一种复杂工况条件下海底小管径输水管道铺设的施工方法

技术领域

本发明涉及管道施工技术领域，尤其涉及一种复杂工况条件下海底小管径输水管道铺设的施工方法。

背景技术

在穿越航道向海中岛进行输水管线铺设过程中，通常会遇到海底各类管线（光缆、电缆）等交错布置，各类管线的埋置深度不一、当将管道铺设到位后，不论采用先挖法或者后挖法的管道埋设下沉方法，都极易对现有的各类管线造成严重的损坏，敷设前需要对管线敷设影响范围内的各类管线采取拆迁、改移、保护等各类措施，都极大的影响施工的进度，增大了成本，且会严重的影响通航。如何实现对复杂工况条件下海底输水管线的安全、高效的管道铺设是一项迫在眉睫的任务。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种复杂工况条件下海底小管径输水管道铺设的施工方法，其解决了现有技术中存在的施工效率低且施工成本高的问题。

根据本发明的实施例，一种复杂工况条件下海底小管径输水管道铺设的施工方法，包括如下步骤：

S1、测量所需铺设的输水管道的总长度，将测得的总输水管道分为长度相近的两段，一段输水管道为底拖管道，另一段输水管道为钻埋管道；

S2、在两个管道焊接完成后，在流道一侧通过拖轮拉动钻埋管道的一端，将钻埋管道的活动端拉至流道中部，在流道另一侧通过定向钻机驱动钻杆开设钻埋管道的埋设通道，将埋设通道的出土点设置在流道中部，将钻杆从出土点穿出；

S3、通过打捞船捞起钻杆并延伸至拖轮，在拖轮上拆卸进行钻杆和钻具，并更换成扩孔用钻杆和钻具换装；

S4、通过定向钻机提供牵引力回拖钻埋管道和底拖管道，使得钻埋管道和底拖管道的接头进入埋设通道中。

优选的，在步骤S2中，拖动所述钻埋管道下滑施工前，安装用于支撑所述钻埋管道和底拖管道的滑轮发送装置，滑轮发送装置包括固定式滑轮和移动式滑轮，固定式滑轮包括安装在入海端的固定式支架和等距安装在固定式支架顶部的滑轮，移动式滑轮包括移动式支架和安装在移动式支架顶部的滑轮，滑轮均成对布置，且倾斜转动安装，相对的滑轮的顶端相互靠近。

优选的，在所述底拖管道的外壁等距焊接阳极保护块，并在焊缝处冷却后对其进行防腐处理。

优选的，在所述滑轮发送装置的近海端进行所述阳极保护块的焊接施工。

优选的，所述滑轮包括橡胶滑轮和树脂滑轮，橡胶滑轮和树脂滑轮交错布置。

优选的，所述埋设通道的内径为所述埋设管道外径的1.2~1.5倍。

优选的，在步骤S2中，开设所述埋设通道包括： S201、在所述定向钻机进行所述埋设通道的岩石层段钻孔时，安装三牙轮钻头，钻至接近岩石层与淤泥层时，撤回三牙轮钻头，换装正推岩石扩孔器，并使用正推岩石扩孔器扩通岩石层和淤泥层的交界处，岩石层扩孔完成后撤回扩孔器； S202、换装鸭掌板导向头，并通过鸭掌板导向头导向至岩石层外的淤泥层，再沿钻杆下导向钢套管，导向钢套管位于岩石层和淤泥层之间，最后通过鸭掌板导向头完成淤泥层的导向。

优选的，在步骤S201中，使用所述正推岩石扩孔器进行三级扩孔，包括连续采用12-1/2”、φ457扩孔器和φ610扩孔器，并使用φ610扩孔器扩通岩石层与淤泥层的交界处。

优选的，在步骤S2中，开设所述埋设通道时，前段采用小直径的钻杆，后段采用大直径的钻杆。

优选的，在步骤S4中，回拖所述钻埋管道时，采用钻具组合，钻具组合包括钻杆、扩孔器、回拖万向节和主管线，且回拖过程时进行连续作业。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、采用定向钻与底拖组合的施工工艺，最大程度的避免了对管道铺设范围内其它管线的影响，且采用定向钻的方法缩短了管道的铺设距离，若采用底拖原管线需要越过障碍物后进入水厂，而定向钻则直接以直线距离穿过障碍物，使管材得到一定程度的节约。

2、流道两侧同步施工，底拖管道和钻埋管道分别焊接施工，管道可直接在现有的隧洞内进行全线焊接，之后可通过滑轮发送装置进行底拖管道下滑施工，提高了输水管道的施工效率。

3、采用滑轮发送装置，包括固定式滑轮和移动式滑轮，辅助输水管道下滑施工，滑轮均成对布置，并对滑轮的作用进行区分，其中橡胶滑轮对输水管道进行保护和缓冲，尼龙滑轮为输水管道提供承载力，对输水管道提供合理的支撑，使输水管道下滑更灵活便捷。

4、对底拖管道进行加厚配重，增加底拖管道的壁厚不仅能够使得底拖管道能沉至海床底部，而且提高了底拖管道的耐腐蚀性能，相较于其它方式增加配重有效控制了施工成本。

5、在底拖管道上安装阳极保护块，并且在底拖管道即将入海时进行焊接安装，能够避免阳极保护块焊接在底拖管道上后，在下滑过程中卡在滑轮处，造成底拖施工干涉。

6、定向钻施工中，在穿越岩石层与淤泥层时，使用三级扩孔和增加钢套管的形式，避免钻杆在岩石层与淤泥层交界处因软硬不均造成折弯，保证钻杆的刚性及可控性。

7、定向钻施工中，若全段采用大直径的钻杆则会造成较大的扭矩损耗，若全段采用小直径的钻杆则会在导向距离过长后造成扭矩不足，因此在前段使用小直径钻杆，后段使用大直径钻杆，不仅能够节省扭矩损耗，而且保障了施工的效率。

附图说明

图1为本发明实施例中打捞钻杆的施工主视图。

图2为本发明实施例中连接钻杆和输水管道的施工主视图。

图3为本发明实施例中回拖输水管道的施工主视图。

图4为本发明实施例中打捞钻杆的施工俯视图。

图5为本发明实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

如图1-5所示。本发明提出一种复杂工况条件下海底小管径输水管道铺设的施工方法，包括如下步骤：

S1、测量所需铺设的输水管道的总长度，将测得的总输水管道分为长度相近的两段，一段输水管道为底拖管道，另一段输水管道为钻埋管道；

S2、在两个管道焊接完成后，在流道一侧通过拖轮拉动钻埋管道的一端，将钻埋管道的活动端拉至流道中部，在流道另一侧通过定向钻机驱动钻杆开设钻埋管道的埋设通道，将埋设通道的出土点设置在流道中部，将钻杆从出土点穿出；

S3、通过打捞船捞起钻杆并延伸至拖轮，在拖轮上拆卸进行钻杆和钻具，并更换成扩孔用钻杆和钻具换装；

S4、通过定向钻机提供牵引力回拖钻埋管道和底拖管道，使得钻埋管道和底拖管道的接头进入埋设通道中。

钻埋管道和底拖管道均使用加厚的12mm管道，有利于最佳的底拖牵引力控制。

钻埋通道的出土点设置在航道远离钻埋通道的入土点的一侧，钻埋通道穿越航道，避免了大量的障碍物，缩短管道的敷设长度。

在进行某海底输水管道铺设施工时，管线全长5.4km，底拖管道设定长度为2.6km，钻埋管道设定长度为2.8km，为了加快施工进度，工程施工中，借用新建隧道作为钢管焊接预制场地，全线管道共分为三段进行焊接，钻埋管道为一次性焊接，底拖管道分两次焊接，对焊接完的管道进行焊缝质量检验，经检验合格后，及时对钢管进行防腐处理施工。

在拖轮将输水管道底拖至钻埋通道的出土点位置后，此时拖轮不再给予输水管道牵引力，输水管道的牵引力与定向钻回拖的牵引力全部由定向钻机提供，在拖轮上完成钻杆、钻具、分动器及主管道连接，进行输水管道的回拖施工。

在步骤S2中，拖动所述钻埋管道下滑施工前，安装用于支撑所述钻埋管道和底拖管道的滑轮发送装置，滑轮发送装置包括固定式滑轮和移动式滑轮，固定式滑轮包括安装在入海端的固定式支架和等距安装在固定式支架顶部的滑轮，移动式滑轮包括移动式支架和安装在移动式支架顶部的滑轮，滑轮均成对布置，且倾斜转动安装，相对的滑轮的顶端相互靠近。

固定式支架包括立柱、横梁和操作平台，固定式滑轮设置在输水管道的入海端，通过尼龙滑轮作为承力轮，对输水管道进行支撑，通过橡胶滑轮提供对输水管道的保护和缓冲。

输水管道通过轮胎挖掘机配合叉车放置于滑轮发送装置的滑轮上，在入海口处通过多辆轮胎挖掘机辅助输水管道进行缓慢下滑，当输水管道滑移至固定式滑轮下端时，观测最佳潮水位，通过拖轮提供牵引力，进行输水管道的底拖施工。

作为本发明优选的实施方式。在所述底拖管道的外壁等距焊接阳极保护块，并在焊缝处冷却后对其进行防腐处理。

沿底拖管道每隔十米焊接一个阳极保护块；由于钻埋管道上敷设的覆土较厚，且钻埋管道和底拖管道为方便底拖施工均从10mm壁厚加至12mm壁厚，钻埋管道满足防腐蚀要求。

作为本发明优选的实施方式。在所述滑轮发送装置的近海端进行所述阳极保护块的焊接施工。

在输水管道进行底拖下滑施工时，定向钻施工段未安装阳极保护块可以顺利实现下滑施工，但已经焊接了阳极保护块的管道在底拖施工时管道极易发生旋转，使阳极保护块卡在滑轮处，不仅会对滑轮造成损失，且极大的增大了底拖时的阻力，大幅降低了底拖施工效率。因此，在输水管道的入海口处依靠下滑道系统的操作平台对管线采取边底拖边焊接阳极保护块的措施，对焊接完成的焊缝处待冷却后及时进行防腐处理。

作为本发明优选的实施方式。所述滑轮包括橡胶滑轮和树脂滑轮，橡胶滑轮和树脂滑轮交错布置。橡胶滑轮对输水管道提供保护和缓冲，尼龙滑轮对输水管道提供支撑，使管道的受力更合理，下滑更灵活。

作为本发明优选的实施方式。所述埋设通道的内径为所述埋设管道外径的1.2~1.5倍。

选取成孔为管道外径的1.5倍，自来水管线直径D325，成孔外径选择325mm×1.5=485.85mm，结合计算结果及现场地址状态，最终需预扩孔至φ500，岩石层段因需要下导向套管，需要扩孔至φ610。

在步骤S2中，开设所述埋设通道包括： S201、在所述定向钻机进行所述埋设通道的岩石层段钻孔时，安装三牙轮钻头，钻至接近岩石层与淤泥层时，撤回三牙轮钻头，换装正推岩石扩孔器，并使用正推岩石扩孔器扩通岩石层和淤泥层的交界处，岩石层扩孔完成后撤回扩孔器； S202、换装鸭掌板导向头，并通过鸭掌板导向头导向至岩石层外的淤泥层，再沿钻杆下导向钢套管，导向钢套管位于岩石层和淤泥层之间，最后通过鸭掌板导向头完成淤泥层的导向。

在步骤S201中，使用所述正推岩石扩孔器进行三级扩孔，包括连续采用12-1/2”、φ457扩孔器和φ610扩孔器，并使用φ610扩孔器扩通岩石层与淤泥层的交界处。

作为本发明优选的实施方式。在步骤S2中，开设所述埋设通道时，前段采用φ168的钻杆，后段采用φ219的钻杆。

使用鸭掌板导向头，导向至岩石层外的淤泥层200m左右，沿钻杆下φ355*18mm的导向钢套长约400m（岩石孔洞内300m+淤泥层100m），套管下至指定区域后继续完成淤泥层导向，淤泥层的穿越φ325自来水管线预扩孔采用一级扩孔，导向施工结束后，由打捞船捞起钻杆延伸至驳船，在驳船上进行钻杆、钻具拆卸换装，连接φ500扩孔器进行淤泥层拉扩施工。

作为本发明优选的实施方式。在步骤S4中，回拖所述钻埋管道时，采用钻具组合，钻具组合包括钻杆、扩孔器、回拖万向节和主管线，且回拖过程时进行连续作业。