付春麗，吳 軍，張 濤

中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司，山東青島 266555

海底管道受自然條件和人類活動(dòng)等因素綜合影響，所在海域水動(dòng)力條件發(fā)生變化，使路由沿線海床受到?jīng)_刷，導(dǎo)致管道懸空。懸空治理方式包括沙袋回填、灌漿填充、機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐、碎石回填、仿生水草等[1-2]，其中沙袋回填是懸空治理的常用方案，而且為提高應(yīng)急搶修效率，通常采用網(wǎng)兜將上百個(gè)沙袋整體拋填至懸空處。但對(duì)于水流較大的海域，沙袋回填治理后容易再次出現(xiàn)懸空，因此需對(duì)懸空處已回填網(wǎng)兜沙袋、噸袋等回填物進(jìn)行清理，然后通過后挖溝機(jī)將管道沉至海流沖刷影響區(qū)以下，避免管道再次懸空[3-5]。對(duì)于在役海底管道，如何安全高效清理拋填到海底管道底部的網(wǎng)兜沙袋，目前國(guó)內(nèi)外尚沒有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。本文借助冊(cè)子島—鎮(zhèn)海海底管道懸空段整治項(xiàng)目，結(jié)合施工海域水文條件，研究了清理噸袋及網(wǎng)兜沙袋作業(yè)的難點(diǎn)并形成了標(biāo)準(zhǔn)化的清理方案，可為今后類似的搶維修工程提供可靠的技術(shù)指導(dǎo)。

1 懸空治理概況

冊(cè)子島—鎮(zhèn)海海底管道（簡(jiǎn)稱“冊(cè)鎮(zhèn)海底管道”） 起自浙江舟山冊(cè)子島西岙，途經(jīng)大菜花島北側(cè)，終至鎮(zhèn)海嵐山中轉(zhuǎn)油庫，總長(zhǎng)約36.2 km。管道沿線水深0～22 m，水深分布不均，地質(zhì)地貌復(fù)雜，施工觀測(cè)區(qū)潮汐屬于不規(guī)則半日潮型，每日有兩漲兩落，潮差變化較大，最大潮差4 m左右，潮流流速快，最大漲、落潮流速可達(dá)2 m/s，而工程區(qū)海域最大流速達(dá)2.76 m/s。冊(cè)鎮(zhèn)海底管道受沖刷影響，管道路由出現(xiàn)一處長(zhǎng)約63 m的懸空段，懸空高度在2 m左右，管道裸露懸空情況見圖1。

圖1 管道懸空段示意

管道運(yùn)營(yíng)方為保證輸油管道的安全運(yùn)行，對(duì)懸空段應(yīng)急采用了拋填網(wǎng)兜沙袋和噸袋的保護(hù)措施，即在懸空管道下方放置網(wǎng)兜沙袋對(duì)懸空段進(jìn)行支護(hù)，在管道兩側(cè)放置噸袋進(jìn)行水流阻擋，其中拋填噸袋953個(gè)、沙袋99 297個(gè)、網(wǎng)兜500個(gè)。沙袋回填情況如圖2、圖3所示。

圖2 回填沙袋底層剖面

圖3 回填沙袋縱剖面

為實(shí)現(xiàn)管道的長(zhǎng)治久安，需采用后挖溝方式將管道沉至海流沖刷影響區(qū)以下。結(jié)合挖溝機(jī)工作性能，經(jīng)分析得出：沙袋和噸袋都可以通過挖溝機(jī)水力噴射破拆；但是網(wǎng)兜具有柔韌性，挖溝機(jī)很難將其切斷，進(jìn)而會(huì)影響挖溝機(jī)行進(jìn)作業(yè)，故在后挖溝沉管作業(yè)前需將網(wǎng)兜打撈出水。因此，如何高效、安全地將網(wǎng)兜打撈出水是保障后挖溝沉管作業(yè)順利實(shí)施的前提。

2 清理方案分析

關(guān)于急流海域大量網(wǎng)兜沙袋、噸袋的清理方案，目前難以查到國(guó)內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)，針對(duì)本項(xiàng)目，經(jīng)過綜合分析水流情況、平潮期時(shí)間、水深、拋填物數(shù)量與分布、工期要求、安全隱患等影響清理的因素，形成兩套清理方案，其對(duì)比分析如表1所示。

通過表1對(duì)比分析可知，對(duì)于工期緊迫的搶維修工程，首選安全高效的方案，因此選擇伸縮臂挖掘機(jī)清理方案進(jìn)行網(wǎng)兜砂袋、噸袋的清理工作。但是需要制定切實(shí)有效的管道保護(hù)措施，形成標(biāo)準(zhǔn)化施工方案，保障不因人員倒班而產(chǎn)生差異化施工，避免伸縮臂挖掘機(jī)對(duì)管道的損傷。

表1 清理方案對(duì)比分析

3 伸縮臂挖掘機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化施工

3.1 伸縮臂挖掘機(jī)清理原理

伸縮臂挖掘機(jī)采用內(nèi)伸縮臂結(jié)構(gòu)，其主要特征為伸縮臂結(jié)構(gòu)由一個(gè)固定體和多個(gè)移動(dòng)體組成，移動(dòng)體套入固定體內(nèi)，通過伸縮缸的伸縮改變抓斗行程，從而調(diào)整挖掘機(jī)的挖掘深度。將合適行程的伸縮臂挖掘機(jī)固定在工程船上，當(dāng)伸縮臂的固定體固定后，伸縮臂只能上下伸縮，不會(huì)左右及前后移動(dòng)，保證了施工的安全。伸縮臂挖掘機(jī)清理沙袋作業(yè)如圖4所示。

圖4 伸縮臂挖掘機(jī)清理沙袋作業(yè)

3.2 伸縮臂挖掘機(jī)適應(yīng)性改造

3.2.1 挖掘機(jī)設(shè)備改造

（1）斗齒閉合限位。將抓斗的每根斗齒延長(zhǎng)至0.5 m，并在抓斗上設(shè)置限位器，使得抓斗只能合攏到原來程度的一半左右，如圖5所示。這樣的設(shè)計(jì)能夠使抓斗觸底后斗齒更容易勾住埋在小沙袋底部的網(wǎng)兜，同時(shí)在伸縮臂挖掘機(jī)將網(wǎng)兜連同網(wǎng)兜內(nèi)的小沙袋上提的過程中，能夠通過斗齒間隙將散落的或被抓斗抓出的小沙袋過濾掉，并且抓斗上提過程中由于抓斗始終沒有完全閉合，可以減少散砂和水的重量，從而提高作業(yè)的效率。

（2） 斗體開孔。在抓斗斗體上開孔，減小水流對(duì)抓斗的影響。

（3）接觸防護(hù)。在陸上開展對(duì)原油管段抓斗抓取試驗(yàn)，找出在施工過程中抓斗可能會(huì)與管道發(fā)生觸碰的部位，然后在這些部位外側(cè)包裹一層厚度達(dá)2 cm左右的橡膠，起緩沖作用，減小抓斗對(duì)管道的影響。

圖5 抓斗改造示意

3.2.2 改造后設(shè)備的陸上試驗(yàn)

（1） 操作試驗(yàn)。進(jìn)場(chǎng)施工前在陸地上用改造后的伸縮臂挖掘機(jī)對(duì)噸袋和網(wǎng)兜進(jìn)行抓取試驗(yàn)，驗(yàn)證抓取的效果；同時(shí)在進(jìn)場(chǎng)之前訓(xùn)練伸縮臂挖掘機(jī)操作員的手感，達(dá)到能判斷抓到沙袋和碰到管道的不同情況，如果碰到管道則立即收縮伸縮臂。

（2） 對(duì)管道的破壞性試驗(yàn)。考慮到管道表面包覆著一層混凝土配重層，而兩節(jié)管段的連接部位則并未包覆混凝土配重層，為了驗(yàn)證抓斗對(duì)管道的傷害程度，在陸地上使用伸縮臂挖掘機(jī)抓斗分別對(duì)包覆混凝土配重層的管段和裸露的管段進(jìn)行破壞性試驗(yàn)。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，驗(yàn)證改造后的抓斗不會(huì)對(duì)管道造成破壞性的損傷，只有輕微的劃痕，如圖6所示。

圖6 裸露管道抓取的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

3.3 海上清理作業(yè)方案

（1） 工程船舶按照設(shè)計(jì)錨位拋錨就位于管道上方。

（2） 潛水員下水在管道上綁扎信號(hào)繩，并將信號(hào)繩引至兩艘輔助船的外側(cè)，通過拉直信號(hào)繩來確認(rèn)管道是否位于輔助船底部并且距離船頭的水平距離為2 m左右。

（3） 兩艘輔助船傍靠工程船，其船首與工程船船首方向保持一致，并且確保兩艘輔助船船首跨過管道的水平距離為2～3 m，以確保挖掘機(jī)抓斗入水后與管道的安全距離。

（4） 就位完成后，挖掘機(jī)伸縮臂入水進(jìn)行抓取沙袋作業(yè)。清理作業(yè)應(yīng)確保伸縮臂挖掘機(jī)的作業(yè)面始終處于水流下游及管道外側(cè)，一是避免對(duì)管道的影響，二是便于從沙堤的外側(cè)開始逐漸往沙堤內(nèi)側(cè)清理，采取這種順序清理，能夠避免遺漏的網(wǎng)兜沙袋、噸袋被水流沖刷至未清理的區(qū)域。

（5） 當(dāng)潮向改變后，工程船向管道另一側(cè)移動(dòng)，確保兩臺(tái)挖掘機(jī)的工作面位于管道的外側(cè)，同時(shí)兩側(cè)的輔助船調(diào)轉(zhuǎn)方向，使船首與工程船船首方向相反，并且同樣通過拉直綁扎在管道上的信號(hào)繩來確認(rèn)管道是否位于輔助船底部并且距離船頭的水平距離為2～3 m。工程船就位如圖7所示。

圖7 海上挖掘機(jī)清理網(wǎng)兜示意

（6） 制定并執(zhí)行《懸空段沙袋清理作業(yè)條件確認(rèn)表》（見表2），每次清理前、錨位變動(dòng)后或潮流變向后對(duì)照此表認(rèn)真檢查作業(yè)條件是否滿足相關(guān)要求，形成標(biāo)準(zhǔn)化清理程序。

4 結(jié)束語

基于伸縮臂挖掘機(jī)的網(wǎng)兜沙袋標(biāo)準(zhǔn)化清理方案，已成功應(yīng)用于海況惡劣的杭州灣海域冊(cè)鎮(zhèn)海底管道懸空段的網(wǎng)兜沙袋、噸袋應(yīng)急清理搶修工程，實(shí)現(xiàn)了高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化施工，在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)了一套操作性強(qiáng)、效率高、風(fēng)險(xiǎn)低的在役海底管道懸空段網(wǎng)兜沙袋清理施工技術(shù)，可為今后類似搶維修工程提供有力借鑒。

表2 懸空段沙袋清理作業(yè)條件確認(rèn)表