董晓旭
天津俊昊海洋工程有限公司天津市滨海新区 300459
摘要：随着海洋石油、天然气勘探、开发和我国的高速发展，对石油天然气的需求日益加大，伴随而生的陆地终端以及油气处理厂相继建成投产，或进口原油的输送、处理，或是采油平台的油气汇集、输送，大量的登陆管道应运而生。
本文将结合马目-鱼山海底管道铺设项目近岸海底管道岸拖拖拉施工情况，阐述岸拖法在近岸登陆铺设中的应用，并对拖拉铺设中的拖拉力计算、拖拉系统布设、拖拉铺设设备等进行介绍。
关键词：海底管道；铺设；拖拉；岸拖；拖拉力计算；登陆铺设
引言
近年来海洋开发高速发展，各种油气登陆管道越来越多，无论海上向陆地输送，还是陆地向海上输送，均面对海陆管道联通而实施的近岸浅水段管道铺设问题，虽登陆铺管技术经过多年实践已日渐成熟，但由于工程的多样性、环境的复杂性各个项目不尽相同，尤其近岸区域水深较浅、海况和地质情况复杂，一般船舶无法进入或靠近，如何安全、高效、快捷的完成近岸管道的登陆铺设也成为很多工程人员、专家研究的内容。
1 近岸段管道拖拉铺设施工方法概述
近岸浅水段的海管铺设多采用拖管法施工，根据登陆点的可用区域、水深、地质、滩涂长度等所采用的拖管法也有所不同，拖管法通常可分为岸拖法和海拖法。
1.1 岸拖法
岸拖法即在登陆点适当位置（设计路由延长线上）设施拖曳绞车，而铺管船锚泊在满足吃水要求的设计路由轴线上，铺管船作为管道连接预制载体，在其铺管作业线上进行管道的组对、焊接、检测、防腐等，陆地的拖曳绞车通过钢缆与铺管船作业线管头连接，将管道一节一节(常用管道单节10～24m)由海中拖曳至设计登陆点位置。
岸拖法和海拖法可根据管道在拖曳中的位置细分为浮拖、离底拖、底拖，即管道在拖管过程中处于完全浮态、刚好离底、管道着泥三种状态，浮拖、离底拖在拖管过程中需绑扎大量浮筒保持管道浮力，同时受到水流波浪影响相应较大，而底拖法在拖拉过程中因受底面土壤束缚，管道拖拉过程中相对稳性，所采用浮筒等较少、但对拖曳绞车要求所有提升。
因底拖法在拖管过程中，管道状态稳定性较好、受海况影响相应较小，在拖曳设备满足要求下，多采用此种方法。
1.2 海拖法
海拖法又可分为陆地预制管道以及海上预制管道两种形式。
陆地预制管道是指在陆地修建管道预制作业线地来完成管道的组对、焊接、检验、防腐处理等工作，并在特定海况下通过锚泊在满足吃水要求的设计路由轴线上的作业船，利用船上的拖曳设备将预制好的管道由登陆点拖曳至海中指定位置。
海上预制管道是指铺管作业船锚泊在满足吃水要求的设计路由轴线上，依然在铺管作业船上进行管道预制，但拖曳设备也同样设置在铺管作业船上，拖曳缆通过设在陆地的导向滑轮折返至铺管船，拖缆与管头连接并拖曳至设计登陆点。相对于岸拖法此方法可减少登陆点拖曳设备动复员以及拆、装工作量等，但由于此种方法对登陆点导向滑轮的锚固强度要求较高，同时由于拖曳缆的折返增加了缆绳长度，因此此方法较适用于短距离、小管径、拖曳力较小的管道拖曳登陆。
图 1-1 拖管法登陆铺设示意图（岸拖及海拖）
2 岸拖底拖法实例应用
2.1 项目基本情况
马目-鱼山海底管道管由马目至鱼山岛，管道外径为813mm，壁厚19.05mm，材质API 5L X65，混凝土配重层110mm。
马目侧登陆端近岸1km内水深在0-2.9m，一般铺管船无法进入，结合现场情况，考虑选用浅吃水铺管船，采取岸拖底拖方式完成近岸段海管铺设，拖管长度约0.82km，虽为底拖但为了减少拖管力在管道上绑扎适量浮筒。
图2-1 管道基本结构、浮筒布置示意图
2.2 拖管力计算
拖管力即在由铺管船拖曳管道至登陆点过程中，由于管道、拖曳缆受到海水、沿途土壤摩擦、潮流、波浪等影响所需要的总的拉力。
通常计算拖管力需要考虑因素有拖缆/管道的空气中重量、拖拉管头的形式、管道上设置浮筒提供的浮力、拖缆/管道与土壤的摩擦系数、铺管船张紧器的预张力、海水潮位、水流、波浪等。
计算拖管力应小于所选拖曳绞车拖曳能力，当然适当增加管道/拖曳缆上浮筒的绑扎数量可降低管道/拖曳缆的摩擦力而减小拖管力，当采取调整浮筒数量或其他方式仍不能将计算拖管力降低至拖曳绞车能力以下，则需要重新选配更大拖曳能力的拖曳绞车。
考虑本项目采用岸拖底拖法进行登陆铺设，单位重量本身较大，潮流、波浪等因素对底拖影响较小，因此拖管力计算一般可采用如下经验公式：
F=[(L-Ldry-L')×Wgsub×µwet＋Ldry×Wgdry×µdry＋L'×Wsub×µwet]×SF+Fres
式中：
F - - 总拖拉力
L - - 总拖拉长度
Ldry - - 管道出水长度
L’ - - 拖曳管道长度
Wgsub - - 拖曳缆水中重量
Wgdry - - 拖曳缆出水重量
Wsub - - 管道水中重量（与绑扎浮筒规格、数量有关）
µwet 、µdry - - 水中、出水管道与海床摩擦系数
SF - - 安全系数
Fres - - 张紧器剩余拉力
该项目拖管力计算分为四个阶段即每200m计算一次，分别为800m,600m,400m,200m,0m；通过分段计算拖管力为90t，78t，66t，55t，43t。
2.3 拖曳机具选用
拖曳机具主要是根据拖管力计算进行互相匹配，通常可根据最大拖管力以及最小可行拖管力范围内选择，当然在满足拖管要求时结合已有资源情况、市场供应情况、场地限制、道路运输等条件尽量选择小型拖曳机具。
本项目投入的为400t线性绞车，理论拖曳速度1 m/Min，缆径106mm,缆长大于1km。
2.4 施工现场布置
完成拖管力计算、设备选用后应根据需要进行相关结构件、预制件的预制加工、采办，在正式拖拉铺设前完成包括登陆点拖曳绞车地锚预制、拖曳绞车安装、近岸拖曳铺设段预挖沟、倒缆辅助绞车安装、拖曳缆沿路由布设等工作。
1）场地建设
拖曳绞车、现场施工机具、起重吊机等均为大型设备同时考虑生活办公等的需要，对于作业场地范围、进出场路基强度、场地内地基强度等均应满足作业要求。
2）登陆点设备布置、安装
登陆点设备主要为拖曳绞车、倒缆绞车以及绞车的供水、供电、动力、控制等配套设备。
在正式安装之前应当根据计算的相应拖管力，预制拖曳绞车、倒缆绞车混凝土承载平台，同时根据拖管力以及拖曳绞车特点设置相应的地锚。
地锚则为保证线性绞车稳定在拖曳过程中的稳定，地锚的制作、浇筑应当按照相应设计、规范要求，确保强度满足要求，同时预制完成后应外露缆头（琵琶头或其他形式的接头）用于连接与绞车固定的锁具。
图2-2 登陆点拖曳绞车系统场地布置示意图
本项目采用地锚为系缆桩形式，单个地锚可承载150t拉力。
3）近岸底拖段预挖沟
因近岸段水深较浅常规后挖沟设备以及配套作业船无法进入，所以近岸登陆段通常采用预挖沟形式以保证管道埋深，即在管道拖拉铺设间预先完成管沟的挖掘。
常规近岸段预挖可根据实际水深情况采用两栖挖掘机、抓斗船、绞吸船等或相结合进行。
4）铺管船就位
铺管船依据自身吃水以及登陆管线路由的水深情况，确保船舶自身安全情况下在管线路由上布锚就位。
为减少拖管长度，铺管船应在环境条件允许时尽量靠近登陆点，就位前应充分结合当地潮汐变化、以及实际水深情况。
本项目投入铺管船实际吃水在2m左右，吃水较浅，尤其适合近岸浅水登陆铺设，同时可以在保证船舶安全前提下，最大限度的靠近登陆点以减少拖拉长度，最终确定拖拉长度在820m左右。
2.5 拖曳缆布设
拖曳缆绳一般较粗，且近岸端水深较浅很难通过船舶一次将拖曳缆缆头拖曳至铺管船上，通常采用铺管船上的卷扬机、登陆点设置的倒缆锚机、以及锚艇/交通船、两栖挖掘机等相互配合。
本项目铺管船利用自身锚缆进行倒缆，登陆点段则利用一台10吨锚机（在绳φ24mm,绳长250m）；倒缆时由锚艇趁高潮沿设计路由将铺管船的倒缆锚缆拖曳至距离登陆点约200m位置弃置，登陆点端则通过两栖挖掘机趁低潮将10吨锚机倒缆送至距离登陆点200m附近与铺管船倒缆锚缆连接，而后由登陆点倒缆锚机回收将倒缆锚缆头拖曳至拖管绞车前，倒缆锚缆于拖管绞车拖曳缆连接。
倒缆锚缆进行预拉后，确定倒缆在设计路由上（确保回拖时，拖曳缆在路由上），而后通过回拖，拖曳缆头至铺管船作业线。在回拖过程中，为避免拖曳缆在回拖以及后续拖拉管线登陆时深线土壤中有较大摩擦力，每隔30-50米可考虑设置浮筒一个。
2.6 管道拖拉登陆
1）拖管头的连接及设置
拖管时通常需水位达到一定高度后进行，低水位暂停作业时拖曳缆/管道受自重作用，会缓慢沉降至泥中，可能造成管头扎入泥中后续拖曳力增大，另外在拖拉过程中由于受力较大,拖曳缆/管道会产生旋转；所以拖管头通常设置旋转接头以及额外的浮筒（或增配浮筒）减少旋转以及管头扎头。
2）管道正式拖拉铺设
拖曳缆与拖管头连接完成后，则可开启正式登陆铺设，铺管船根据作业线工位设置不同进行流水作业，完成管道坡口清理、管道组对、焊接、焊缝检测、焊缝防腐等作业。在管道入水前，根据拖管力计算时所确定浮筒数量，按照固定间距绑扎、固定浮筒。
铺管船根据预制连接工艺完成一根管道额连接作业，登陆点则拖曳一根管道长度至拖拉铺设完成。
3 结束语
海底管道近岸登陆铺设多采用拖拉法，而又以底拖常见，同时伴随着大型拖曳设备投入，但工程的复杂性、施工环境多变、管道参数又不尽相同，所以本文结合鱼山-马目海管项目对其岸拖施工部分进行了较为详细描述，为同行提供类似工程参考。
参考文献:
[1]马福建.海底管道近岸段施工方法研究[J].工程技术，2017第01月14
[2]桑运水，韩清国.海底管道近岸浅水铺设的岸拖与海拖[J].石油工程建设，2006.4
论文作者:董晓旭
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：管道论文; 登陆点论文; 绞车论文; 拖拉论文; 浮筒论文; 作业论文; 近岸论文; 《防护工程》2018年第32期论文;