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摘要：近年跨海输水管道项目日益增多，本文介绍了金门自大陆引水海底管道工程在实施过程中采取的几种不同的海管敷设工艺。
关键词：海底输水管道；敷管工艺；应用
一、工程概况
金门岛属资源性缺水地区，从福建供水至金门是解决该地区缺水问题的有效途径。金门供水工程取水于福建晋江龙湖，常年水质保持Ⅱ类，输水管道线路总长约28公里，其中海底管道长16.052公里。
海底管道设计为单根管径800mm高密度聚乙烯（HDPE）管，最大水深24米，设计流量为每日3.4万立方米（远期达每日5.5万立方米）。管道从金井镇沿海大通道侧海堤入海，沿着西南方向斜穿围头湾海域，然后从金门岛田埔水库附近海滩登陆，最终供水管接入新建纳水池。
二、主要应用的敷管工艺
海底管道沿途依次穿越晋江端金井滩涂、塘东沙堤保护区、石井航道、金门海滩等区域，施工条件多变、复杂。针对上述不同施工环境及条件，施工方因地制宜设计了不同的海底管道敷设工艺，见下表：
三、各段施工方法介绍
1.金井滩涂
金井滩涂位于金井镇海堤至塘东沙堤之间，总长约1500m，低潮位时全部外露，泥面高程介于0m—-1.5m（金门水头中潮高程基准，下同）之间，围头湾海域平均高潮位为1.91 m，平均低潮位为 -1.79 m，平均潮位为0.01m，平均潮差为 3.70 m，平均潮位时不能满足大型施工船舶吃水深度要求（挖泥船2m，泥驳3.2m，铺管船2.8m），所以按常规挖泥船先行挖槽、铺管船后续铺管的连续施工方法不能实现，只能选择乘潮施工。
（1）港池疏浚
首先为确保铺管船在最高潮位时能顺利到达金井海堤处入海点，需在近岸500m范围（K0+000—K0+500）内以设计管线为中线疏浚一条港池，港池宽30m（船宽18m），开挖深度0.5m—2m，由4艘水陆两栖挖掘机平行开挖，疏浚一段铺管船跟进一段，直至铺管船在最高潮位时驶至海堤侧，铺管托架头部抵达设计入海点位置。
（2）乘潮施工
低潮位：4艘两栖挖掘机沿设计管线分段开挖管沟，开挖泥沙临时堆放在管线一侧，注意潮向变化规律，尽量降低回於量，并避免堆土高度影响铺管船铺管。此段时间内铺管船基本搁浅在滩涂上，只能在甲板上进行吊管、配重块安装、管道熔接。
高潮位：两栖挖掘机停止开挖，铺管船浮起，启动锚泊系统，铺管船往金门方向后退，每次行程为一根管道距离（40m），管道通过铺管托架滑入滩涂沟槽内，完成一次单根铺管作业。
由于每次吊管、配重块安装、熔接管一套流程要3-4小时，因此每次涨落潮只能敷设一根管道（40m），每天两次潮汐变化，正常每天铺管进度为80m，两栖挖掘机开挖进度也必须满足铺管进度要求。
（3）安装混凝土席块、回填
滩涂区席块安装及回填也要乘潮施工，高潮时起重安装船携带混凝土席块进入管线附近并由潜水员配合水下安装席块，低潮时船舶搁浅在滩涂，可在吊机吊臂的工作半径内安装席块。
2.塘东沙堤保护区
沙堤保护区位于晋江市金井镇塘东村海域，是在潮汐和风力共同作用下堆积而成，象一条玉带从岸边伸入大海，是全國仅有的特色沙堤，更是亚洲唯一触角型沙堤。金门供水设计管线需横穿沙堤，常规的水下开挖方案会导致沙堤大范围塌方，引起沙堤形态变化，破坏周边自然生态。项目部组织专家论证，考虑到穿越沙堤部位在涨潮时全部淹没，在退潮时能全部露出，最后形成了先沉管再开挖埋管的方案，主要工序如下：
（1）接管
铺管船锚泊在沙堤外侧深水区（K3+500附近），利用铺管船接管平台及铺管托架连续接管，第一根管头安装堵板，已接管临时浮在海面上，每接一根（40m）往沙堤方向漂浮牵引一根，直至累计接管长度达到1000m，满足穿越沙堤管道长度要求。浮在海面管道用缆绳捆绑，系靠在预先间隔一定距离沉打的定位钢管桩上，抵抗海浪冲击。
（2）拖管
选择无风晴好天气涨潮时机，用拖轮将浮管牵引拖移横穿沙堤，根据预打钢管定位桩指引及交通船跟踪测量定位，调节管道走向，保持好线行。
（3）与滩涂管道熔接
将滩涂段已安装管管头打捞出水面，搁置在吃水较浅的浮驳上，把沙堤段浮管管头也吊到浮驳，用熔接机熔接两管头，使沙堤段与滩涂段管道连通。
（4）定位沉管
再次微调管道位置及线形，打开金井海堤入海点处灌水阀门，浮管开始灌水、排气、下沉，管道由滩涂往金门方向依次缓缓沉至水底，下沉深度1.5—2.5m。
（5）开挖埋管、安装席块
落潮时沙堤全部露出水面，利用挖掘机沿管道两侧同时挖沙成槽，管道沉入槽底，直至满足深度要求。履带吊吊装混凝土席块，覆盖到管道上，增强水下管道稳定性。
沙堤段开挖埋管全部是干式施工，避免了水下大型挖泥船开挖导致的沙堤大范围塌方及泥沙流失，过沙堤施工效果得到了当地政府及村民的肯定。
3.海上段
随着管道离开塘东沙堤继续往金门方向延伸，水深逐渐加大，最深处达24m，海上施工受风、浪、雾的影响也逐渐增强，施工难度加大。
海上段主要采取挖泥船先行开挖管沟、铺管船连续跟上铺管、起重安装船后续安装席块的工艺，其主要流程图如下：
（1）开挖
深水区采用1艘25m3抓斗挖泥船开挖，配备1艘1200m3泥驳装卸泥沙，辅助船舶包括2艘锚艇、1艘交通艇。
（2）铺管
根据工程海况条件、施工特点及工期要求，本工程海上管道安装采用铺管船铺管为最佳选择，铺管船能在海上连续铺管，确保了施工质量及施工安全，同时能提供足够大的施工平台，以及良好的抗风浪能力，具备一定的储存空间，用于存放管材和接管场地。 本项目海上管道敷设由海洋工8899号铺管船完成，此船可抗8级风浪，总排水量5000t，铺管托架长56m，集合了中央控制室、储管区、锚泊系统、铺管托架、接管区、起重机、GPS定位系统、水下开挖埋设系统等。
海上铺管主要流程：
4.石井航道
金门供水管道与现有石井—围头湾5000吨级航道交汇区长度约150m，与在建石井—围头湾5万吨级航道交汇区管线长度约510米（见附图）。5万吨级航道左边线外有“围头湾6号灯浮”与“围头湾8号灯浮”，两灯浮标距离1.9千米，其连线内侧水深均在12.0米～14.5米，可满足现有航行水深5.6米的设计要求，所以整个规划5万吨级航道区（510m宽）都可满足目前5000吨级航道通行要求。
（1）海上铺管作业占据水域范围分析
铺管作业时管道沿托管架下滑至海底，确保管道在预定的敷设路线上进行敷设下沉，铺管船根据所测设的导标进行锚泊。铺管船钢丝绳直径为52mm，每根长300m，共四根，锚重5t，呈“八”字型布设，夹角为45°。船舶两侧各设一侧锚，防止前后锚移锚时，船体偏移，折断已铺设管道。铺管船各锚链抛出长度约为100m，铺管船长86m，宽18m，铺管托架长56m，估算出进行开挖施工时所需水域长度约为250m，宽度约为200m。
管道在托管架的支撑下，自然弯曲成“S”型曲线，一般可以分成两个区域：一为拱弯区，从铺管船甲板的张紧装置开始，沿托管架向下延伸到管道开始脱离托管架支撑的抬升点为止的一段区域；另一段为垂弯区，是从拐点到海床着地点的一段区域。
管道在铺设时，管道随铺管托架缓缓滑入海底沟槽，前侧有一段管道是依附在铺管托架悬空在海水中的，并没有着地，如果有船舶从船头通过的话，可能挂到管道或铺管托架，所以船头应保持一定的安全距离，管道悬空部分占据的水域随入水角度和水深的不同而异，水深越大，入水角度越小，则悬空部分所占据的水域越大。铺管船前侧深入水中的托架长度长56m，按入水角度30°计算，水平长度为56×0.866=48.5m，小于抛锚区长度（100m），在铺管施工抛锚区范围以内，固悬空管段及伸入水中的托架不会影响到船舶通行。
（2）航道交通导行
海底管道按自北向南的顺序连续施工，施工船舶自北侧边线进入后，航道临时改道至左侧区域，船舶进入左侧施工时，再恢复现有5000吨级航道通行。
本供水管线与规划航道交点为L、O、R，管线施工时作业船舶向西南方向（金门方向）推进。当施工船舶位于O～R侧抛锚作业时，作业船舶前方设置两个绿色（夜间发光）锚缆标，指示商船从施工区左侧慢速通过；当施工船舶位于L～O侧抛锚作业时，作业船舶后方设置两个红色（夜间发光）锚缆标，指示商船从施工区右侧慢速通过，确保供水管线于航道区域施工期通航安全。
5.金门登陆段
金门登陆段地形复杂， 14K至登陆点间为岩石区段，区段内岩石露头密布于海床上，管线以S型绕行主要岩石露头；登陆区附近区域有岩石露头分布，可能影响船舶抛锚，固铺管船不能直接靠近岸边铺管，只能采取拖管、沉管方案。
（1）拖管长度确定
0—120m（0m为金门登陆点，往晋江方向计量长度，下同）：沙滩段，低潮位时能露出，海床面高程变化范围为：4m—-1.5m
120-350m：浅滩段，海床高程变化范围大致为：-1.5—-4.5m；
350m以外：海床高程低于-4.5m，平均低潮位水深大于2.7m；
鋪管船长度：船体长80m，铺管托架长65m，合计145m；综合考虑地形、潮位、铺管船作业范围，最终确定登陆段拖管长度为500m。
（2）登陆段管道安装
开挖方案：120-500m由挖泥船乘潮水下开挖沟槽，0-120m为沙滩区，待拖管到位后再用挖掘机挖槽埋管。
管道安装：铺管船在离岸500m处弃管，调转船头往金门登陆点方向，开始熔接管道，管头用堵板密封，已接管漂浮在海面上，每接一段，往岸上方向拖一段，总接管长度500m，在最高潮位时，利用陆上卷扬机拖拉管道登陆，管头至预定地点后灌水沉管，并在500m处海面上进行最后一个接头的熔接。
席块安装、回填：0-120m为干式施工，用挖掘机从两侧挖槽，吊车吊装混凝土席块盖到管上，再用沙土回填；120-500m席块安装由潜水员在高潮位时配合小型起重船水下安装。
四、结语
本项目是涉及两岸通水的民生工程，施工品质控制尤为重要，受地形、地质、台风、季风、养殖区搬迁、沙堤保护、穿越航道等多种因素影响，海上施工难度较大。在施工过程中根据不同施工环境及条件，选取了多种海底管道敷设工艺，并取得满意效果，在今后类似海管工程中值得借鉴。
关键词：海底输水管道；敷管工艺；应用
一、工程概况
金门岛属资源性缺水地区，从福建供水至金门是解决该地区缺水问题的有效途径。金门供水工程取水于福建晋江龙湖，常年水质保持Ⅱ类，输水管道线路总长约28公里，其中海底管道长16.052公里。
海底管道设计为单根管径800mm高密度聚乙烯（HDPE）管，最大水深24米，设计流量为每日3.4万立方米（远期达每日5.5万立方米）。管道从金井镇沿海大通道侧海堤入海，沿着西南方向斜穿围头湾海域，然后从金门岛田埔水库附近海滩登陆，最终供水管接入新建纳水池。
二、主要应用的敷管工艺
海底管道沿途依次穿越晋江端金井滩涂、塘东沙堤保护区、石井航道、金门海滩等区域，施工条件多变、复杂。针对上述不同施工环境及条件，施工方因地制宜设计了不同的海底管道敷设工艺，见下表：
三、各段施工方法介绍
1.金井滩涂
金井滩涂位于金井镇海堤至塘东沙堤之间，总长约1500m，低潮位时全部外露，泥面高程介于0m—-1.5m（金门水头中潮高程基准，下同）之间，围头湾海域平均高潮位为1.91 m，平均低潮位为 -1.79 m，平均潮位为0.01m，平均潮差为 3.70 m，平均潮位时不能满足大型施工船舶吃水深度要求（挖泥船2m，泥驳3.2m，铺管船2.8m），所以按常规挖泥船先行挖槽、铺管船后续铺管的连续施工方法不能实现，只能选择乘潮施工。
（1）港池疏浚
首先为确保铺管船在最高潮位时能顺利到达金井海堤处入海点，需在近岸500m范围（K0+000—K0+500）内以设计管线为中线疏浚一条港池，港池宽30m（船宽18m），开挖深度0.5m—2m，由4艘水陆两栖挖掘机平行开挖，疏浚一段铺管船跟进一段，直至铺管船在最高潮位时驶至海堤侧，铺管托架头部抵达设计入海点位置。
（2）乘潮施工
低潮位：4艘两栖挖掘机沿设计管线分段开挖管沟，开挖泥沙临时堆放在管线一侧，注意潮向变化规律，尽量降低回於量，并避免堆土高度影响铺管船铺管。此段时间内铺管船基本搁浅在滩涂上，只能在甲板上进行吊管、配重块安装、管道熔接。
高潮位：两栖挖掘机停止开挖，铺管船浮起，启动锚泊系统，铺管船往金门方向后退，每次行程为一根管道距离（40m），管道通过铺管托架滑入滩涂沟槽内，完成一次单根铺管作业。
由于每次吊管、配重块安装、熔接管一套流程要3-4小时，因此每次涨落潮只能敷设一根管道（40m），每天两次潮汐变化，正常每天铺管进度为80m，两栖挖掘机开挖进度也必须满足铺管进度要求。
（3）安装混凝土席块、回填
滩涂区席块安装及回填也要乘潮施工，高潮时起重安装船携带混凝土席块进入管线附近并由潜水员配合水下安装席块，低潮时船舶搁浅在滩涂，可在吊机吊臂的工作半径内安装席块。
2.塘东沙堤保护区
沙堤保护区位于晋江市金井镇塘东村海域，是在潮汐和风力共同作用下堆积而成，象一条玉带从岸边伸入大海，是全國仅有的特色沙堤，更是亚洲唯一触角型沙堤。金门供水设计管线需横穿沙堤，常规的水下开挖方案会导致沙堤大范围塌方，引起沙堤形态变化，破坏周边自然生态。项目部组织专家论证，考虑到穿越沙堤部位在涨潮时全部淹没，在退潮时能全部露出，最后形成了先沉管再开挖埋管的方案，主要工序如下：
（1）接管
铺管船锚泊在沙堤外侧深水区（K3+500附近），利用铺管船接管平台及铺管托架连续接管，第一根管头安装堵板，已接管临时浮在海面上，每接一根（40m）往沙堤方向漂浮牵引一根，直至累计接管长度达到1000m，满足穿越沙堤管道长度要求。浮在海面管道用缆绳捆绑，系靠在预先间隔一定距离沉打的定位钢管桩上，抵抗海浪冲击。
（2）拖管
选择无风晴好天气涨潮时机，用拖轮将浮管牵引拖移横穿沙堤，根据预打钢管定位桩指引及交通船跟踪测量定位，调节管道走向，保持好线行。
（3）与滩涂管道熔接
将滩涂段已安装管管头打捞出水面，搁置在吃水较浅的浮驳上，把沙堤段浮管管头也吊到浮驳，用熔接机熔接两管头，使沙堤段与滩涂段管道连通。
（4）定位沉管
再次微调管道位置及线形，打开金井海堤入海点处灌水阀门，浮管开始灌水、排气、下沉，管道由滩涂往金门方向依次缓缓沉至水底，下沉深度1.5—2.5m。
（5）开挖埋管、安装席块
落潮时沙堤全部露出水面，利用挖掘机沿管道两侧同时挖沙成槽，管道沉入槽底，直至满足深度要求。履带吊吊装混凝土席块，覆盖到管道上，增强水下管道稳定性。
沙堤段开挖埋管全部是干式施工，避免了水下大型挖泥船开挖导致的沙堤大范围塌方及泥沙流失，过沙堤施工效果得到了当地政府及村民的肯定。
3.海上段
随着管道离开塘东沙堤继续往金门方向延伸，水深逐渐加大，最深处达24m，海上施工受风、浪、雾的影响也逐渐增强，施工难度加大。
海上段主要采取挖泥船先行开挖管沟、铺管船连续跟上铺管、起重安装船后续安装席块的工艺，其主要流程图如下：
（1）开挖
深水区采用1艘25m3抓斗挖泥船开挖，配备1艘1200m3泥驳装卸泥沙，辅助船舶包括2艘锚艇、1艘交通艇。
（2）铺管
根据工程海况条件、施工特点及工期要求，本工程海上管道安装采用铺管船铺管为最佳选择，铺管船能在海上连续铺管，确保了施工质量及施工安全，同时能提供足够大的施工平台，以及良好的抗风浪能力，具备一定的储存空间，用于存放管材和接管场地。 本项目海上管道敷设由海洋工8899号铺管船完成，此船可抗8级风浪，总排水量5000t，铺管托架长56m，集合了中央控制室、储管区、锚泊系统、铺管托架、接管区、起重机、GPS定位系统、水下开挖埋设系统等。
海上铺管主要流程：
4.石井航道
金门供水管道与现有石井—围头湾5000吨级航道交汇区长度约150m，与在建石井—围头湾5万吨级航道交汇区管线长度约510米（见附图）。5万吨级航道左边线外有“围头湾6号灯浮”与“围头湾8号灯浮”，两灯浮标距离1.9千米，其连线内侧水深均在12.0米～14.5米，可满足现有航行水深5.6米的设计要求，所以整个规划5万吨级航道区（510m宽）都可满足目前5000吨级航道通行要求。
（1）海上铺管作业占据水域范围分析
铺管作业时管道沿托管架下滑至海底，确保管道在预定的敷设路线上进行敷设下沉，铺管船根据所测设的导标进行锚泊。铺管船钢丝绳直径为52mm，每根长300m，共四根，锚重5t，呈“八”字型布设，夹角为45°。船舶两侧各设一侧锚，防止前后锚移锚时，船体偏移，折断已铺设管道。铺管船各锚链抛出长度约为100m，铺管船长86m，宽18m，铺管托架长56m，估算出进行开挖施工时所需水域长度约为250m，宽度约为200m。
管道在托管架的支撑下，自然弯曲成“S”型曲线，一般可以分成两个区域：一为拱弯区，从铺管船甲板的张紧装置开始，沿托管架向下延伸到管道开始脱离托管架支撑的抬升点为止的一段区域；另一段为垂弯区，是从拐点到海床着地点的一段区域。
管道在铺设时，管道随铺管托架缓缓滑入海底沟槽，前侧有一段管道是依附在铺管托架悬空在海水中的，并没有着地，如果有船舶从船头通过的话，可能挂到管道或铺管托架，所以船头应保持一定的安全距离，管道悬空部分占据的水域随入水角度和水深的不同而异，水深越大，入水角度越小，则悬空部分所占据的水域越大。铺管船前侧深入水中的托架长度长56m，按入水角度30°计算，水平长度为56×0.866=48.5m，小于抛锚区长度（100m），在铺管施工抛锚区范围以内，固悬空管段及伸入水中的托架不会影响到船舶通行。
（2）航道交通导行
海底管道按自北向南的顺序连续施工，施工船舶自北侧边线进入后，航道临时改道至左侧区域，船舶进入左侧施工时，再恢复现有5000吨级航道通行。
本供水管线与规划航道交点为L、O、R，管线施工时作业船舶向西南方向（金门方向）推进。当施工船舶位于O～R侧抛锚作业时，作业船舶前方设置两个绿色（夜间发光）锚缆标，指示商船从施工区左侧慢速通过；当施工船舶位于L～O侧抛锚作业时，作业船舶后方设置两个红色（夜间发光）锚缆标，指示商船从施工区右侧慢速通过，确保供水管线于航道区域施工期通航安全。
5.金门登陆段
金门登陆段地形复杂， 14K至登陆点间为岩石区段，区段内岩石露头密布于海床上，管线以S型绕行主要岩石露头；登陆区附近区域有岩石露头分布，可能影响船舶抛锚，固铺管船不能直接靠近岸边铺管，只能采取拖管、沉管方案。
（1）拖管长度确定
0—120m（0m为金门登陆点，往晋江方向计量长度，下同）：沙滩段，低潮位时能露出，海床面高程变化范围为：4m—-1.5m
120-350m：浅滩段，海床高程变化范围大致为：-1.5—-4.5m；
350m以外：海床高程低于-4.5m，平均低潮位水深大于2.7m；
鋪管船长度：船体长80m，铺管托架长65m，合计145m；综合考虑地形、潮位、铺管船作业范围，最终确定登陆段拖管长度为500m。
（2）登陆段管道安装
开挖方案：120-500m由挖泥船乘潮水下开挖沟槽，0-120m为沙滩区，待拖管到位后再用挖掘机挖槽埋管。
管道安装：铺管船在离岸500m处弃管，调转船头往金门登陆点方向，开始熔接管道，管头用堵板密封，已接管漂浮在海面上，每接一段，往岸上方向拖一段，总接管长度500m，在最高潮位时，利用陆上卷扬机拖拉管道登陆，管头至预定地点后灌水沉管，并在500m处海面上进行最后一个接头的熔接。
席块安装、回填：0-120m为干式施工，用挖掘机从两侧挖槽，吊车吊装混凝土席块盖到管上，再用沙土回填；120-500m席块安装由潜水员在高潮位时配合小型起重船水下安装。
四、结语
本项目是涉及两岸通水的民生工程，施工品质控制尤为重要，受地形、地质、台风、季风、养殖区搬迁、沙堤保护、穿越航道等多种因素影响，海上施工难度较大。在施工过程中根据不同施工环境及条件，选取了多种海底管道敷设工艺，并取得满意效果，在今后类似海管工程中值得借鉴。