整治工程沉管施工风险分析范文

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《水运工程杂志》2015年第十二期

摘要:

阐述跨水道海底管道隐患整治工程后挖沟、悬空位置连锁排及砂袋清除施工技术，对跨水道施工进行安全风险分析，探讨作业锚位对水道的影响，并采取有针对性的防控和应急措施。

关键词:

水道;海底管道;隐患整治;沉管;后挖沟;风险分析

册子岛—镇海海底管道(简称“册镇海底管道”)自舟山册子岛西岙，经大菜花北侧至镇海岚山中转油库，总长约36.2km。管道沿线理论水深0～22m，水深分布不均，潮差变化较大，潮流流速快，地质地貌复杂。管道铺设运行后，受自然条件和人类活动等因素综合影响，管道所处海域水动力条件发生了变化，部分区域海床发生了不同程度的冲刷，导致管线2008年出现裸露，2010年发现悬空段。2012年对部分超30m长悬空段进行了治理。近2年检测发现册镇海底管道裸露、悬空段仍有增多趋势，这与海床年内、年际的冲淤变化有关，也与人类活动增强对该海域近年冲刷演变趋势的影响有关［1］。为确保管道的安全运行、消除隐患，对管道进行隐患治理，采取后挖沟方式将管道进行沉管，管道后挖沟沉管后管底距自然海床面3.5m。

1水道分布概况

作业区域内有2条水道穿越册镇海底管道，分别是西堠门水道和金塘水道。西堠门水道及两侧坡面至水道过渡区段水深10.5～22m，其他区段基本在12m以下。水道穿越管道的中心概略位置为:西堠门水道中心为KP25+000，宽度约2km;金塘水道中心为KP20+000，宽度约2km(图1)。

2施工对水道的影响

2.1锚位形式采用八字锚位抛锚法，根据实际需要抛设8口工作锚，施工作业锚泊布设范围沿管线约1.4km，管线左右各约450m。2.2占用水道的时间海管挖沟作业横穿水道，对水道影响时间长。初步预计:两水道处后挖沟作业累计影响时限约12d;西堠门水道连锁排、砂袋清除作业累计影响时限约15d。

2.3船舶布锚占用水道后挖沟作业期间临时局部占用水道，2条水道长度均约为2km，每个锚位占用水道的宽度不同，影响也不同。具体为:金塘水道布锚后占用水道宽度800～1750m，可通航水道宽度250～1200m;西堠门水道布锚后占用水道宽度300～1300m，可通航水道宽度700～1700m。砂袋清除处理位于KP24、KP26(KP26另有连锁排拆除处理)，处西堠门水道两端，船舶布锚后，对水道有略微影响。占用水道两侧宽度600m，剩余可通航水道宽度1400m。

3重点施工及风险分析

3.1管线后挖沟

3.1.1后挖沟基本工艺1)主作业船就位:通过DGPS定位系统指引主作业船在挖沟起始点抛工作锚，再调整船位。考虑到该水域水流速度很大，根据潮流方向采用横向行船可抵减阻力，预防走锚风险。2)挖沟机就位:下放挖沟机至距海床面约1.5m处停止，通过挖沟机携带声纳，扫描管线引导挖沟机导向腿骑跨在管线上。应避免导向腿戳到管线上，造成管线外层受损。3)挖沟作业:启动挖沟机，通过声纳及定位系统进行监控，主作业船通过收绞工作锚缆使挖沟机移动，以完成挖沟作业。挖沟机导向腿内侧自带滚轮以减少管线摩擦，保护管线。

3.1.2过渡段挖沟处理每移动一个锚位，管线就会存在已处理和未处理的交界处，即有埋深差。为确保管线安全稳定的平稳过渡，需在交界处进行造坡作业，即过渡段挖沟处理。挖沟作业临近端点或起始点时，挖沟机缓慢提升或缓慢下放，同时根据声纳监控沟深随时调整挖沟速度，在一定距离内使管线平滑过渡到原始状态(图2)。

3.1.3后挖沟阶段主要风险点1)起抛锚。主要风险:锚头刮碰海底管线、电缆，造成溢油、断电;抛锚时受渔网或渔船干扰，破坏锚缆。控制措施:①施工前海底管线完成注水置换;抛锚时提前检查，严格按管线路由设计的锚位图抛锚;定位准确，距离管线必须在150m以上;锚头绑扎浮漂(带夜间自亮浮灯)。②提前联系渔政部门清除渔网;雇佣当地有经验的船舶进行引航。2)绞锚走船。溜锚或走锚，刮碰管线、电缆。控制措施:①因该水域水流较大，宜选择12～15t大抓力锚及锚缆抗流;②水手实时观测锚缆松紧变化，操船手观察锚缆张力;③绞锚中发生走锚时，立即停止绞锚，采取应急措施。3)挖沟机及配套设备。挖沟机出水放置甲板时，携带的泥石块掉落，砸伤人员。为此，吊物下禁止有人，辅助作业时注意躲避胶管。正常挖沟时，甲板液压胶管爆裂，溢油污染。控制措施:①设备启动前检查胶管有无缺陷，作业时注意观察，发现异常立即停止;②作业人员注意预防滑倒、绊倒。4)跨水道海底管线保护。水道通航对管线的破坏影响主要有:船只沉没、搁浅、落锚锚击、拖锚、拖网破坏［2］，此外伴有常年水流冲刷。因此，挖沟埋深要深一些，即管顶距自然海床面3m，以减轻上述对管道的冲击，起到一定保护作用。

3.2连锁排、砂袋处理

3.2.1连锁排拆除基本工艺1)连锁排整体结构为25m×50m，施工难度和吊装风险都很大。利用主作业船主吊、舷吊，结合吊梁等辅助设备将连锁排整体平移至管线一侧，距管线300m处。平移完成后，采用机械切割方式进行水下分解，而非人工潜水切割，降低了安全风险，由主船吊起至运输驳船后运走。分割后连锁排单块空气重约1000kN。吊梁空气重约230kN，总计主吊需提供1230kN起重力，船主吊满足作业要求。空气中吊梁吊点平均受力为25kN，连锁排上绳缆强度满足安全要求。

3.2.2砂袋清除基本工艺砂袋清除过程类似后挖沟，通过多遍挖沟方式清除砂袋。不同之处是利用挖沟机前面加装的斜导向腿上的锯齿和高压射流(15MPa)，对管线外砂袋进行切割破碎，在主泵(15000m3h)喷冲作用下，砂袋被吹离管线，从而达到清除目的(图4)。在提起挖沟机时发现前臂高压腿上悬挂大量破碎的砂袋，证实取得成效。连锁排平移难点是吊梁下通过索具与连锁排上的吊点连接，索具与连锁排的连接均由潜水员水下完成。为确保安全，在连锁排上挂接浮筒(浮袋)以减小连锁排重力。2)连锁排平移吊重计算。水泥压块浮重为1900kN，浮筒提供的浮力为800kN，吊梁水下重160kN，每根吊梁需提供起重力为630kN;则主吊需提供630kN起重力;2个舷吊需提供630kN起重力，单个舷吊需提供约320kN起重力，船上4000kN主吊及舷吊完全满足要求。吊梁上吊点平均受力为13.8kN，连锁排上绳缆强度满足安全要求。3)连锁排分割后吊重计算。连锁排移至一侧，清除连锁排上的浮筒后，将连锁排等宽分割为3份，通过单梁分别吊起。

3.2.3连锁排砂袋处理阶段主要风险1)潜水作业。潜水是该阶段工作的重点，也是风险最大的。供气设备故障、水下作业人员配备不齐、周边有作业行驶船舶、遭遇恶劣海况等，均对潜水员生命安全构成威胁。控制措施:①潜水作业前进行风险识别和交底，有应急预案;检查所有设备处于正常状态;严格执行潜水作业规程。②按照《中华人民共和国潜水条例》进行潜水分组，不得少于法定人数，潜水队长、安全监督、潜水员、生命支持、医生、机工等应齐全;潜水作业区200m半径内无船只移动或起抛锚作业;风力超过5级、涌浪超过1.5m、水流速度超过每秒0.6m，禁止潜水作业。2)连锁排拆除。多台吊机联合起吊作业，易引发船舶碰撞、吊机受损、人员伤害。控制措施:作业前组织吊车司机召开安全分析会;工作时专人指挥，配备对讲机;随时观察船舶平衡状态，检查压载、稳定性等，发现异常立刻停止作业;有吊装方案并经计算载荷，满足要求;对吊装设备安全附件、吊索具等进行检查，确保完好，并在有效检验期内。3)砂袋清除。主要风险:牵引缆绳张力过大;高压水管、气管爆裂。造成人员伤害及财产损失。控制措施:①密切监视张力变化，控制走船速度;风力大于6级，浪高大于1.5m，流速大于3kn，禁止作业;拖拉负载大于80kN时，应停船检查挖沟机。②甲班设置警示隔离区域;设置专人监护，防止无关人员靠近、进入高压区。

4水道附近施工安全措施

4.1主要风险。1)水道的过往船舶流量大，主要由货船、集装箱船和危险品船组成，在此区域施工占用一定水域，对过往船舶的习惯航线及通航安全产生临时性影响［3］，易引发与主作业船锚缆刮碰、船舶碰撞或锚缆断裂事故。2)水道内抛锚发生走锚，刮碰海底管线、电缆或造成船舶失控。由于距离金塘大桥较近，一旦船舶失控后果不堪设想。

4.2预防和应急措施1)施工船队进入水道附近前，向舟山海事部门报告，通过舟山VTS航行通告，告知过往船只注意避让主作业船及锚缆。2)设海上警戒船舶，与海监海事部门协商派驻海监船、渔政船进入水道区域进行监护。3)进入水道时，通知海事管理部门及附近船舶，报告施工作业时间、船舶名称、船舶坐标、影响范围、警戒船就位情况。4)警戒船在警戒区域(抛锚位置附近)24h守护，用高频11频道向舟山VTS报告警戒船位置，所有船舶收听该频道，如有其它船进入施工区域可随时呼叫VTS。向进入警戒区域的船舶发出警告，告知其前方正在施工及通航范围，要减速慢行。5)当海况较为恶劣(风速15ms＜v≤17ms，浪高1.5m＜H≤2.0m)时，警戒船舶应适当扩大警戒区域并加强瞭望，及时提醒过往船舶远离施工水域航行，避免大风浪下因船舶操纵困难而发生事故。恶劣天气，如重度雾霾应停止作业撤离航道;遇台风提前24h撤离，由拖轮吊拖［4］主作业船前往东霍山锚地避风，挂拖时避免发生带缆伤害及船舶碰撞事故，拖航速度不大于5kn。6)主作业船移船过程中发生走锚时，立即停止行船放松锚缆，抛主航行锚;船舶即将失控时，拖轮或锚艇顶住主船，防止发生其它溜锚;船舶失控有威胁水道安全和附近海管时，船长务必当机立断，下令弃锚。

5结语

1)跨水道挖沟沉管施工是一个复杂而风险较大的项目，占用水道对过往船只产生影响，需拟定详细的抛锚方案，留出通航空间。2)后挖沟、悬空位置连锁排及砂袋清除各阶段，起抛锚作业贯穿于施工全过程，重点防范溜锚，刮碰海底管线;挖沟沉管过程注意避免产生较大悬空或悬跨，做好管线过渡造坡处理;连锁排联合吊装风险较大，起重与潜水作业并存，必须严格遵守作业规程，硬件符合要求;施工各阶段设备设施定期巡查、保养，避免发生溢油、火灾、物体打击、机械伤害等事故。3)在水道附近施工期间，与当地海监海事部门密切配合，加强船舶警戒，避免发生船舶碰撞、刮断锚缆等各种事件，同时保持岸基与海上船队及作业船队之间的通讯畅通。

参考文献:

［1］天津港湾水运工程有限公司．册镇海底管道调查中间技术报告［R］．天津:天津港湾水运工程有限公司，2015．

［2］李学楠，雷震名，马坤明，等．跨航道海底管线的保护［J］．中国石油和化工标准与质量，2012，32(7):263．

［3］张国勇，肖英杰．浙江舟山金塘大桥施工期间通航问题初探［J］．中国水运，2006，6(4):31-33．

［4］孔宪卫，张帅，王贯明，等．施工船舶作业对通航安全影响浅析［J］．天津航海，2013(1):12-14.

作者：王建军 宋强 单位：天津俊昊海洋工程有限公司