灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》是勝利油田勝利石油化工建設有限責任公司完成的建築類施工工法，完成人是桑運水、韓清國、王允、張軍、張金波，適用於灘淺海域（水深通常在25米以下）海底管道工程施工，也適用於直徑為Φ159～Φ1016毫米的海底管道鋪設工程。

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》主要的工法特點是：採用流水化作業，易施工且施工速度快；管道軌跡準確，施工質量易保證。

2008年1月31日，《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法
• 完成單位：勝利油田勝利石油化工建設有限責任公司
• 主要完成人：桑運水、韓清國、王允、張軍、張金波
• 套用實例：春曉天然氣田輸氣管道
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
• 工法編號：YJGF110-2006
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部

形成原因

1994~2004年，勝利油田勝利石油化工建設有限責任公司在位於渤海灣南部黃河故道入海口處的堤島油田（屬灘淺海油田）完成了80餘條海底管道的施工任務。此期間，管道鋪設方法均採用海上拖管施工法，即管道在陸地專用施工滑道上連線成段，後通過陸地設備傳送並依靠船舶海上牽引將管道拖運就位。

2004年以來，勝利油田勝利石油化工建設有限責任公司以豐富自身海底管道施工技術、增強在中國國內外海底管道施工市場的競爭力為目標，將鋪管船鋪管法大膽的引入灘淺海海底管道施工領域，先後完成了春曉天然氣田海底管道工程近岸段、吞山-鎮海海底管道E段以及堤島油田ZH104平台-海五聯海底管道工程的鋪設任務，形成了《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》。

工法特點

⒈海上拖管法施工工藝存在的問題

管道陸地預製連段後，通過拖輪海上牽引就位。此種施工工藝存在以下幾個問題：

（1）施工投入機械設備多，受施工現場地貌影響大，施工難度高。

（2）管道海上就位受海況影響大，軌跡不易控制。

（3）施工周期長，施工成本較高。

⒉灘海鋪管船鋪管法的特點

採用《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》較原施工工藝有以下優點：

（1）施工採用流水化作業，易施工且施工速度快。

（2）管道軌跡準確，施工質量易保證。

操作原理

適用範圍

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》適用於灘淺海域（水深通常在25米以下）海底管道工程施工及直徑為Ф159~Ф1016毫米的海底管道鋪設工程。

工藝原理

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》的工藝原理是：

⒈管線連線

通過鋪管船上作業線內的各個作業工位對管道進行連線流水作業，並在鋪管船尾部卷揚機的牽引下，使管道端部到達鋪管船尾部的託管架位置。

鋪管船作業線工位設定及管線連線示意見圖1。

圖1 鋪管船作業線工位設定及管線連線示意圖

⒉管線鋪設

處於託管架位置的管線端部與定位錨（拋設于海底）上的鋼纜相固定，鋪管船錨機收錨纜使鋪管船前移，管線沿設計路由被鋪設至海底。管線鋪設示意見圖2。

圖2 管線鋪設示意圖

施工工藝

工藝流程

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》的工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程圖

操作要點

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》的操作要點敘述如下：

⒈管線運輸、儲存

（1）管子裝卸運輸流程見圖4。

圖4 管子裝卸運輸流程圖

（2）管堆放鋪管船、運管船上採用鋼質平支撐，支撐間距3000毫米。在支撐上加墊硬橡膠墊層，墊層寬200毫米，厚10毫米。

（3）鋪管船上混凝土配重管堆放

鋪管船管材堆放區墊上木質墊層，木質墊層光滑、平直。混凝土配重管放在木質墊層上，管段與墊層之間的空隙可用軟木楔填充，以防施工過程中管子滾動。

（4）管子吊裝

吊裝使用專用索具吊裝。吊鉤內墊有橡膠墊，防止對管端坡口及管子塗覆層造成損傷。吊纜配有橫向繩索，在吊裝管子時可以方便的操縱管子的方向。在裝卸過程中應小心操作，避免對管子造成損傷。

⒉鋪管船拋錨、移船

（1）拋錨

根據當地海域的海底泥質、海水流速情況，決定鋪管船固定錨拋設的數量、角度和錨纜長度。

鋪管船在輔助拖輪以及GPS定位系統的配合下到設計鋪管位置，根據海流流向決定各個錨的拋設順序並最終將錨按預定錨點進行拋設，拋設完畢後將各錨纜收緊。

（2）移動船位

鋪管過程中，鋪管船通過收絞錨纜繩來移動船位，每組錨位可以滿足260米的作業距離，每次移動錨位都是通過拖輪牽引錨頭鋼絲纜繩來完成。

多艘拖輪在執行拋錨任務時要依據不影響鋪管船作業軌跡的原則。

（3）作業安全及注意事項

①每個錨拋好後，拋錨拖輪應慢慢將錨纜松下，避免錨纜纏繞。

②所有錨頭浮標應至少相距100米，避免因海流和風浪原因使錨頭纜纏繞。

③根據施工海域水流情況，隨時注意作業船舶的位置是否發生變化。

④守護拖輪隨時保持與鋪管船的通信聯繫。

⑤拖輪移動錨時應注意自身以及作業人員的安全。

⑥有風來臨時一定要儘早採取措施，避風地點應儘早確定，確保風來臨前到達避風地點。如果作業海域有海底水管和通信電纜，拖輪拋錨時一定要選擇好位置，確保不損壞海底水管和通信電纜。

⒊管線端部固定

管線在鋪設入海水中之前，需要對管線端部進行固定，才能進入正常的鋪管程式，管線端部固定主要有兩種方法。

（1）拋錨固定

在管線設計軌跡上拋設一個定位錨（當土質較軟，一個錨抓力不夠時也可以拋設多個錨），錨上帶有一段抗滑鏈和一根鋼絲繩，鋪管時將該根鋼絲繩的另一端與管線端部相連，提供管線的軸向拉力（拋錨固定示意圖見圖5）。

圖5 拋錨固定示意圖

作業步驟如下：

①鋪管船離岸（平台）一定距離（根據施工需要的位置而定）就位。

②將一根Ф32毫米鋼絲繩的一端與定位錨上的鋼絲繩相連線，將另一端固定在鋪管船的尾部。把錨系統（錨、錨鏈、拖拉鋼絲繩，錨頭纜、錨漂纜及錨漂）吊裝於拋錨拖輪上。

③拋錨拖輪在定位系統的引導下駛往設計錨位點，同時鋪管船上放出Ф32毫米鋼絲繩。

④當拖輪到達設計錨點後，拋下定位錨，同時也將錨漂拋入海中。

⑤施工人員於鋪管船上通過絞車將鋼絲繩進行預拉緊，將鋪下的鋼絲繩、錨連拉直，並使定位錨抓入泥下。

⑥當鋪管船鋪出的管線到達託管架的中部，並且管線端部能夠與定位錨鋼絲繩連線時，用卡環將兩者連線。

⑦向目標方向移船，當管線端部到達泥面後，由潛水員檢查管線落地的情況，然後進入正常鋪管程式，在這一階段作業線內的設備張緊器應採用手動操作，並隨時觀察張緊器的張力情況。

（2）平台導管架作為鋪管固定點

在導管架適當高度上固定一根鋼絲繩，另一端與鋪管船上管線連線，利用導管架作為反力點開始鋪管。採用該種方案，需徵得業主和導管架設計部門的同意。

⒋管線連線

通過鋪管船作業線的8個施工工位完成管線的連線工作。8個工位是：預處理工位和A~G工位（A~G工位參見圖6）。

圖6 作業線工位設定示意圖

各工位功能設定如下：

（1）預處理工位

①將管段吊放到輔助輾道上，去掉管道的坡口護罩並除銹清理管端，並進行前期準備工作。

②管線預處理完畢後，吊至主焊接作業線上。

（2）主線A工位-對口

①主線輥道將管段送至A工位焊接站。

②同上工序將第二根管送入A工位。

③使用內對口器調整兩管端至合適間隙及合理位置並預熱。

④採用自保藥芯焊絲半自動下向焊打底。

⑤向船尾移動管道12米，使第一焊口到達B工位。A工位接上述工藝焊接第三根管。

（3）主線B工位-焊接

該工位主要進行管道填充焊接作業，採用自保藥芯焊絲半自動焊接，焊接二遍後管道向後移動12米，重複原工序。

（4）主線C工位-焊接

該工位主要進行管道填充焊接作業，採用自保藥芯焊絲半自動焊接，焊接二遍後管道向後移動12米，重複原工序。

（5）主線D工位-焊接

該工位主要進行管道蓋面焊接作業，採用自保藥芯焊絲半自動焊接。焊完後管道向後移動12米，重複原工序。

（6）主線E工位-無損檢測

用X射線檢測爬行器進入管道內對焊口進行無損檢測，合格後進行下工序，不合格的在下工位返修。

（7）主線F工位-防腐補口、返修補探

對探傷合格的焊口進行防腐補口處理，然後管道向後移動12米，重複原工序。對不合格的焊口進行返修和補探，直至合格。

（8）主線G工位-防腐補口

⒌鋪管船鋪管

每完成12米管道（即1根管）的焊接，鋪管船就要按設定的航線向前移動12米，船的移位完全依靠船的8台移位絞車的收放錨繩及自動糾偏控制系統來完成。作業線內的管道張緊器設備保持管段的張力在允許範圍內，可緩解海浪通過船體傳給管道的應力，以保證管線穩定並確保鋪設路由準確。

⒍棄管作業

在惡劣天氣到來前或管線鋪設完畢後進行棄管施工（參見示意圖7、圖8）。

圖7 棄管過程示意圖

圖8 棄管過程示意圖

（1）在A工位將連線有50米長拖纜的棄管牽引頭塞入管線尾部，啟動作業線內的液壓源，牽引頭脹緊並密封。

（2）各工位工作繼續進行，每完成一次作業，鋪管船通過收放錨纜，前進一個管長的距離，使管口進到下一個工位，一直到最後一根管到達張緊器。

（3）啟動作業線內的收放絞車，放出纜繩引入作業線，依次經過A、B、C、D、E、F工位，到達牽引頭，用卸扣連線收放絞車端與牽引頭拖纜端。

（4）收緊絞車纜繩，並逐漸升至設定張力。

（5）鬆開張緊器，完成張力由張緊器-收放絞車的轉換。

（6）繼續向前移船，同時收放絞車保持恆定張力不變。

（7）收放絞車纜繩與牽引頭拖纜接頭到達託管架時，將1個準備好的浮漂連在牽引頭拖纜端，浮漂繩長度能保證在最高潮位時也足以使浮漂浮出水面。

（8）繼續向前移船，當兩纜接頭離開託管架後停止移船，逐漸減小收放絞車張力，管頭被放置於海底。

（9）將卸扣解開，牽引頭纜繩與浮漂棄于海中，收放絞車纜繩收回。

（10）將託管架吊至鋪管船甲板，完成棄管作業。

（11）根據施工現場情況，採取起錨或棄錨，離開施工海域。

⒎收管作業

（1）鋪管船在GPS指引下移位至原棄管位置，拋錨就位。

（2）潛水員水下檢查海管在海底的情況，若管線變形、管端不在設計軌跡上，需進行海管的修復和管端調整（鋪管船調整好船位後，潛水員水下系吊點，連線至舷吊，起吊一段管線，兩舷吊同時緩慢起吊，保持同步，同時吊至計算高度，將管端吊離泥面，調整船位使海管調整到設計軌跡，參見示意圖9）。

圖9 管端調整示意圖

（3）安裝調整託管架。

（4）用工作艇撈起棄管頭拖纜端的浮漂，與收放絞車的拖纜連線，拖纜要經過託管架和作業線（見圖10）。

圖10 收管過程示意圖

（5）起動收放絞車，保持設定張力，觀察絞車纜的方向，同時調整鋪管船船位，使管道、託管架和絞車纜在同一軸線上。向後移船，實時監控調整託管架的角度，將棄管頭引至託管架（見圖11）。

圖11 收管過程示意圖

（6）繼續向後移船，管頭順序經過作業線各工位到達A工位（見圖12）。

圖12 收管過程示意圖

（7）起動張緊器至設定張力，放鬆收放絞車，完成張力由絞車-張緊器的轉換。

材料設備

材料

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》所需材料見表1。

設備

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》所需船舶、設備見表2。

質量控制

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》的質量控制要求如下：

⒈質量控制標準

（1）《海底管道系統規範》SY/T10037-2002。

（2）《灘海石油建設工程安全規則》SY5747-1995。

（3）《灘海管道系統技術規範》SY/T0305-96。

（4）《鋪設海底電纜管道管理規定》。

（5）《海底管道系統規範》（中國船級社，1992）。

⒉質量控制技術措施

（1）編制詳細、合理的施工方案，方案一經審核批准各項施工均按方案進行，杜絕不按施工方案施工。

（2）實行全面質量管理，建立QC小組，由技術員、質檢員對各關鍵工序進行檢查，並做好記錄，有權阻止不合格的質量點進入下道工序，具有質量否決權。

（3）按照施工要求，健全崗位目標責任制，自檢與專檢相結合，確保工程質量。

（4）認真履行技術交底。技術交底分三級進行，層層落實，相互監督，技術交底的同時交底質量標準，使層層都明確質量要求和質量標準。

（5）編制工程質量計畫和檢驗大綱，嚴格按照各項工程程式和工藝標準進行施工。

（6）管線組對、焊接施工嚴格按照焊接工藝評定的要求執行。

（7）管線的附屬檔案安裝時，應採取有效的保護外防腐層措施。

（8）施工過程中，嚴格控制管線鋪設軌跡。

（9）管線在鋪設時，嚴格按施工計算書的要求執行，防止管線應力變形。

安全措施

施工單位採用《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

⒈參加該項目的全體施工人員都必須進行海上救護、救生、消防進行短期培訓，增強安全意識，取得國家有關部門頒發的海上四小證。

⒉所有參與項目施工的人員在項目成立後應進行必要的健康檢查，確保無攜帶易傳染疾病人員登上施工船舶。

⒊施工必須勞保穿戴齊全，並根據作業要求穿防鯊服、救生衣，在船邊作業必須系安全帶。

⒋所有牽引纜繩、索具要經過計算使用，其安全係數一般不應小於2.0倍，特殊使用要4.0倍。管道鋪設開始前，對牽引繩索、索具進行嚴格檢查，對存在安全隱患的工具一律進行更換。

⒌管道鋪設施工儘量選擇氣象條件較好的施工周期，並在施工前整理好近期施工水域內詳細的水流報告。

⒍通信工具配備齊全，做到每個工作單位都有高頻、行動電話等通信工具，施工開始後，通信工具持有人認真監聽施工命令並執行。

⒎鋪管船上設備操作人員要認真監控所操作設備的壓力變化情況，並按時、按序匯報，以便現場總指揮能夠詳盡的掌握施工動態。

⒏鋪管船上施工區域進行隔離，防止無關人員進入施工現場，並在現場周圍設專人值班。

⒐現場設專職安全員，監督現場人員自覺遵守安全操作規程，遇有險情，有權下令停工和撤離人員。

⒑當海上風力不小於5級或根據當地氣象信息獲知將有惡劣天氣到來時應提前24小時停止施工或選擇棄管施工，棄管後鋪管船在守護拖輪的輔助下離開施工海域前往避風港拋錨待命。

⒒人員施工採用兩班輪班制度，每班工作12小時。當人員海上施工時間累計30天以上時，應接送至陸地生活點休息四周。

⒓鋪管船上必須有不少於2名的專職醫務工作人員，具有能夠提供短時緊急救護所必須的醫療設備。如遇人員受傷在採取必要的傷情處理後使用值班交通艇送往陸地並由陸地工作人員轉往就近醫院進行治療。

⒔建立明確的船舶設備定期維護制度並執行。

環保措施

施工單位採用《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》的環保措施如下：

⒈嚴格遵守國家海洋環境保護部門制定的環境保護條例。

⒉鋪管船上分別設立工業垃圾、生活垃圾回收箱，並將垃圾定期使用船舶回收到陸地進行焚毀處理。嚴禁將任何可能導致海水受到污染的雜物、廢料、垃圾拋設入海中。

⒊射線檢測時，房間外安置明顯警示牌，防止非操作人員誤入，造成人身傷害。

⒋船舶作業線內各工位施工人員負責該工位的環境衛生保護工作，施工間歇期間將工位內產生的施工廢棄物清理至指定的垃圾回收箱。

⒌項目HSE管理人員每日對作業線內安裝的通風系統檢查一次，發現不能正常運轉的設備及時聯繫設備管理人員進行維修或更換。

⒍施工人員在使用噪聲較大的施工設備時必須佩戴隔音耳塞，防腐作業線內施工人員進行管道補口操作時必須佩戴防塵口罩。

效益分析

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》的效益分析如下：

⒈經濟效益

施工周期短，勝利油田勝利石油化工建設有限責任公司以春曉項目海底管道工程採用鋪管法實際發生的成本和採用拖管法的預算成本進行了比較。

鋪管法實際發生成本與拖管法預算成本比較見表3。

表3 鋪管法實際發生成本與拖管法預算成本比較

施工工藝	施工周期或預定工期	發生直接費用（萬元）	提高工效（％）	提高經濟效益（%）
灘海鋪管船鋪管工法	7天	人工：28；船機：63；合計：91	72	31
拖輪海上牽引管道就位	25天	人工：75；設備：57.5；合計：130.5	/	/

⒉社會效益

使用該工法共完成輸油海底管道40餘公里，在工程施工周期控制及管道路由軌跡控制方面都取得了施工效果，該工法的運用增加了灘海領域海底管道鋪設的施工手段。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》的套用實例如下：

⒈2004年3~4月，利用該工法成功鋪設了春曉天然氣田輸氣管道（全長4200米），管線規格為Ф711×15.9毫米。海上鋪管周期為7天，質量、工期和成本均得到控制。

⒉2004年7月~2005年3月，利用該工法成功鋪設了蠶山-鎮海海底管道的E段（冊子島-鎮海海底管線），該項目是為解決和保障上海與南京地區石化企業的進口原油接卸與運輸問題，中國石化集團公司利用寧波和舟山地區的深水港優勢，配套建設了寧波-上海-南京進口原油管網（甬滬寧管道），將希山中轉油庫、冊子島擬建中轉油庫及鎮海中轉油庫與甬寧滬原油管道連線。海管全長36500米，規格為Ф762×17.5毫米，施工質量、工期和成本均得到有效控制。

⒊2005年9月，利用該工法成功鋪設了堤島油田ZH104平台-海五聯海底管道。管道內管規格Ф168×12毫米，套管規格Ф273×13毫米，管道總長1652米。該工程管道路由軌跡控制準確，管道縱向偏差小於1米。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《灘海鋪管船鋪設海底管線施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。