水下管道

水下管道是敷設在江、河、湖、海的水下用來輸送液體、氣體或鬆散固體的管道。水下管道不受水深、地形等條件限制，輸送效率高、耗能少。大多數埋於水下土層中，因而檢查和維修較困難。登入部分常處於潮差段或波浪破碎區，易受風浪、潮流、冰凌等影響，在規劃和設計時要考慮預防措施。

基本介紹

• 中文名：水下管道
• 外文名：Underwater pipelines
• 位置：江、河、湖、海
• 作用：輸送液體

材料與構造

構造

水下管道多為鋼筋混凝土管和鋼管。按其斷面構造可分為單層管、雙層管和三層管（見圖）。

材料

單層管用於輸送常溫的單一材料的液體、氣體或固體；雙層管用於輸送兩種材料或在輸送過程中需保溫的液體或氣體；三層管用於在輸送過程中需加熱的液體或氣體。

設計原則

第一段

水下管道的直徑，根據輸送材料的性質、輸送量和輸送速度等因素按流體力學計算確定。管壁材料和厚度先按經驗假定，而後根據各種荷載作用核算其應力和變形。若不符合規定，則再修改。計算時通常需考慮管道在施工時和正常運轉時的內部和外部受力狀態。對雙層管及三層管，內管及外管需按不同受力狀態分別進行計算。還需驗算由內壓和外壓、溫度變化以及管線彎曲引起的管壁應力；核算管道在試壓荷載作用下的強度，管道在可能發生的水擊壓力作用下的應力，以及管道在地震作用下的應力。

第二段

由於水擊壓力和地震作用均為短期荷載，因而材料的設計強度均可提高。為了提高管道抗腐蝕能力，應適當增加鋼管壁厚。在管道敷設過程中和敷設後均須驗算穩定性，包括在波浪、水流（主要為潮流）、冰層壓力和流水衝擊力作用下管道的穩定性，以及由於管道基底面不平整、地基基礎的不均勻沉陷而對管道穩定性的影響。調節水下管道的重量，可以降低管道在施工敷設時的應力和保持管道在敷設過程中和敷設後的穩定。調節的方法有增重調節法（調節管道單位長度的重量，增加管壁厚度，在管道上連續或間隔地覆蓋壓塊，管道內充水等）和浮力調節法（用浮筒的浮力來調節管道重量）。

施工方法

當穿越寬度不大的江、河時可以採用頂管法或盾構法施工。當穿越湖泊或海峽時可採用：①漂浮敷設法。管道在陸上製作加工組裝成管段，浮運至敷設地點，在作業船上焊接管段之間的接頭，然後使管道下沉就位。②牽引敷設法。管道在陸上製作加工，並焊接成數百米長的管段，然後用牽引設備（卷揚機、船舶等）沿水底或水面牽引,同時在岸邊把管段接長,直至整根管道牽引到預定敷設位置為止。③敷管船敷設法。管道製作加工都在敷管船上進行，每敷設一管段後就前進一定距離。單節管道由駁船供應。不論採用哪一種敷設方法，均應按不同受力狀態覆核管道的應力。如應力太大應採取相應的加固措施。

鋪設

兩種鋪設方式

1、鋪設在水底上；

2、埋設在水底下溝槽內；

埋設在水底下溝槽內時，溝槽內管頂鋪設深度一般為管徑的3—4倍，以避免船隻拋錨，河床沖刷等影響。海下管道的埋地鋪設，還應防止風暴時管道可能浮漂或下沉，為此，管道應埋設在海床下足夠深度。此外，如果水道較深，水底之上鋪管不會影響航運，水底平坦，沿管線沒有障礙物和懸空地，管道不會因船隻拋錨、流體動力、土壤液化、床底土運動、河床沖刷或其他原因引起破壞，則可將管道直接鋪設在穩定的河床或海床上。

水底直接敷設的管道抗震性能要優於水下溝槽埋設。

水下溝槽開挖

管道水下溝槽敷設一般有3種情況：

1、先挖槽後埋管；

2、挖槽和埋管同時進行；

3、先放管後沉入土內。

這些方法的選擇取決於水底土質、水系寬度和深度等因素。

先挖槽後埋管的優點是施工設備簡單；缺點是管線定位不易準確，槽底平整度差，溝槽準直度低，而且易於回淤。因此，當採用這種方法時，應適當選擇槽底寬度和開挖深度。底寬一般為管外徑加0.8—1.0m.開挖深度根據回淤情況而定，邊坡係數為1：2—1：4.粘土河床的回淤情況並不嚴重，沙土回淤迅速。常用的水下溝槽開挖方法和設備有爆破法、岸式索鏟、挖泥船、高壓泵船等。

爆破法開挖：適用於岩石河床；

岸式索鏟：適用於狹窄水系。鏟斗用岸上卷揚機曳引。鏟斗順滑道往上拉，隨著挖深增加而往下放滑道。這種方法可以比較準確地控制溝槽的平面位置和準直度。

挖泥船和高壓泵船：水系寬闊一般用抓鬥式或多斗式挖泥船開挖水下溝槽的方法，土方卸在溝槽水流下游一側，或由駁船運至遠處；河床土質鬆散，可用高壓泵船以高壓水流沖射水底土層進行開挖 .

用船或其他浮動設備開挖時，挖泥船等應臨時錨舶，以保證溝槽中心位置準確。水下溝槽中心線用岸標或浮標顯示，並用經緯儀或雷射準直儀測量。條件允許時，可在兩岸標之間拉設管道中心線，以中心線為準用標尺或錘球可測水下溝槽的位置和槽底高程。

為了防止回淤影響，可以採用分段開挖鋪管的施工方法，以縮短水下晾槽時間。

管道

1、浮漂拖航鋪管：

浮漂拖航鋪管的方法是先在岸邊把管子連線成一定長度的管段，管段兩端堵板，浮漂拖航到鋪管位置，灌水入管，下沉到水底或溝槽內，取下堵板，然後將各管段之間在水下接口。

如果水系較淺，有縱深岸邊，岸邊與水面高差不大，可在過河管中心延長線的岸邊原地面製備管段；或者岸邊與水面高差較大，就須開挖岸邊，減少與水面高差，並在開挖區內降低地下水位後再製備管段。預製管段用船隻或用設在對岸的曳引設備（卷揚機、拖拉機等）浮拖。

但多數情況是岸邊預製的管段與水系平行，管段製備後裝上浮筒推入水中，在水面上由船浮漂拖航。

管的兩端採用法蘭盤螺栓堵板。在堵板上設有直徑1/2——1的放氣孔和進水孔。

管段由水面浮航到溝槽上方，由定位起重船吊放入槽，管段下放到溝槽內。

管段水下定位及接口均由潛水工操作。潛水工用通訊工具與定位起重船聯繫，調正定位船錨泊位置和船上起重臂操作，使下沉管段與已鋪管段對口。

2、水底拖曳鋪管

當長度較大的管段採用浮航困難時，可在水底拖曳。拖運時受風浪、潮汐等影響較小，作業安全，不需牽制船，但拖運馬力較大。適用與長距離深水鋪管，如向海中鋪設排污乾管。

如管道分段預製，則應在拖曳過程中將管道逐段接口，增長拖曳長度。管道一次拖曳長度可達數十米。

3、鋪管船鋪管

將管子用運管船運至鋪管船上，在鋪管船上進行管段接口後，沿鋪管船上的滑道、管托架等裝置，下入水底。這種方法適用於長距離管段遠離岸邊的鋪管工作。

4、沖沉土層鋪管

水底鋪設的管段，如採用預先挖溝的方法，管線定位、溝槽準直、溝底平整等質量不易保證。為了避免預先挖溝引起的缺點，可採用沖沉法鋪管。

沖沉法鋪管是先把管子放在水底，然後用沖泥器把高壓水射向管底土層，使管底土液化，喪失承載能力，管道就埋入水底。液化土層的厚度一般為管徑的3—4倍。

採用這種方法的前提條件是管底土層為可被液化的。

5、綜合作業船鋪管

預挖水下溝槽鋪管的方法的缺點是溝槽可能發生回淤，棄土和回填土工作量大。為了克服這種缺點，可採用綜合作業船鋪管。

溝槽由水泵噴射高壓水沖挖，挖出的土由砂泵抽升到後部回填溝槽，使溝槽晾槽時間減少至最短，而且取消了回填土的遠距離搬運。

發展趨勢

跨越深海

自50年代以來，水下管道敷設量不斷增長，過去只能跨越江、河，現在已發展到跨越深海。

程度提高

在現階段，敷管船的自動化程度不斷提高；鋼材及混凝土用料更進一步適應水下的要求；

趨於標準

管道的製作開始趨於標準化；利用自動電焊和自動探傷攝影；

耐久提高

採用陰極防腐蝕技術以及套用自動控制技術和遙測遙控裝置，使水下管道的安全性和耐久性大大提高