水下管道

构造

　　水下管道多为钢筋混凝土管和钢管。按其断面构造可分为单层管、双层管和三层管（见图）。

材料

　　单层管用于输送常温的单一材料的液体、气体或固体；双层管用于输送两种材料或在输送过程中需保温的液体或气体；三层管用于在输送过程中需加热的液体或气体。

第一段

　　水下管道的直径，根据输送材料的性质、输送量和输送速度等因素按流体力学计算确定。管壁材料和厚度先按经验假定，而后根据各种荷载作用核算其应力和变形。若不符合规定，则再修改。计算时通常需考虑管道在施工时和正常运转时的内部和外部受力状态。对双层管及三层管，内管及外管需按不同受力状态分别进行计算。还需验算由内压和外压、温度变化以及管线弯曲引起的管壁应力；核算管道在试压荷载作用下的强度，管道在可能发生的水击压力作用下的应力，以及管道在地震作用下的应力。

第二段

　　由于水击压力和地震作用均为短期荷载，因而材料的设计强度均可提高。为了提高管道抗腐蚀能力，应适当增加钢管壁厚。在管道敷设过程中和敷设后均须验算稳定性，包括在波浪、水流（主要为潮流）、冰层压力和流水冲击力作用下管道的稳定性，以及由于管道基底面不平整、地基基础的不均匀沉陷而对管道稳定性的影响。调节水下管道的重量，可以降低管道在施工敷设时的应力和保持管道在敷设过程中和敷设后的稳定。调节的方法有增重调节法（调节管道单位长度的重量，增加管壁厚度，在管道上连续或间隔地覆盖压块，管道内充水等）和浮力调节法（用浮筒的浮力来调节管道重量）。

　　当穿越宽度不大的江、河时可以采用顶管法或盾构法施工。当穿越湖泊或海峡时可采用：①漂浮敷设法。管道在陆上制作加工组装成管段，浮运至敷设地点，在作业船上焊接管段之间的接头，然后使管道下沉就位。②牵引敷设法。管道在陆上制作加工，并焊接成数百米长的管段，然后用牵引设备（卷扬机、船舶等水下管道）沿水底或水面牵引,同时在岸边把管段接长,直至整根管道牵引到预定敷设位置为止。③敷管船敷设法。管道制作加工都在敷管船上进行，每敷设一管段后就前进一定距离。单节管道由驳船供应。不论采用哪一种敷设方法，均应按不同受力状态复核管道的应力。如应力太大应采取相应的加固措施。

一、水下管道的两种铺设方式

　　1、铺设在水底上；

　　2、埋设在水底下沟槽内；

　　埋设在水底下沟槽内时，沟槽内管顶铺设深度一般为管径的3—4倍，以避免船只抛锚，河床冲刷等影响。海下管道的埋地铺设，还应防止风暴时管道可能浮漂或下沉，为此，管道应埋设在海床下足够深度。此外，如果水道较深，水底之上铺管不会影响航运，水底平坦，沿管线没有障碍物和悬空地，管道不会因船只抛锚、流体动力、土壤液化、床底土运动、河床冲刷或其他原因引起破坏，则可将管道直接铺设在稳定的河床或海床上。

　　水底直接敷设的管道抗震性能要优于水下沟槽埋设。

二、水下沟槽开挖

　　管道水下沟槽敷设一般有3种情况：

　　1、先挖槽后埋管；

　　2、挖槽和埋管同时进行；

　　3、先放管后沉入土内。

　　这些方法的选择取决于水底土质、水系宽度和深度等因素。

　　先挖槽后埋管的优点是施工设备简单；缺点是管线定位不易准确，槽底平整度差，沟槽准直度低，而且易于回淤。因此，当采用这种方法时，应适当选择槽底宽度和开挖深度。底宽一般为管外径加0.8—1.0m.开挖深度根据回淤情况而定，边坡系数为1：2—1：4.粘土河床的回淤情况并不严重，沙土回淤迅速。常用的水下沟槽开挖方法和设备有爆破法、岸式索铲、挖泥船、高压泵船等。

　　爆破法开挖：适用于岩石河床；

　　岸式索铲：适用于狭窄水系。铲斗用岸上卷扬机曳引。铲斗顺滑道往上拉，随着挖深增加而往下放滑道。这种方法可以比较准确地控制沟槽的平面位置和准直度。

　　挖泥船和高压泵船：水系宽阔一般用抓斗式或多斗式挖泥船开挖水下沟槽的方法，土方卸在沟槽水流下游一侧，或由驳船运至远处；河床土质松散，可用高压泵船以高压水流冲射水底土层进行开挖 .

　　用船或其他浮动设备开挖时，挖泥船等应临时锚舶，以保证沟槽中心位置准确。水下沟槽中心线用岸标或浮标显示，并用经纬仪或激光准直仪测量。条件允许时，可在两岸标之间拉设管道中心线，以中心线为准用标尺或锤球可测水下沟槽的位置和槽底高程。

　　为了防止回淤影响，可以采用分段开挖铺管的施工方法，以缩短水下晾槽时间。

三、管道的水下铺设

　　1、浮漂拖航铺管：

　　浮漂拖航铺管的方法是先在岸边把管子连接成一定长度的管段，管段两端堵板，浮漂拖航到铺管位置，灌水入管，下沉到水底或沟槽内，取下堵板，然后将各管段之间在水下接口。

　　如果水系较浅，有纵深岸边，岸边与水面高差不大，可在过河管中心延长线的岸边原地面制备管段；或者岸边与水面高差较大，就须开挖岸边，减少与水面高差，并在开挖区内降低地下水位后再制备管段。预制管段用船只或用设在对岸的曳引设备（卷扬机、拖拉机等）浮拖。

　　但多数情况是岸边预制的管段与水系平行，管段制备后装上浮筒推入水中，在水面上由船浮漂拖航。

　　管的两端采用法兰盘螺栓堵板。在堵板上设有直径1/2——1的放气孔和进水孔。

　　管段由水面浮航到沟槽上方，由定位起重船吊放入槽，管段下放到沟槽内。

　　管段水下定位及接口均由潜水工操作。潜水工用通讯工具与定位起重船联系，调正定位船锚泊位置和船上起重臂操作，使下沉管段与已铺管段对口。

　　2、水底拖曳铺管

　　当长度较大的管段采用浮航困难时，可在水底拖曳。拖运时受风浪、潮汐等影响较小，作业安全，不需牵制船，但拖运马力较大。适用与长距离深水铺管，如向海中铺设排污干管。

　　如管道分段预制，则应在拖曳过程中将管道逐段接口，增长拖曳长度。管道一次拖曳长度可达数十米。

　　3、铺管船铺管

　　将管子用运管船运至铺管船上，在铺管船上进行管段接口后，沿铺管船上的滑道、管托架等装置，下入水底。这种方法适用于长距离管段远离岸边的铺管工作。

　　4、冲沉土层铺管

　　水底铺设的管段，如采用预先挖沟的方法，管线定位、沟槽准直、沟底平整等质量不易保证。为了避免预先挖沟引起的缺点，可采用冲沉法铺管。

　　冲沉法铺管是先把管子放在水底，然后用冲泥器把高压水射向管底土层，使管底土液化，丧失承载能力，管道就埋入水底。液化土层的厚度一般为管径的3—4倍。

　　采用这种方法的前提条件是管底土层为可被液化的。

　　5、综合作业船铺管

　　预挖水下沟槽铺管的方法的缺点是沟槽可能发生回淤，弃土和回填土工作量大。为了克服这种缺点，可采用综合作业船铺管。

　　沟槽由水泵喷射高压水冲挖，挖出的土由砂泵抽升到后部回填沟槽，使沟槽晾槽时间减少至最短，而且取消了回填土的远距离搬运。

跨越深海

　　自50年代以来，水下管道敷设量不断增长，过去只能跨越江、河，现在已发展到跨越深海。

程度提高

　　在现阶段，敷管船的自动化程度不断提高；钢材及混凝土用料更进一步适应水下的要求；

趋于标准

　　管道的制作开始趋于标准化；利用自动电焊和自动探伤摄影；

耐久提高

　　采用阴极防腐蚀技术以及应用自动控制技术和遥测遥控装置，使水下管道的安全性和耐久性大大提高

    连接水下管道用的方法，其特征在于具有下列步骤：将一管道（７）安装在海底固定构架（２）上；利用铺管船铺设一外侧管道（１０）；在构架内安装一海底绞盘（２８）；通过遥控潜水器（２６Ａ）驱动绞盘展开绞盘缆索（３３），通过第二遥控潜水器（２６Ｂ）协且将缆索端部引导和连接到外侧管道上；卷绕缆索并随后将外侧管道向上偏转到构架；安装一计量系统（３８）以限定两个待连接的管道端部之间的距离和角度安装误差；利用计量系统的测量并利用安装在支撑船上的专用构架组装具有伸缩能力的连接系统（５０）；将连接系统安装在海底固定构架上并使连接系统与管道端部连接。

  连接水下管道用的方法，特别适用于深水区和大直径管道，使用一艘装有起重机的支撑船和海底工作与援助用的遥控操作式潜水器，其特征在于包括下述步骤：ａ）在海底固定构架上预先安装一个称为内侧管道的管道；ｂ）通过铺管船铺设一个装有浮箱、拖链和安装滑道的称为外侧管道的管道，并将所述外侧管道弃置在限定的铺设区域内；ｃ）升高所述外侧管道；ｄ）通过所述船上起重机在所述海底固定构架中的设有导向销的预定位置上安装海底绞盘，随后通过液压闩锁将所述海底绞盘锁定在所述导向销上；ｅ）将遥控操作式潜水器连接在所述海底绞盘上并通过所述潜水器驱动所述绞盘以展开所述海底绞盘的缆索，在一个第二遥控操作式潜水器的协助下将所述缆索的端部带到和连接在外侧管道上，卷绕所述缆索，随后将所述外侧管道向上偏转到设在所述海底固定构架内的连接区域，通过回收所述拖链并将其换装到所述浮箱上而降低所述外侧管道，从所述外侧管道上脱开每个浮箱和拖链组合件并将所述组合件回收到船上；ｆ）安装一个计量系统，以限定两个待连接的所述管道端部之间的距离和角度安装误差；ｇ）利用所述计量系统的测量和利用一个安装在所述支撑船上的专用构架来组装一个具有伸缩能力的连接系统；ｈ）将所述连接系统安装在所述海底固定构架上并使所述连接系统与所述管道端部连接。

　　国外特别是欧美等国的管道大修施工技术水平、修复方法、材料和设备进行的系统调研情况，认为调研结果对我国引进国外先进的修复技术、机械化修复设备和产品。

　　（一）换管修复

　　可以一次解决修复段所存在的所有问题，而且是永久性的。但是，换管修复也有着显而易见的缺点，施工作业时管道公司必须停产，将会对下游的用户产生一定影响。同时换管作业也存在一定的安全和环境风险，尤其是天然气、成品油等危险介质管道，对施工作业的安全措施要求较高。

　　另外，换管施工作业需要大型的设备和优秀的焊接技术工人，耗费的时同也较长。因此，在大多数情况下，换管都是成本最高的修复方案，也是管道公司最不愿意选择的修复方案。但是当需要连续修复较长距离的管道时，或者管道存在包括材质在内的多个问题时，换管可能是唯一的选择。

　　（二）堆焊/补焊

　　大多数管道公司认为使用堆焊或者补焊修复管道缺陷是一种非常方便易用的修复方案。在正在运行的管道上进行焊接作业是存在风险的，这些风险包括管壁烧穿/爆裂的风险，氢脆，极易造成焊道下裂纹。在不停输状况下的焊接，焊接电流不能太高，焊接的熔深也不能过大。而且一旦焊接部位管道腐蚀穿孔，原管道外壁与补强钢板之间将会形成带压腔体，由于未焊透，焊缝极易被拉裂，造成更大的损失。因此在焊接修复之间，需要评估这些风险因素。

　　（三）瑞普特水激活聚合物缠绕带

　　几分钟即可完成泄漏修复，可以很好的应用于塑料管、金属管和聚乙烯管，在直管、弯管、三通和中间接头 上使用，可承受450PSI的压力。完整的修复工具只需添加水！

　　水激活聚合物缠绕带应用于压力450PSI低压应用（取决于卷数和尺寸）30分钟固化的泄露修复系统。它由一种水激活聚氨基甲酸脂预浸渍的玻璃纤维网状材料和环氧灰泥填充物组成，缠绕带会受空气中湿度的影响，单必须由提供的水（纯净水或盐水）激活，应用和固化后形成像壳一样的整体保护套，该产品对应用水是无毒的。

　　温度限制 ：-20℉到250℉（温度>150℉时可能影响抗压能力）

　　水激活聚合物缠绕带保持3-5分钟保持不脱落，温度在50℉-80℉时，30分钟后完全固化。低温会延长固化时间，高温会缩短固化时间。

　　对于纵向加固：一个50%的重叠覆盖层对于纵向加固强度最有效，当在斜角上应用时，应折叠（不是扭曲）使用，以改变缠绕方向。

　　化学相容性表：该产品耐大多数化学物质和油。在以下化学物质中浸泡35天没有明显变化：丙酮、氨水、硫酸（30%）、乙醇、盐酸、石油醚、丁醇、甲苯、柴油、烃类溶剂、乙二醚、原油、液压油、二甲苯和混合O-M-P；该修复产品可以与聚氨基甲酸脂相容的产品一起使用。使用者必须根据实际情况考虑该产品使用的适应性，并认识到强酸或碱会影响修复的耐用性。

　　优势：完整修复组合（无需特殊工具）对于应用水是安全的几分钟完成永久性修复易于使用多种应用可粘结于多种材料（塑料、金属或者聚乙烯）

　　应用范围：管线、工厂、城市用水、天然气分配管线、石油天然气、采集灌溉线、海事应用

　　（四）狄莫特渗漏修复组合

　　狄莫特是一种高分子材料，由精选钢，铝和其他金属颗粒配比而成，这种配方是基于世界最新的分子冷焊技术，远超过环氧树脂所能做到的修复。该技术自1966年起一直为工业和军用提供高质量冷焊修复。几十年的不断研究和升级，狄莫特修复技术以及成为世界最为先进的现场应用修复技术，现在该技术通过美嘉华国际公司引入中国。

　　狄莫特技术广泛应用于各种工矿条件下的渗漏、磨损、腐蚀、开裂、变形等众多设备问题。使用该产品可以粘接众多材料表面（金属或非金属），它可以结合任何材料或材料混合物，无论是有缺陷的还是没有缺陷的。当两组份混合后，不同的分子结合成高分子链，这些高分子链交织金属颗粒形成三维立体结构，形成一种有出色物理性能的全新、耐用金属基材料。

　　不要将该产品与其他环氧树脂，类似修补复合物或粘合剂混淆，它是一种金属基产品，很容易进行机加工，无需特殊工具就可以更换剥离螺纹。该产品分子反应需要：标准型3-4小时，超快型只需3-4分钟。一套狄莫特套装可以进行50-60次修复。

　　每套组合包括2种基本产品：超快型和标准型。

　　超快型是世界著名的用于堵住油、油脂或潮湿表面的泄露产品。它可以在水和油浸泡环境中施工。3-4分钟固化。

　　标准型用于修复含金属和非金属材质的干燥表面。3-4分钟固化和提供一种可以进行机加工或钻孔的长久性修复。

　　（五）EA管道修复

　　这种结构性系统形成了一个管道环绕另一个管道，每个连续的缠绕都增加了压力额定值。该系统双向交织 允许箍和轴向上产生强度，随着时间的变化，该系统很少或者根本没有蠕变性能，并确保其强度没有减弱。EA服务复合缠绕低剖面修复能够用于需要加固或堵漏的三通，肘管，管道直线部分，密闭空间和不规则表面。环氧树脂的粘附性能允许缠绕系统包装器械应用于大多数基材。

　　主要应用：

  　　凹痕修复

　　裂纹修复

　　腐蚀修复

　　海底/水下修复

　　阻止腐蚀

　　防腐省时，省力，节约设备成本

　　延长管道和基础设施的使用寿命

　　减少或消除停机时间

　　提高安全性能

　　所有管道尺寸，修复任何尺寸的栏，桩基或罐体。

   　　兼容碳、不锈钢、合金、玻璃纤维和聚氯乙烯或者更多

　　无挥发性有机化合物

　　管道运行时可进行缠绕

　　无需管道排气

　　无需焊接管道

　　无需切割管道

　　应用于化学，热和挥发性系统

　　与DOT 和ASME标准 一致

　　（六）福世蓝25551渗漏快速治理高分子聚合物复合材料

　　专门用于紧急修复的快速凝固修复剂。

　　快! 快速固化！80% 固化不超过30分100% 不超过1小时。

   　　极好的粘着力：其粘着力在本工业领域内此种材料中最好的*可粘着于：钢、铝、铜和黄铜、PVC、决大多数塑料、混凝土。

　　卓越的机械性能：修理破损的管道可以承受压力达21公斤/厘米修理铸铁件上的裂纹修理油箱漏油修复排放堵头上的螺纹修复电动机磨损的键槽，修复各种被磨损的轴衬或者轴承座，修复各种液压动作筒杆的划伤(在高压情况下，请用2211)

　　强耐化学腐蚀性能：耐有机酸浓度可达10%各种盐机油航空煤油和汽油

　　便于使用的包装：1：1的混合比两种组份各用一支12立方英寸管剂包装用多少挤多少，避免浪费。

　　（七）奥普提管道修复

　　1、管道修复套装----用于管道和软管的带压修复

　　这种套装用于管道裂缝或破损的带压快速维护和修复，可以在地上或者地下甚至水下修复。奥普提管道修复是一种非常有用的辅助工具，使您可以应对意外的紧急修复。在许多情况下，奥普提修复套装是一种有效的永久修复工具。

　　用于金属，塑料，PVC，玻璃，橡胶，混凝土&陶瓷管道和软管上；无需混合或测量；即使在水下也可以在30 分钟内固化；无气味，无毒，不易燃； 适合用于有石油馏出物，有机溶剂和多数酸和碱的环境；如果需要，固化后可以砂磨或喷漆；橡胶自粘带只能承受4 千克/平方厘米的压力，而缠绕带固化后，可以承受 300千克/平方厘米的压力， 承受的间歇温度高达 235℃；可用于防腐保护，加固，管道保护和绝缘，高达 16KV.减少了昂贵的紧急水管工的成本。

　　2、用于管道和软管的非带压修复

　　这种套装用于管道裂缝或破损的快速维护和修复，但是不是带压修复，可以在地上或者地下甚至是浸在水中也可 以。 奥普提管道修复是一种非常有用的辅助工具，使您可以应对意外的紧急修复。在许多情况下，奥普提修复套装是一种有效的永久修复工具。

　　用于金属，塑料，PVC，玻璃，橡胶，混凝土&陶瓷管道和软管上；无需混合或测量；即使在水下也可以在30 分钟内固化；无气味，无毒，不易燃；适合用于有石油馏出物，有机溶剂和多数酸和碱的环境；环氧灰泥适合与饮用水一起使用；如果需要，固化后可以砂磨或涂漆；一旦固化可以承受 300千克/平方厘米的压力，承受的间歇温度高达 235℃；可用于防腐保护，加固，管道保护和绝缘，高达 16KV。