浙江海洋工程有限公司 谢遵哲 罗加标

提要： 本文通过椒江污水处理工程深海排放管道施工实例，着重介绍水下弹性敷设理论的形成，曲率半径、矢高、应力控制及重量调节法沉管工艺。以供工程管理、技术人员作以参考。

1 、工程概况

台州市椒江污水处理工程深海排放管道工程，起自距下海点 52M 的陆上交接点 M （ L52 ），在 L30 处有钢质的“一转二”接头。排海管线长约 1152M ，管径 DN1000 ，该工程包括陆上排海管段，穿越涵洞管段，海上放流管段，海上扩散管段、一转二接头等。

2 、自然条件

2.1 气温：年平均气温 16.6 ～ 17.3 ℃

极端最高气温 38.1 ℃

极端最底气温 -6.8 ℃

年平均最高气温 21.2 ℃

年平均最低气温 13.8 ℃

2.2 降水：降雨量多集中在两个雨季，即 4 ～ 6 月的梅雨期， 7 ～ 10 月的台风期。

2.3 风向：主导风向：四、五月份的风向为 ENE 风，六、七、八月为 WSS 向，全年主导风向为 WN 向，年平均风速 2.7m /s 。

台风：年平均影响 1-2 次，最多可达 3-4 次，出现季节一般为 7-9 月，最早为 5 月，最迟 11 月。

2.4 海洋环境：

拟建椒江污水管线排海段工程场区属滨海—河流相，排污管线位于江海交界处，该工程受椒江江水和海潮等水交影响较大，根据有关资料，该处海域最大潮位 4.22 米 ，海水最小潮位 0.26 米 ；涨潮平均流向 295 °，落潮平均流向 115 °；涨潮海水平均流速 1.03 米 / 秒；落潮海水平均流速 0.81 米 / 秒，平均潮位 2.22 米 。

2.5 地质条件：

根据地质报告，管槽开挖层主要以淤泥为主，局部地区为淤泥质粘土夹粉砂，天然含水率高，孔隙比大，承载力低。

3 、施工方案的确定

3.1 施工与施工方案的拟定：

根据该工程管道口径大、水下整体安装长度（ 1050 米 ）长、工期紧、工作量大、且受风浪、气候影响多等特点，在施工时，充分分析该工程的自然条件、海洋环境及地质状况，利用所处环境的有利因素，经过方案优选，论证分析决定采用：堤脚并行组焊、柔性调节下滩、侯潮拖运、精确定位、重量调节沉管的弹性敷设总体施工方案。

施工平面布置示意图

3.2 施工相关关键参数的确定：

根据理论计算及单位多年施工实践取得经验，相关参数确定如下：

3.2.1 控制曲率半径：

R 理 =ED/2[ σ ]Ej

R 理 ——理论计算曲率半径

E ——管材弹性模量

[ σ ] ——管材允许应力

D ——管道公称直径

Ej ——焊接接头系数

R 理 = 644 米

若以理论计算曲率半径为控制目标，在施工中如没及时控制，就会使管道挠度等变形过大，甚至使管道应力超过屈服限，留下永久变形，影响管道安装质量。为保证施工质量，防止管道过度变形。施工时控制曲径半径同时不小于 1000D 。

R 控 = 1000 米

R 控 ——控制曲率半径

3.2.2 控制矢高和极限矢高：

一般情况下：

h 极 =R 理 （ 1-cos θ /2 ） = 202 米

h 控 =R 控 （ 1-cos θ /2 ） = 140 米

h 极 ——极限矢高

h 控 ——控制矢高

θ——曲率中心角

3.2.3 控制应力：

σ = =103MPa ＜ 120MPa

3.2.4 弹性敷设曲率半径校准：

R= （ L 2 /H+H ） /2 ＞ R 控

随坡设弯敷设水下管道，其曲率控制及应力控制效果一般不够理想。根据施工要求，本工程弹性敷设曲率半径满足控制曲率半径要求，在本工程拟采取水下弹性敷设。

3.2.5 侧向阻力

R t = C P ρ AV 2 = × 1.2 × 1.1 × 10 3 × 0.5 × 1.03 2 =350N/M

3.2.6 重量调节配置

结合管段在水中自重，根据公司施工专利，配置调节浮 2 只 / 米，调节管段自重控制为 20KG /M 。

4 、工程方案实施

4.1 轴线、标高控制

工程施工前，按照设计及规范要求，根据具体施工条件又利用全站仪、水准仪等对轴线、标高进行准确放样。基槽施工中采用“全站仪、 GPS 和导标”三结合法进行准确定位。标高控制利用数理计算数据结合导标水尺记录严格加以控制。基槽开挖后利用水尺及测深仪结合进行跟踪复核。

4.2 钢管组装

管道组装场地是钢管组焊成长管段的重要设施，虽属临时工程，但其位置的选择与建立的好坏，直接影响到工程的质量、进度和工程投入，根据现场踏勘，结合工程具体情况，选址于海堤砼护砌处。同时设置柔性台座组装面，使其满足高于最高潮位 0.6M 左右。

4.3 管段下滩

针对管线长、线性要求高，局部变形不易控制，排放管形状特殊等特点，根据现场作业的条件和潮汐特点，下滩时利用柔性台座可调节性，使组装长管段自浮下滩。

4.4 管段浮运就位

长距离管段浮运为本工程的施工难点之一。其难度体现于管道长度长（ 1050M ），漂浮于水面受风向潮流、气候等因素影响程度大，管道弯曲变形情况较复杂，可能出现“～”型变形等，考虑上述因素，对极限矢高、控制矢高相应加以调整（ h 极 调整为 93 米 ， h 控 调整为 61 米 ），通过拖运阻力等力学分析计算，首尾中合理选点配置 6 艘拖轮。侯高潮拖运，主拖船控制浮运速度，助拖轮随时根据实际情况控制浮运状态，使浮运时管道允许的曲率半径、矢高在控制之中，同时掌握缓速逆流拖运，尽可能使管段直线浮运。

管段就位后，尽快把管段与定位桩锁牢，以清除钢管的横向挠度，同时消除水流对管道的漂移作用。定位桩的布设根据侧向力 350N/M 确立为φ 300 钢管，间距 40 米 打设。

排海管沉放示意图

4.5 管段沉放

管道沉放为本工程重点所在，受本工程水下管道长度较大、管径大，挠度及应力控制较难影响，如全线布设起重船进行控制沉放，根据具体船舶情况，需 50m 布设一艘，容易造成船只数量多，交叉抛锚，布设困难；相互协调，调度困难；连岸段易造成搁浅。为解决此类问题，在实际施工中采用配置重量调节浮法，控制水下自重为 200N/M ，配合了 3 艘起重船作业，很好的控制管道的曲率半径和应力。管段下沉完成，潜水员下水沿管线逐点检查探摸，管段贴泥受力情况良好；轴线、标高复核与设计吻合。管道一次沉放成功。

5 、结语

椒江污水处理工程深海排放管道工程施工中按水下弹性敷设的理论，较好的控制管道曲率半径，控制矢高，使管道应力分布均匀，通过重量调节的方法较好的解决了沉管施工工艺。整个施工过程，业主、设计、监理、施工单位密切配合，通力合作，使该工程提前 10 天完成，工程质量优良，为椒江人民提交了一份满意的答卷。