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整治工程沉管施工风险分析范文

时间:2022-02-25 03:01:56

整治工程沉管施工风险分析

《水运工程杂志》2015年第十二期

摘要:

阐述跨水道海底管道隐患整治工程后挖沟、悬空位置连锁排及砂袋清除施工技术,对跨水道施工进行安全风险分析,探讨作业锚位对水道的影响,并采取有针对性的防控和应急措施。

关键词:

水道;海底管道;隐患整治;沉管;后挖沟;风险分析

册子岛—镇海海底管道(简称“册镇海底管道”)自舟山册子岛西岙,经大菜花北侧至镇海岚山中转油库,总长约36.2km。管道沿线理论水深0~22m,水深分布不均,潮差变化较大,潮流流速快,地质地貌复杂。管道铺设运行后,受自然条件和人类活动等因素综合影响,管道所处海域水动力条件发生了变化,部分区域海床发生了不同程度的冲刷,导致管线2008年出现裸露,2010年发现悬空段。2012年对部分超30m长悬空段进行了治理。近2年检测发现册镇海底管道裸露、悬空段仍有增多趋势,这与海床年内、年际的冲淤变化有关,也与人类活动增强对该海域近年冲刷演变趋势的影响有关[1]。为确保管道的安全运行、消除隐患,对管道进行隐患治理,采取后挖沟方式将管道进行沉管,管道后挖沟沉管后管底距自然海床面3.5m。

1水道分布概况

作业区域内有2条水道穿越册镇海底管道,分别是西堠门水道和金塘水道。西堠门水道及两侧坡面至水道过渡区段水深10.5~22m,其他区段基本在12m以下。水道穿越管道的中心概略位置为:西堠门水道中心为KP25+000,宽度约2km;金塘水道中心为KP20+000,宽度约2km(图1)。

2施工对水道的影响

2.1锚位形式采用八字锚位抛锚法,根据实际需要抛设8口工作锚,施工作业锚泊布设范围沿管线约1.4km,管线左右各约450m。2.2占用水道的时间海管挖沟作业横穿水道,对水道影响时间长。初步预计:两水道处后挖沟作业累计影响时限约12d;西堠门水道连锁排、砂袋清除作业累计影响时限约15d。

2.3船舶布锚占用水道后挖沟作业期间临时局部占用水道,2条水道长度均约为2km,每个锚位占用水道的宽度不同,影响也不同。具体为:金塘水道布锚后占用水道宽度800~1750m,可通航水道宽度250~1200m;西堠门水道布锚后占用水道宽度300~1300m,可通航水道宽度700~1700m。砂袋清除处理位于KP24、KP26(KP26另有连锁排拆除处理),处西堠门水道两端,船舶布锚后,对水道有略微影响。占用水道两侧宽度600m,剩余可通航水道宽度1400m。

3重点施工及风险分析

3.1管线后挖沟

3.1.1后挖沟基本工艺1)主作业船就位:通过DGPS定位系统指引主作业船在挖沟起始点抛工作锚,再调整船位。考虑到该水域水流速度很大,根据潮流方向采用横向行船可抵减阻力,预防走锚风险。2)挖沟机就位:下放挖沟机至距海床面约1.5m处停止,通过挖沟机携带声纳,扫描管线引导挖沟机导向腿骑跨在管线上。应避免导向腿戳到管线上,造成管线外层受损。3)挖沟作业:启动挖沟机,通过声纳及定位系统进行监控,主作业船通过收绞工作锚缆使挖沟机移动,以完成挖沟作业。挖沟机导向腿内侧自带滚轮以减少管线摩擦,保护管线。

3.1.2过渡段挖沟处理每移动一个锚位,管线就会存在已处理和未处理的交界处,即有埋深差。为确保管线安全稳定的平稳过渡,需在交界处进行造坡作业,即过渡段挖沟处理。挖沟作业临近端点或起始点时,挖沟机缓慢提升或缓慢下放,同时根据声纳监控沟深随时调整挖沟速度,在一定距离内使管线平滑过渡到原始状态(图2)。

3.1.3后挖沟阶段主要风险点1)起抛锚。主要风险:锚头刮碰海底管线、电缆,造成溢油、断电;抛锚时受渔网或渔船干扰,破坏锚缆。控制措施:①施工前海底管线完成注水置换;抛锚时提前检查,严格按管线路由设计的锚位图抛锚;定位准确,距离管线必须在150m以上;锚头绑扎浮漂(带夜间自亮浮灯)。②提前联系渔政部门清除渔网;雇佣当地有经验的船舶进行引航。2)绞锚走船。溜锚或走锚,刮碰管线、电缆。控制措施:①因该水域水流较大,宜选择12~15t大抓力锚及锚缆抗流;②水手实时观测锚缆松紧变化,操船手观察锚缆张力;③绞锚中发生走锚时,立即停止绞锚,采取应急措施。3)挖沟机及配套设备。挖沟机出水放置甲板时,携带的泥石块掉落,砸伤人员。为此,吊物下禁止有人,辅助作业时注意躲避胶管。正常挖沟时,甲板液压胶管爆裂,溢油污染。控制措施:①设备启动前检查胶管有无缺陷,作业时注意观察,发现异常立即停止;②作业人员注意预防滑倒、绊倒。4)跨水道海底管线保护。水道通航对管线的破坏影响主要有:船只沉没、搁浅、落锚锚击、拖锚、拖网破坏[2],此外伴有常年水流冲刷。因此,挖沟埋深要深一些,即管顶距自然海床面3m,以减轻上述对管道的冲击,起到一定保护作用。

3.2连锁排、砂袋处理

3.2.1连锁排拆除基本工艺1)连锁排整体结构为25m×50m,施工难度和吊装风险都很大。利用主作业船主吊、舷吊,结合吊梁等辅助设备将连锁排整体平移至管线一侧,距管线300m处。平移完成后,采用机械切割方式进行水下分解,而非人工潜水切割,降低了安全风险,由主船吊起至运输驳船后运走。分割后连锁排单块空气重约1000kN。吊梁空气重约230kN,总计主吊需提供1230kN起重力,船主吊满足作业要求。空气中吊梁吊点平均受力为25kN,连锁排上绳缆强度满足安全要求。

3.2.2砂袋清除基本工艺砂袋清除过程类似后挖沟,通过多遍挖沟方式清除砂袋。不同之处是利用挖沟机前面加装的斜导向腿上的锯齿和高压射流(15MPa),对管线外砂袋进行切割破碎,在主泵(15000m3h)喷冲作用下,砂袋被吹离管线,从而达到清除目的(图4)。在提起挖沟机时发现前臂高压腿上悬挂大量破碎的砂袋,证实取得成效。连锁排平移难点是吊梁下通过索具与连锁排上的吊点连接,索具与连锁排的连接均由潜水员水下完成。为确保安全,在连锁排上挂接浮筒(浮袋)以减小连锁排重力。2)连锁排平移吊重计算。水泥压块浮重为1900kN,浮筒提供的浮力为800kN,吊梁水下重160kN,每根吊梁需提供起重力为630kN;则主吊需提供630kN起重力;2个舷吊需提供630kN起重力,单个舷吊需提供约320kN起重力,船上4000kN主吊及舷吊完全满足要求。吊梁上吊点平均受力为13.8kN,连锁排上绳缆强度满足安全要求。3)连锁排分割后吊重计算。连锁排移至一侧,清除连锁排上的浮筒后,将连锁排等宽分割为3份,通过单梁分别吊起。

3.2.3连锁排砂袋处理阶段主要风险1)潜水作业。潜水是该阶段工作的重点,也是风险最大的。供气设备故障、水下作业人员配备不齐、周边有作业行驶船舶、遭遇恶劣海况等,均对潜水员生命安全构成威胁。控制措施:①潜水作业前进行风险识别和交底,有应急预案;检查所有设备处于正常状态;严格执行潜水作业规程。②按照《中华人民共和国潜水条例》进行潜水分组,不得少于法定人数,潜水队长、安全监督、潜水员、生命支持、医生、机工等应齐全;潜水作业区200m半径内无船只移动或起抛锚作业;风力超过5级、涌浪超过1.5m、水流速度超过每秒0.6m,禁止潜水作业。2)连锁排拆除。多台吊机联合起吊作业,易引发船舶碰撞、吊机受损、人员伤害。控制措施:作业前组织吊车司机召开安全分析会;工作时专人指挥,配备对讲机;随时观察船舶平衡状态,检查压载、稳定性等,发现异常立刻停止作业;有吊装方案并经计算载荷,满足要求;对吊装设备安全附件、吊索具等进行检查,确保完好,并在有效检验期内。3)砂袋清除。主要风险:牵引缆绳张力过大;高压水管、气管爆裂。造成人员伤害及财产损失。控制措施:①密切监视张力变化,控制走船速度;风力大于6级,浪高大于1.5m,流速大于3kn,禁止作业;拖拉负载大于80kN时,应停船检查挖沟机。②甲班设置警示隔离区域;设置专人监护,防止无关人员靠近、进入高压区。

4水道附近施工安全措施

4.1主要风险。1)水道的过往船舶流量大,主要由货船、集装箱船和危险品船组成,在此区域施工占用一定水域,对过往船舶的习惯航线及通航安全产生临时性影响[3],易引发与主作业船锚缆刮碰、船舶碰撞或锚缆断裂事故。2)水道内抛锚发生走锚,刮碰海底管线、电缆或造成船舶失控。由于距离金塘大桥较近,一旦船舶失控后果不堪设想。

4.2预防和应急措施1)施工船队进入水道附近前,向舟山海事部门报告,通过舟山VTS航行通告,告知过往船只注意避让主作业船及锚缆。2)设海上警戒船舶,与海监海事部门协商派驻海监船、渔政船进入水道区域进行监护。3)进入水道时,通知海事管理部门及附近船舶,报告施工作业时间、船舶名称、船舶坐标、影响范围、警戒船就位情况。4)警戒船在警戒区域(抛锚位置附近)24h守护,用高频11频道向舟山VTS报告警戒船位置,所有船舶收听该频道,如有其它船进入施工区域可随时呼叫VTS。向进入警戒区域的船舶发出警告,告知其前方正在施工及通航范围,要减速慢行。5)当海况较为恶劣(风速15ms<v≤17ms,浪高1.5m<H≤2.0m)时,警戒船舶应适当扩大警戒区域并加强瞭望,及时提醒过往船舶远离施工水域航行,避免大风浪下因船舶操纵困难而发生事故。恶劣天气,如重度雾霾应停止作业撤离航道;遇台风提前24h撤离,由拖轮吊拖[4]主作业船前往东霍山锚地避风,挂拖时避免发生带缆伤害及船舶碰撞事故,拖航速度不大于5kn。6)主作业船移船过程中发生走锚时,立即停止行船放松锚缆,抛主航行锚;船舶即将失控时,拖轮或锚艇顶住主船,防止发生其它溜锚;船舶失控有威胁水道安全和附近海管时,船长务必当机立断,下令弃锚。

5结语

1)跨水道挖沟沉管施工是一个复杂而风险较大的项目,占用水道对过往船只产生影响,需拟定详细的抛锚方案,留出通航空间。2)后挖沟、悬空位置连锁排及砂袋清除各阶段,起抛锚作业贯穿于施工全过程,重点防范溜锚,刮碰海底管线;挖沟沉管过程注意避免产生较大悬空或悬跨,做好管线过渡造坡处理;连锁排联合吊装风险较大,起重与潜水作业并存,必须严格遵守作业规程,硬件符合要求;施工各阶段设备设施定期巡查、保养,避免发生溢油、火灾、物体打击、机械伤害等事故。3)在水道附近施工期间,与当地海监海事部门密切配合,加强船舶警戒,避免发生船舶碰撞、刮断锚缆等各种事件,同时保持岸基与海上船队及作业船队之间的通讯畅通。

参考文献:

[1]天津港湾水运工程有限公司.册镇海底管道调查中间技术报告[R].天津:天津港湾水运工程有限公司,2015.

[2]李学楠,雷震名,马坤明,等.跨航道海底管线的保护[J].中国石油和化工标准与质量,2012,32(7):263.

[3]张国勇,肖英杰.浙江舟山金塘大桥施工期间通航问题初探[J].中国水运,2006,6(4):31-33.

[4]孔宪卫,张帅,王贯明,等.施工船舶作业对通航安全影响浅析[J].天津航海,2013(1):12-14.

作者:王建军 宋强 单位:天津俊昊海洋工程有限公司

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