海底管道混凝土配重层破拆施工技术

张国兴

摘要：随着海洋工程的日益发展，海底管道逐渐增多，由于海底管道受到外力破坏或自身原因造成内部介质泄露或管道变形，为防止海洋污染，保障海洋管道的正常运行，需要对海底管道进行安装管卡，海底管道混凝土配重层破拆是海底管道安装管卡前的关键步骤，也是非常困难的一步。 本文通过宁波输油处册镇海底管道两处变形缺陷修复项目，详细阐述了利用高压水混凝土破拆设备安全高效清理管道混凝土配中层的施工方法，可为以后类似抢维修工程顺利实施提供有力技术保障。

主题词：高压水 混凝土配重层 破拆 潜水

随着我国海底管道铺设长度增加，以及管线服役年限的增长，海底管线维修量越来越大，因此对海底管线配重层的清理的需求越来越大，本文通过宁波输油处册镇海底管道两处变形缺陷修复项目，详细阐述了利用高压水混凝土破拆设备安全高效清理管道混凝土配中层的施工方法，可为以后类似抢维修工程顺利实施提供有力技术保障。

1 管线变形点概况

册子岛-镇海海底原油管线长约36.3公里，起点位于册子岛西侧的大沙岱，终点位于北仑电厂二期工程灰坝（海塘）。海管直径762mm（30英寸），为常温管线，沿线水深0-22m。册镇管道全线检测中，发现kp25.4及kp19.7处出现较为严重的变形缺陷，变形量分别达到22%及12%。1#变形点（22%）施工区域位于西堠门航道中间位置；2#变形点（12%）施工区域距金塘大桥主航道东北方向300m左右。

下图为1#变形点内检测变形点缺陷示意图如下：

图2.1-3 Kp25.4处变形点缺陷示意图

为确保管线运行安全，对册镇海底管道两处变形点进行修复。需要采用高压水混凝土破拆设备对变形点处混凝土配重层进行清理，1#变形点位于西堠门航道内，航道内流速最大高达7节，平潮时间短，这要求设备的就位要快速而准确。变形点处管线受到了极大的外力破坏，导致管线表面配重层部分脱落或翘边，这样混凝土配重层容易挡住设备喷头的行走，给施工带来极大的困难。因此，如何将设备快速就位且避免喷头卡阻成为混凝土配重层是否顺利破拆的关键。

2 总体破拆流程

管线开挖形成水下施工作业面后，由潜水员探摸缺陷具体情况，测量缺陷尺寸，了解管线初步的变形情况。结合管道内检测的缺陷点数据信息初步确定管线配重层清理范围。为保证设备喷头不被混凝土配重层的卡阻，采用切块的方式将配重层分割开来，然后潜水员下水将钢丝剪断，最后利用钢丝绳将配重层剥离钢管本体。

1、首先用高压水混凝土破拆设备将管子进行如图所示的形状破拆，两侧与管线0点位置破拆宽度为40厘米，3点与9点位置破拆宽度为20厘米。

2、如图破拆完毕后，潜水员将两侧环与0点位置的钢丝剪断。

3、由潜水员采用液压扩张器在0点位置将混凝土配重层向两侧扩张，配重层边缘翘起后用钢丝绳套住配重层边缘用吊机向两边拉，将混凝土配重层剥离管体。

2-1 混凝土配重层破拆区域示意图

3 混凝土配重层破拆施工

3.1设备介绍-高压水混凝土破拆设备

图3-1高压混凝土破拆设备

液压主机2套，主要参数：

额定工作压力：1400BAR（1000BAR---1800BAR可调）；

外形尺寸：3200*2200*2400mm；

重量：1.8T

电磁定点工作行程：2M

成套系统设备的配置在充分考虑海管安全、现场作业人员和设备安全、环境安全的前提下，选用国际一流的康明斯柴油机组、JETSTREAM泵头、PARKER高压水管、STONEAGE旋转枪头、蓝宝石枪嘴等核心部件，综合国际上6家优质水下破拆工装不同特点，以简单稳定、低能耗高效率为宗旨，针对册镇海域实际水文和海况，优化组合量身定制了液力破拆专用成套系统。

3.2设备陆上试验

在高压水混凝土破拆设备现场施工前进行陆上模拟试验，通过陆地测试调整工装执行机构运行参数和液力机组运行参数，通过水下模拟实验确认成套设备系统最佳破拆状态的参数设置，以满足破拆作业的各项要求。

3-2设备试验 3-3 陆上试验坑

水下模拟实验在陆上定制水池（长6m*宽3m*深3.5m）中进行，潜水组主要潜水员全程参与陆上水下模拟实验，通过零能见度的实操演练，充分熟悉水下破拆工装的安装、移位、检查和解拆四个方面的动作要领和操作流程，确保施工现场低能见度环境下的有效作业。

3.3水下专用工装的定点安装

专用工装单次定点作业范围是360度圆周面，长度2000mm，超过2000mm需要进行二次水下定位安装。此工装两端是倒U型结构，可以实现在输油管线上的固定，并且能够实现自动锁定支撑点确保与输油管线的同轴度，中间部分是两HALF型执行机构，可根据管线表面实际状况调整设置相应参数，自动进行配重层破拆。专用工装的定点安装和解拆配有两套方案。

下水安装之前，在工作船甲板面将专用工装液压管线、高压水管线及枪头等安装准备就绪，两half型执行机构打开并保险，2根末端载有固定器的钢丝引绳从预紧收缆器放出，吊钩滑环（一种在过程中固定在吊机钩头上的导向装置）固定在吊机钩头上，根据现场水深同时释放2根钢丝至所需长度，然后打开专用工装两端的导向装置将两根钢丝载入工装。

水下定点安装。待潜水条件具备（平潮期为佳），工装的两端分别安装一个信标，水上定位显示工装的位置与角度，潜水员持固定器下潜至作业区域，将固定器固定在输油管作业段两端。专用工装开始起吊下水，随钢丝引绳到达作业区域，潜水员根据输油管作业段轴向微调定位后通知水上锁定工装。解除吊运钢丝，卸载钢丝引绳，保留固定器备用。完成定点安装，潜水员上浮出水。

为满足工装正常运转，破拆作业海管径向2米，轴向5米范围是工装运转的安全空间，即工装定位作业点的海沟尺度不得小于轴向5米*径向4米。

3-4工装就位 3-5 工装定位显示

3.4混凝土配重层破拆

根据预设参数，启动液压系统，在整个工作面确认枪头行走安全。开启高压水机组，开始破拆。破拆过程中，枪头每轴向海管破拆往返1次计数1次，每各位置往复破拆3次周向步进1次，水上人员通过计数显示和作业区域声谱分析以及潜水员探摸进行双重检测和定时检查，直至按照方案区域表面清理完成。

水下工装的破拆枪头步进距离为5cm，轴向总行程为2米，三次定位可完成破拆6米的工作。工装定位完成后，枪头自0位出发，沿轴向进打击破拆，破拆宽度为8cm，根据管面破拆和表面处理要求设定水压和清理次数，单次轴向2米的行程一次破拆和清理完成。

3.5工装移位

表面清理完成后，枪头恢复至0位（安全避碰、重心复位），水上设备停机后，作业船吊机钩头就位备用。潜水员下水做工装水下移位准备工作。待潜水员到位后，工装液压锁解锁，工装悬浮后轴向移位至下一步工装位置。直至如图所示的区域全部破拆完毕。

3-6 工装移位图

3.6潜水员剥离混凝土配重层

潜水员在每次平潮时下水用钢丝钳将两侧环与0点位置的钢丝剪断，钢丝尖端后，用液压钳在0点位置将混凝土配重层向两侧扩张，潜水员把楔子放到配重层与钢管之间，用手锤敲击楔子，使配重层一点点翘起，配重层边缘剥离后，潜水员用钢丝绳套住配重层，用吊机向旁边拉钢丝绳将配重层剥离管体。

3-7 剥离下的配重层

4 结束语

基于高压水混凝土破拆设备的海底管道混凝土配重层破拆施工技术，已成功应用于海况恶劣的杭州湾海域宁波输油处册镇海底管道两处变形缺陷修复项目，实现了高难度作业的常规化施工，在国内首创了一套操作性强、效率高、风险低的在役海底管道混凝土破拆施工技术，可为今后类似抢修工程提供有力借鉴。

作者简介：张国兴，工程师，2008年毕业于承德石油高等专科学校，从事海底管道铺设、抢维修技术工作，联系地址：山东省青岛市开发区连江路1号，电话：[phone]，Email：[e-mail]