摘要：針對海底管線管溝預開挖中，由于上部的流泥層和淤泥層是含水量高、孔隙比大、強度低、壓縮性高、流動及流塑性的軟弱土，管溝開挖后支持力差，受潮汐水流影響易回淤，不易準確檢測管溝深度的特點，提出合理的預開挖工藝、質量控制及管溝檢測方案，在西氣東輸二線海底管線工程中效果良好。

　　關鍵詞：海底管線,預挖溝工藝,質量控制,管溝檢測

　　引言：隨著石油工業的發展，石油及天然氣的開采和運輸逐步由陸地向灘淺海轉移，這不僅彌補了陸上石油天然氣的不足，還充分利用了近海油氣資源。目前，隨著施工技術的發展，海底管線做為海上石油天然氣的運輸手段，已經被越來越多的應用在工程項目當中。然而，在海底管線的鋪設中，還存在許多亟待解決的技術難點。海底管線管溝的開挖根據海床及海水深度和施工方法的不同，可分為預挖溝和后挖溝。預挖溝是指在管線鋪設前，用挖泥船等挖泥設備將管溝挖設成形，然后用鋪管船進行管線焊接鋪設，主要適用于海水較深水域(大于3m);后挖溝是指先進行管線預制，然后將管線拖至管線路由上，再沿管線挖溝沉管，適用于近海段，水深1.5m~3m的沙灘淤泥區域。

　　西氣東輸二線海底管線工程，全長29KM，分為兩段：求雨嶺至大鏟島段海底管線長9.4KM，規格Ø914×25.4，全程管溝采用預開挖;香港支線段從大鏟島至香港龍鼓灘，全長19.6KM，管線規格Ø813×25.4，其中深圳境內及香港境內跨龍鼓航道段采用預挖溝工藝，其余部分采用后挖溝工藝，管線鋪設后用碎石和塊石回填。管線路由穿越大鏟、銅鼓和龍鼓三個航道，管線路由平均水深0~7M,三個航道水深為7~13M，管溝的開挖深度一般在泥面下3.5米~15米，邊坡比1：7，管線路由上的海床地質主要由流泥層、淤泥層、粉質粘土、粘土組成，管線主要鋪設在淤泥層與粉質粘土之間，開挖上部的流泥和淤泥層由于是含水量高、孔隙比大、強度低、壓縮性高、流動及流塑性的軟弱土，管溝開挖后支持力差，受潮汐水流影響易回淤，不易準確檢測管溝深度，并且對管溝底平整度、超寬、超深的控制要求高，由此提出了海底管線預開挖及檢測技術課題，以利于在類似工程中的借鑒和推廣。

　　1、管溝預挖溝的施工工藝

　　按設計要求，一般地段管溝開挖按泥面平均厚度8米，邊坡比流泥層、淤泥層1：7，粘土層1：4，溝底5米考慮，管溝的上口寬度為117米左右。

　　1.1開挖機械的選擇

　　可以選擇抓斗挖泥船(8 m3/斗、6 m3/斗)和自航耙吸船兩種開挖機械，抓斗挖泥船需配備相應泥駁。

　　自航耙吸船受耙桿作業長度的影響，在本工程中主要用于表層4米左右泥面的開挖，由于不需輔助船只就能獨自作業，因此在前期泥方量較大時，與8 m3抓斗挖泥船同時進行上層泥方的開挖，在挖最后一層基槽時，為保證開挖精度，采用6m3挖泥船作業。

　　1.2管溝預開挖工藝

　　海底管道鋪管作業是在管溝至少成型1KM后進行。由于管溝開挖泥方量大，工期較長，且受海浪潮汐及過往船舶對管溝沖擊的影響，管溝不能一次全部成型，因此采用分段、分條、分層開挖。

　　1.2.1分段開挖

　　根據施工區開挖泥量的多少及作業船舶布錨區域的實際情況，在管線路由上布置多個施工作業區段(每個區段以1KM計)，每個區段布置一組作業船舶。

　　1.2.2平面上的分條開挖

　　根據抓斗挖泥船的一次有效作業開挖寬度，把施工區段進行平面上的施工條數劃分，劃分原則為挖泥船的一次有效開挖寬度，同時，必須考慮相鄰兩個施工條之間的疊加，用于消除因DGPS定位誤差而造成的漏挖。抓斗式挖泥船一次可挖掘的有效寬度一般為14m，按相鄰兩施工條1m搭按寬度考慮，分條寬度定為13m。耙吸船每一耙的有效開挖寬度為2米，每耙重疊開挖0.5米。

　　1.2.3斷面上的分層開挖

　　為了防止塌方，橫斷面上的管溝開挖，邊坡部分采取階梯式放坡，先挖邊坡頂層流泥、淤泥，自上而下分層開挖，最后開挖管溝最底層的基槽。根據邊坡比確定每梯層管溝寬度;按泥面平均厚度8米考慮，分四層開挖，前三層每層厚度控制在2~2.5米，最后一層1米左右為基槽開挖，基槽在海底管道鋪設前再進行挖除，以減少因管溝開挖時間過長，來不及鋪管，而造成對成型管溝的回淤過大。

　　海底管線

　　圖1管溝斷面示意圖

　　基槽

　　寬度

　　高差

　　1：7設計邊坡線(部分土質1：4)

　　原泥面

　　2、管溝的質量控制

　　對預挖溝進行質量風險分析：管溝定位不準確、挖后的溝槽可能存在管溝深度不夠或者超挖過多、管溝底不平、發生回淤過多現象，影響管道的正常鋪設。相應采取如下的措施：

　　2.1施工前和施工過程中，采用先進的中海達RTK GPS系統進行定位，并及時對測量定位儀器進行檢查和校核，以保證定位準確;

　　2.2分條分層進行開挖，避免出現過大回淤或者塌方;

　　2.3增加過程控制點，在管溝的第三層(共四層)開挖完成后，進行多波束及水砣自檢，為最后一層的精挖提供數據;

　　2.4合理安排施工工序，在鋪管前用小斗(6 m3)進行最后一層精挖，驗收合格后，緊接著進行鋪管，避免因管溝開挖時間過長，回淤過大。

　　3、管溝的檢測

　　3.1管溝溝型的檢測

　　管溝驗收原計劃主要采用多波束測深聲納系統，即在測量船上既要安裝RTK雙向定位接收機或DGPS系統，以提供坐標和潮汐數據，引導施工船舶作業外，還要加裝可實時采集數據的高精度多波束回聲測深儀，可以用圖形的形式實時顯示測量水域下管溝的形態。多波束測深的原理是通過多個換能器組成的陣列，同時發射和同時接收多個波束對海底進行條帶式全覆蓋測量，來達到測量海底地形地貌的目的。

　　但在實際挖溝過程中，由于在原海床面上存在一定的浮泥層，而浮泥的密度小于淤泥，在水下半封閉式抓斗挖泥下，不能成塊進行清理干凈，必然在挖泥的過程中，逐漸沉積到溝底，并且管溝邊坡在海水的浸泡和沖刷中也會產生浮泥沉在溝底，這樣就在溝底形成了1~2米左右懸浮的浮泥層。用多波束測深系統發射的波束在接觸到浮泥層后，不能穿透浮泥層就進行反射，測量出的溝底深度只是到浮泥層表面，不能到有承載力的基槽，因此多波束測量只能測出管溝的溝型。

　　3.2管溝溝深的檢測

　　溝深的測量采用水砣法進行測量，根據模擬實驗和理論計算，我們采用重量為7公斤鋼圓柱體(直徑為5厘米，高為45.5厘米)作為砣體，直徑2mm鋼絲繩為測量繩，并在測量繩上間隔0.5米做刻度標識來制作水砣。經過水砣對溝底測深和潛水員下水探摸，驗證水砣能達到基槽的持力層，能真實的反映溝深的實際。但用水砣法測深，受打水砣的人為因素及海潮潮流的客觀因素影響，這就要求盡量在平潮時用固定的水砣工進行水砣測量，才能保證測量數據的準確性。

　　由此，得出了管溝檢測用多波束聲納檢測管溝溝型、水砣測溝深的方法。

　　4、效果檢測

　　在海底管道鋪設后，用管線儀對管線埋設情況進行檢測，結果表明管線是鋪設在設計路由上，并且管頂的標高加上管徑之和與水砣測的溝深相比較，偏差在100mm~200mm之間，這就說明管線是落在基槽的持力層上，同時驗證了多波束聲納測溝型，水砣測溝深的可行性。

　　結束語：

　　在西氣東輸二線海底管線管溝預挖溝的施工中，采用抓斗挖泥船和自航耙吸船分段、分條、分層階梯式開挖，無論是從管溝的成型還是溝底的質量都是可以保證的，并且用多波束聲納測溝型，水砣測溝深的方案是行之有效的。

　　參考文獻：

　　⑴、《自航耙吸式挖泥船艏吹施工工藝及效益分析》李國江、王會禹 中國海灣建設2009.10

　　⑵、《多波束測深關鍵技術研究》范震寰 南京航空航天大學 2005.12