焊接工位进行焊接，直至完成所有组对焊接工作。焊接完成后随即进行检测、防腐工作。最后绑扎浮筒然后管道下水浮游[3]。

图5 管道拖拉入水

Fig.5 Pipeline towing into water

图6 管道浮游

Fig.6 Pipeline surface towing

2.4牵引到位、沉管

零点至AP-01段铺设完成后，解除浮筒，管道在重力作用下以S形逐步沉入水底，此段管道铺设完成。

图7 沉管

Fig.7 Pipeline lay down

2.5清管试压

整体管道铺设完毕后，进行清管试压工作，清管试压是检验海管施工成果的关键一环。

2.6管沟回填

本项目管沟回填为原土回填，施工机械选用水陆两栖挖掘机和陆地挖掘机同步进行。水陆两栖挖掘机回填潮差带部分，陆地挖掘机回填陆地部分。

3 关键点的计算校核

管道浮力计算关系到绑扎浮筒的选择，管道在水中浮游状态下拖曳力计算关系到拖拉机械设备的选择，S形沉管计算来校核管道的变形和应力。

3.1浮游法浮力计算

计算管线在管沟内的漂浮状态时，管沟内水深4m。计算相关参数如下表：

表1 管道水中漂浮参数表

Table 1 Pipeline Buoyancy Configration

注1：考虑管道混凝土涂层1.5%的壁厚偏差与5%的吸水。

3.2拖曳力

拖曳力的计算参照规范DNV RP C205,拖曳力可分为管道切向拖曳力和浮筒切向拖曳力[4]:

fPIPE:=        （1）

式中：ρ为海水密度；CDt为管道的切向阻力系数；D为管道直径；V为拖曳速度，假设为0.5m/s；

fBuoy:=        （2）

式中：CD1为浮筒的切向阻力系数；A是浮筒的截面积，L是浮筒间距。其中：海水密度ρ=1025kg/m³；管道直径D=1.067+0.0035×2+0.11×2=1.294m；表面粗糙度k=3mm；运动粘度υ=0.94×10−6 m2。计算得到需要的拖曳力为340KN，选用2台270马力的滩涂车进行牵引可满足要求

3.3管线S型沉管

管线S型沉管计算参照规范为ASME B31.8。在计算时，认为管沟深度为4m，管道漂浮在水中时，每根管上绑扎两个浮筒，此时管道中心为标高为-1.5米。解除浮筒管线沉管后，管道中心标高为-3.5米。

使用计算软件AutoPipe模拟S型沉管状态，管道S型沉管状态的模拟结果如图7所示[5]。

图8 S型沉管时管道形态

Fig.8 Pipeline status during S-Lay

4 结语

孟加拉7KM天然气管线项目隶属孟加拉国石油天然气矿产公司，是我国海工市场迈向世界的重要一步。本项目作业现场环境恶略，常规陆地管道铺设方法并不适用，与本项目42”管线并行的30”管线很好的说明了这一点。铺管作业跨越台风季、雨季，加上天文潮对施工现场的破坏，导致本项目具有极大的挑战性。为了保质保量的完成施工任务，缩短工期，节约施工成本，项目组开创性的提出了陆地浮游法铺管，这样诸多的准备工作可以提前进行，可以最大限度的缩短施工周期。浮游法铺管也避免了陆管铺设需要的围堰筑坝，大大节约了施工周期，降低了施工难度。本项目完工后，清管试压一次性通过，加之相对于30”管线的铺设，本项目为业主节约了大量施工成本，赢得了孟加拉业主的一片赞誉。

参考文献：

[1]衣国辉，王海.轨道法与浮游法管道施工技术在滩涂及沼泽地段的应用[J].城市建筑，2014，11（2）：69-69.

[2]朱全.大口径长输管道沼泽地段施工技术研究与应用[J].化工管理，2016，23（3）：118-118.

[3]贺亚霖.大口径长输管道在沼泽地的漂管施工技术[J].中国石油和化工标准与质量，2012，32（13）:42-43.

[4]Det Norske Veritas.DNV RP C205. Environmental Conditions and Environmental Loads[S]. 2010. 

[5]American Society of Mechanical Engineers. ASME B31.8. Gas Transmission and Distribution Piping Systems[S]. 2016.

作者简介：于雷（1977-），男，硕士，工程师，主要从事海洋工程结构专业。