海底承插式玻璃钢管道安装施工工艺研究

上育平，寇君淑，房海勃，李明亮

(1.中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710065；2.西安工业大学 建工学院，陕西 西安 710032)



海底承插式玻璃钢管道安装施工工艺研究

上育平1，寇君淑2，房海勃2，李明亮2

(1.中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710065；2.西安工业大学 建工学院，陕西 西安 710032)

摘要：海底大直径玻璃钢管安装受海上风浪、潮差、海流及海床地质等因素影响，操作技术难度大，操作风险极高。针对柬埔寨西哈努克市火电厂海底大直径玻璃钢管安装工程的特点，采用岸上哈夫接头拼装，水下承插接头安装的施工方法进行安装。在施工中，重点控制岸上接头安装精度、水下管道连接与密封工艺施工质量，取得了很好的效果。本工程施工质量控制措施可为类似工程施工提供重要的技术参考。

关键词：玻璃钢管；海底；管道安装；施工工艺；质量控制

玻璃纤维增强热固性树脂管简称玻璃钢管(FRP管)，其主要特点除重量轻和输送液体阻力小之外，还有抗化学和电腐蚀的作用，并保证供水水质，因此被广泛应用在管道工程[1]。FRP管首先于20世纪50年代开始应用于石油工业。后来在材料上进行改进，使FRP管耐腐蚀性能更强、使用寿命更长，并逐渐被广泛应用[2]。我国从70年代开始小批量生产玻璃钢管，由于玻璃钢管具有重量轻、摩阻小、寿命长、安装简单，且无毒无污染，防腐性好，不会对水造成二次污染等优点，其后被大量应用于石油、化工、造纸、城市给排水、工厂污水处理等行业[3-5]。但基本都为陆地铺设，海底大口径玻璃钢管使用实例极为罕见[6-7]。

由于海底安装玻璃钢管受海上风浪、潮差、海流、海床地质以及操作技术等方面的限制，施工质量很难保证[8-10]。同时，玻璃钢管在水下铺设，很难控制合适的管口环刚度，能保证管口在安装时不变形[11-12]。同时，在水下安装，水流流速、混浊度等因素的影响，给潜水员水下控制安装带来很大的困难[13-14]。为了克服上述难题，以柬埔寨西哈努克火电厂海底承插式玻璃钢管道安装工程为例，重点分析了施工工艺和各步骤施工的难点和重点。

1　工程概况

柬埔寨西哈努克火电厂位于西哈努克港以北15 km处，海潮属日潮区，平均潮差0.7 m，海水最大流速为2 m/s，最大风速12 m/s，最大浪高2.5 m。西哈努克火电厂采用玻璃纤维增强热固性树脂管，设计管径2 000 mm，管道长度594 m，布置在海底，最大水深9.5 m，最小水深5.3 m。管材为南京某工厂生产，管道单根长12 m，壁厚25 mm，单根重量3 t。

电厂采用海水循环冷却，取水工程布置在卸煤码头的西侧，管线长度为594 m，在管线靠海域末端处设置一座箱型取水口，取水口为预制钢筋混凝土结构，取水口进水底槛高程为-8.92 m，顶标高为-1.5 m。管道安装设计接头主要以双“O”型圈承插带锁紧连接为主，每4根管设置一个卡箍式哈夫接头，管道结构形式如图1所示。单管输水量约为26 730 m3/h(7.43 m3/s)，工作压力约为-0.025 MPa～0.2 MPa，试验压力约为0.4 MPa，管道采用直埋方式，管顶覆土厚度2.0 m～5.0 m。

图1管道结构设计图(单位:mm)

2　主要施工步骤与控制措施

本工程的主要施工步骤包括：① 管沟开挖；② 基础整平；③ 管道陆上拼接、浮运及下沉就位；④ 水下双“O”型圈锁紧式承插连接施工；⑤ 压水试验；⑥ 回填。海底玻璃钢管安装的关键在于两个方面：一是岸上哈夫接头安装的精度；二是水下双“O”型圈承插连接。

2.1管沟开挖

管沟开挖采用水下爆破施工，在近岸水深小于2 m时，搭设简易钻孔作业平台，手风钻或潜孔钻造孔；水深超过2 m后，采用升降式水上钻孔作业平台，潜孔钻造孔。采用由深水区域到浅水区域的钻孔爆破顺序。

2.2基础整平

基床整平采用“导轨刮道法”。挖掘好的管沟，经检验合格后进行沟底碎石垫层的整平施工，碎石垫层厚度为0.5 m。在管道基床，用两根长度为9 m的槽钢分别沿基槽底部两边上平行排放作为导轨。对每根导轨的两端进行测量定位，采用厚度不同的混凝土垫块及厚薄不一的钢板垫衬导轨底部，确保导轨顶面处于设计管道底平面上。潜水员在水下以导轨顶部为准，用一根长度不小于导轨间距的横担在导轨上来回刮动整平。

2.3管道陆上拼接、浮运及下沉就位

由于西哈努克火电厂管道安装工程所处海域流速和海浪较大，为保证施工质量，选择岸上接头安装。同时，由于哈夫接头安装精度要求高于承插接头，而岸上拼装更易于精度控制。因此，施工中采用了岸上哈夫接头拼装，水下承插接头安装的模式。具体步骤如下：

(1)管道陆上拼接

管道拼接场地选择海岸的临时性坡形滑道上进行，2节管组成一组。根据设计哈夫接头布置位置，岸上连接一组采用哈夫接头，一组采用承插接头，将管道组接完成后，再对结合处的密封防漏性能进行检验，合格后将管道两端洗净后，涂上润滑油，最后将密封橡胶圈套在插口的凹槽中。接头安装和管道连接如图2和图3所示

图2承插接头安装

图3管道连接图

(2)管道封堵

拼装好的管段两端采用专用的管道封堵气囊进行封堵，封堵端预留注水孔与排气孔，用于调整管段下沉与上升幅度。气囊布置安装如图4所示。

图4气囊封堵示意图

(3)浮运

封堵好的管段，通过汽车吊调入海中，吊放时须设置不少于3个吊点，且中间吊点采用手拉葫芦拉紧，使吊带均匀受力。待管段浮于水面平稳后，由一艘小艇，牵引管段一端掉头并牵引管段至管线位置。为确保作业安全，浮运时最好选在无风浪位且高平潮情况下进行，并配备二艘小艇(交通船)左右接应。如图5所示。

图5浮运图

(4)注水下沉

管道浮运到准确位置后，将预先准备的水泵与管道注水孔连接，同时打开两侧排气管，两侧同时注水，注水时尽量保持管道的水平，让管道均匀下沉，直至管道处于悬浮状态。浮吊水下安装如图6所示。

图6浮吊水下安装示意图

2.4水下双“O”型圈锁紧式承插连接施工

管段下沉到位后，首先进行管口轴线的对准，在已沉管段的两侧分别配备一名潜水员，并分别从管道两侧检查管段的沉放位置，同时联络水上小艇操纵人员，以便对起吊的高低、左右和进退的距离进行指挥，并对其进行微调，使其满足管道承插口间距小于1 cm的要求。管段与已安装的管线位于同一轴线上，接口的角度偏差不得大于3°。安装前，对承插接头及已安装好的密封橡胶圈再一次进行检验，当确认安好无误后，拉紧葫芦使插口徐徐进入承口。然后，沿锁紧槽开口，将锁紧尼龙棒穿入锁紧槽。为保证施工质量，管道承插严格按照以下几点：

(1)下水前检查管道承口内是否光滑，有无纵向的沟槽和直径超过1.5 mm～2.0 mm的气泡。检查插口的外表及断面是否光滑，有无凸出处；“O”型圈槽的断面及台阶有无分层现象；橡胶圈尺寸与插口是否匹配，以及橡胶圈是否有气泡、裂纹、凸起、杂质等现象产生。

(2)连接承插管道时，应注意尽量保证试压堵头方向向上，以保证试压时，空气能够排尽。

(3)安装压水试验堵头，在堵头上缠绕密封生胶带，确保堵头密封的紧密性。

(4)将要连接的管道插口与承口调平、对中，对接头偶联区、环槽、承插口的密封面部分进行清理，将非酸性、非溶解性的油酯(黄油、凡士林等)均匀地涂上。将橡胶圈涂上油酯，从插口下面往里套，直到入槽后，再强行上拉，为避免扭搓，应使橡胶圈弹入槽内。然后用手沿圆周检查“O”型圈是否到位，将润滑剂涂在大口径管道需要在管道承口上。

(5)检查承插头之后，在插头上画出限位线，在两管上将卡具卡上，对称上紧两只紧绳器或手拉葫芦。将装入“O”型圈的插口压入承口，压入深度符合限位要求即可。

(6)在管道承口和插口之间的环状空隙中插入200 mm×15 mm×0.4 mm的钢板条，沿周围检查一圈，确定橡胶圈在环槽内的深度是否一致，若发现疑点，应重新连接。插接及拆分承插偶联件时，铁链或钢索不能直接与管道接触。将扁带状锁紧尼龙棒插入锁紧槽内。

2.5压水试验

水下承插完成后，再进行联接处的密封性试验。在起重船上的试压泵联上用胶皮管将打压嘴安装上，继而开动试压泵进行压水检查，其试验流程如下图所示。试验压力为工作压力的1.5倍，保压3 min，压降不超过0.05 MPa，即为合格，依此类推直至管线安完为止。

2.6回填

海底管沟回填按照先后顺序依次为碎石回填、混合倒滤层和护面块石回填。① 碎石回填，当管道安装超过100 m后，开始回填。本项目回填利用了部分炸礁碎石渣料进行回填，回填点距离安装工作面应大于70 m，以确保安装安全。② 混合倒滤层回填，按照设计填料进行分层回填，一次回填一个船位。③ 护面块石回填，回填选用的石块不能太大，一般最大块石不超过100 kg～200 kg；亦不能太小，否则起不到保护管道被船锚抓伤的作用。管底下部的鞍形基床的回填更应格外小心，不得吊起管道，由潜水员采用袋装碎石将管腋塞填密实。

3　质量验收及运行效果

按照相关验收规范[15-16]，每50 m作为一个验收段，对玻璃钢管安装的中心到前沿线距离偏差、相邻圆管齿槽错台、相邻圆管顶高差、接缝宽度、上下层错台、竖向倾斜等全方位进行了检查验收，共计检查104个部位，全部符合规范要求，合格率100%。

该管道2013年10月份开始投入试运行，运行过流量满足设计要求7.43 m3/s，运行至今为出现任何故障或缺陷，运行效果良好。

4　结　论

海底大直径玻璃钢管安装受很多因素影响，安装工艺复杂，施工质量难以保证。针对柬埔寨西哈努克火电厂海底玻璃钢管安装，采用岸上哈夫接头拼装，水下承插接头安装的施工方法，有效解决了施工上的技术难点，保证了施工质量，为类似工程提供了重要的参考经验。

参考文献：

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ResearchonInstallationConstructionTechniquesofSubseaSocketTypeFiberglassReinforcedPlasticPipelines

SHANG Yu-ping1,KOU Jun-shu2,FANG Hai-bo2,LI Ming-liang2

(1.SinohydroCorporationEngineeringBureau15Co.Ltd,Xi’an,Shaanxi710065,China；2.CollegeofCivilandArchitectureEngineering,Xi’anTechnologicalUniversity,Xi’an,Shaanxi710032,China)

Abstract：The installation of large diameter glass reinforced plastic pipes(FRP)under the sea is affected by sea waves,tidal range,ocean current and seabed geology and so on,so the construction is difficult with high risks.According to the installation engineering characteristics of large diameter FRP pipes in Sihanouk,Kampuchea power plant,the Hough joints were assembled onshore and then the socket joints were connected subsea.During the installation of FRP,it is very important to control the installation accuracy of the joints,as well as the construction quality of subsea pipe connection and sealing.The construction result is satisfactory,which provides some referential value for tsimilar engineering projects.

Keywords：glass reinforced plastic pipe;seabed;pipe installation;construction techniques;quality control

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.025

中图分类号：TU382

文献标识码：A

文章编号：1672—1144(2014)06—0129—04

作者简介：上育平(1977—)，男，陕西乾县人，工程师，主要从事水工及港工方面的施工工作。

基金项目：陕西省教育厅自然基金项目(2010JK599)

收稿日期：2014-09-09修稿日期：2014-10-14