一、前言
20 世紀(jì) 50 年代起，大口徑 PE（聚乙烯）管道開(kāi)始進(jìn)入海底管道領(lǐng)域。由于 PE 管具有重量輕、運(yùn)輸方便、耐腐蝕、可熔接等優(yōu)點(diǎn)，因而在海底管道管材的選取上越來(lái)越受到工程設(shè)計(jì)人員的青睞。
經(jīng)過(guò) 50 年的發(fā)展，海底 PE 管道在世界各地已經(jīng)廣泛應(yīng)用性。國(guó)際上海底 PE 管道主要應(yīng)用于三大市場(chǎng)：污水排放管道和取水管道、跨海輸水管道、海上油氣開(kāi)采等有特殊要求的管道[1，3]。國(guó)內(nèi)目前在跨海輸水管道已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模的使用，在污水排放管道也有一定的應(yīng)用。
由于海洋環(huán)境復(fù)雜，水下施工困難，PE 管道海底敷設(shè)施工成本高，風(fēng)險(xiǎn)大，直接影響著海底管道工程的施工造價(jià)和工程質(zhì)量。因此，合理選擇管道敷設(shè)施工方法變得非常重要。本文根據(jù)相關(guān)資料和工程實(shí)踐，對(duì)目前國(guó)內(nèi)外常用的 PE 管道海底敷設(shè)施工方法做進(jìn)行介紹。
二、PE 管道特性及海底敷設(shè)施工方法
1．PE 管特性
PE 管密度比水小，下水前需要安裝足夠的配重塊，才能使管道下沉和維持穩(wěn)定[3]。與鋼管道相比，PE 管道管材強(qiáng)度和硬度較低，耐磨性能差；管道剛度較小，具有很大的柔性。目前海底 PE 管道主要材料為 PE100，允許抗拉強(qiáng)度僅為10MPa，因此很難采用帶張力的敷管法施工。PE 管在海水環(huán)境中的抗腐蝕性能優(yōu)于鋼管道，無(wú)需額外的防腐措施。管道接頭采用熱熔連接，整體性好。
2．海底敷設(shè)施工方法
目前常見(jiàn)的 PE 管的海底敷設(shè)施工方法有水下拖管法、漂浮——下沉法和敷埋法。
（1）水下拖管法
水下拖管法由鋼管道海底敷設(shè)方法發(fā)展而來(lái)，一般適用于近海淺水區(qū)的 PE 管道敷設(shè)。敷設(shè)時(shí)先把 PE 管在岸上對(duì)熔連接成連續(xù)長(zhǎng)管，加上足夠配重以保證管道始終沉在水底，然后用拖管船把管道拖下水，通過(guò)固定在管道前端的特殊拖拉頭——“滑橇”確保管道在海床面順暢滑動(dòng)。管道的焊接和安裝均在岸上進(jìn)行，可控性強(qiáng)，在拖航過(guò)程中出現(xiàn)惡劣天氣棄管較為容易。
該方法主要適用于近海淺水區(qū)無(wú)埋深要求的 PE 管道敷設(shè)。由于 PE 管較軟，耐磨性能差，管道很容易被海底尖銳物損傷。施工前應(yīng)該需要根據(jù)海底勘測(cè)資料確定最佳拖管航線(xiàn)，確認(rèn)拖航線(xiàn)上沒(méi)有大的障礙物，可能因?yàn)樘幚砗５装枷莺屯蛊鹫系K而增加施工費(fèi)用。
（2）漂浮—下沉法
漂浮—下沉法是最常見(jiàn)的一種海底 PE 管的敷設(shè)方法。它充分利用 PE 管密度小和可以熔焊的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)幾百米長(zhǎng)的 PE 管段一次性下沉至海底，大大減少了水下作業(yè)，施工速度快，效率高，因而被廣泛采用。
PE 管采用漂浮—下沉法敷設(shè)的主要步驟如下：
1）管道焊接、下水、拖運(yùn)
PE 管道在岸上擬定的組焊場(chǎng)地連接，將 PE 管熔焊成幾百米長(zhǎng)無(wú)接頭的長(zhǎng)管段，邊焊邊安裝配重塊，然后將長(zhǎng)管段兩端用閥門(mén)進(jìn)行封堵。組焊場(chǎng)地設(shè)置下水滑道，長(zhǎng)管段通過(guò)下水滑道逐步下水，漂浮在海面上。然后用駁船拖運(yùn)到指定位置。
2）長(zhǎng)管段定位沉放
管道浮運(yùn)至沉放地點(diǎn)后，用 GPS 定位，利用起吊船和工程駁輔助定位，將長(zhǎng)管段的一端封堵閥門(mén)打開(kāi)入水，使長(zhǎng)管道灌入海水，另一端吊離水面并打開(kāi)封堵閥門(mén)排氣。從一端開(kāi)始，隨著管道內(nèi)不斷進(jìn)水而緩緩下沉，直到全部沉放就位。
3）長(zhǎng)管段之間連接
一段管道沉放后需要與下一管段進(jìn)行連接，連接時(shí)可用吊船將前段管道連接段拉出水面，去掉封堵，同時(shí)將下一管段吊出水面，法蘭對(duì)齊后進(jìn)行螺栓連接。也可以在將兩管段在海上對(duì)接平臺(tái)進(jìn)行熔焊連接后再沉放至水底。
國(guó)外的海底 PE 管大多不要求開(kāi)溝埋深，通常采用漂浮下沉法敷設(shè)。下沉管道柔韌性好，可適應(yīng)海床地形的高低起伏變化。管道直接放置于海床上，依靠配重塊和壓塊來(lái)保持穩(wěn)定，只在近岸處將部分管道埋在海底的管道溝內(nèi)。直接鋪設(shè)在海床上的 PE 管容易被船只錨具、鋪魚(yú)裝置損壞，所以國(guó)內(nèi)的海底 PE 管大都要求開(kāi)溝埋深。對(duì)有埋深要求的 PE 管敷設(shè)，需要預(yù)挖溝槽，待驗(yàn)收后要立即進(jìn)行管道的沉放敷設(shè)，及時(shí)對(duì)溝槽進(jìn)行回填。各施工工序緊密聯(lián)系，相互銜接，需要在施工前統(tǒng)籌安排。
漂浮—下沉法管道敷設(shè)施工容易受到惡劣天氣的影響，造成工期的延誤，應(yīng)選擇在當(dāng)?shù)睾r條件良好的月份施工。同時(shí)施工時(shí)需要大型的工程船舶輔助施工，在一定程度上提高了施工成本。在回淤較為嚴(yán)重海域施工時(shí)，預(yù)挖溝槽可能在管道下沉之前就已經(jīng)嚴(yán)重回淤，管道埋深難以保證，應(yīng)當(dāng)審慎選擇。
（3）敷埋法
敷埋法是近年來(lái)涌現(xiàn)的一種新的海底 PE 管敷設(shè)方法，采用敷管船邊敷邊埋作業(yè)。敷管船集合了管道敷設(shè)系統(tǒng)和埋設(shè)系統(tǒng)，只需要一條作業(yè)船就可以實(shí)現(xiàn)管道的敷設(shè)和埋深工作，適用于淤泥土、黏性土、砂性土等軟土地基。對(duì)于沙礫土、巖石等堅(jiān)硬地基，需要借助挖泥船預(yù)先開(kāi)挖一定寬度的溝槽，隨后用敷管船鋪設(shè) PE 管到溝槽內(nèi)。該方法減少了施工船只，施工效率高，大大節(jié)約了施工成本。
該方法主要思路為：PE 管在敷管船上逐段焊接，安裝配重塊后通過(guò)托管架敷設(shè)到海底，同時(shí)托管架尾部直接連接了海底管道埋設(shè)機(jī)，埋設(shè)機(jī)用敷管船上的高壓水泵通過(guò)托管架上的管路供給給埋深臂上的噴嘴射水破土。管道下放道到水力刀切割成的溝槽底部，靠自然回淤將管道埋在海床下。該工藝具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1）確保了整個(gè)管道的連續(xù)焊接施工，避免了海中間管道的法蘭接頭。
2）避免了采用先開(kāi)挖后敷管所需的大量的人力、物力以及對(duì)環(huán)境造成的破壞，同時(shí)也解決了水下溝槽開(kāi)挖回淤較快的問(wèn)題。
3）將敷管船和埋管船合二為一，只要一條作業(yè)船就實(shí)現(xiàn)了管道的敷設(shè)和埋深，減少了施工船只，大大節(jié)約了施工成本。
4）管道一下到海底，直接被埋入溝槽中，避免了管道在海床表面停留的時(shí)間內(nèi)水流對(duì)管道的穩(wěn)定所帶來(lái)的影響，同時(shí)也避免了在未埋深期間受到錨害等外界因素影響的風(fēng)險(xiǎn)。
5）采用淺海無(wú)張力敷管法進(jìn)行管道的敷設(shè)施工，解決了PE 管允許抗拉強(qiáng)度小的難題。
海底 PE 管道采用敷埋法敷設(shè)的施工步驟概括如下：
管道運(yùn)輸→吊裝上敷管船堆管區(qū)→管道上發(fā)射架副滑道管道焊接→管道吊裝到發(fā)射架主滑道→管道和已敷管道焊接→啟動(dòng)埋深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、定位系統(tǒng)→絞錨移船進(jìn)行邊敷邊埋施工。
PE 管道采用敷埋法敷設(shè)施工速度快，無(wú)需預(yù)開(kāi)挖水下溝槽，可縮短施工工期，節(jié)省投資成本，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。大連長(zhǎng)?？h大長(zhǎng)山島大陸引水跨海段工程采用了敷埋法進(jìn)行海底PE管道的敷設(shè)，僅用時(shí)4個(gè)月就完成了18000m海底管道的敷設(shè)，大大縮短了施工工期，避免了環(huán)境的污染，對(duì)周?chē)暮．a(chǎn)品養(yǎng)殖沒(méi)有造成損失，節(jié)約了投資費(fèi)用[2]。
由于敷管船、托管架和埋設(shè)機(jī)是連在一起，管道敷設(shè)時(shí)托管架必須到達(dá)海底，這就限制了敷埋法在深水區(qū)域的使用，一般適用于水深在 30m 以?xún)?nèi)的淺海軟土地基的海域內(nèi)進(jìn)行的 PE 管道的施工。同時(shí)由于埋設(shè)機(jī)的采用水力破土，管道的埋深受限，目前國(guó)內(nèi)敷管船敷設(shè)最大埋深在 3.5m 左右。
三、總結(jié)
目前國(guó)內(nèi)外 PE 管海底敷設(shè)施工的主要方法有：水下拖管法、漂浮—下沉法和敷埋法。
水下拖管法主要適用于該法主要適用于近海淺水區(qū)，短距離敷設(shè)且無(wú)埋深要求的管道施工。施工較為方便，施工速度一般。對(duì)拖管航線(xiàn)路的平整性有一定要求，可能因?yàn)樘幚砗５装枷莺屯蛊鹫系K而增加施工費(fèi)用。
漂浮—下沉法一次性將 PE 管對(duì)熔成幾百米的長(zhǎng)管段整體下沉安放，可減少水下作業(yè)，施工速度快，最為常用。但施工受海上作業(yè)的條件的影響較大，施工時(shí)需要多艘大型工程船舶輔助施工。對(duì)于有埋深要求的 PE 管海底敷設(shè)，可預(yù)挖溝槽后，待管道沉放后再進(jìn)行回填。該法在回淤較為嚴(yán)重海域施工時(shí)，難以保證管道埋深。
敷埋法采用專(zhuān)門(mén)的敷管船施工，只要一條作業(yè)船就實(shí)現(xiàn)了管道的敷設(shè)和埋深，施工速度快，效率高。但敷管船專(zhuān)業(yè)化較高。且受制于施工設(shè)備，一般適用于水深在 30m 以?xún)?nèi)的淺海軟土地基的海域內(nèi)的 PE 管道施工，管道埋深有一定限制。隨著敷管船施工設(shè)備工藝的不斷改善，該方法具有廣闊的應(yīng)用前景。
國(guó)內(nèi)海底敷設(shè) PE 管道還處于起步階段，具有非常廣闊的應(yīng)用和發(fā)展空間。因此，我們需要在現(xiàn)有的 PE 管道敷設(shè)施工方法的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和完善，使之能有更廣泛的適用性，滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需求。
