自埋技术在铺设海底管道中的应用

摘要:在铺设海底管道过程中，阻流板这种自埋技术是一种经济实用的技术方法。本文介绍了阻流板的结构特点与工作原理、适用条件、安装及工艺、施工过程中的注意事项以及应用效果。

关键词:自埋技术；海底管道；应用

管道运输是当前海洋运输中最经济、快捷、可靠的运输方式。在国内，甚至全世界范围内，原油、天然气的生产、精炼、存储全过程主要是通过管道运输来实现的。随着海上运输技术的发展，海底管道运输方式也得到了普遍的应用。但是，激烈的市场竞争与恶劣的海上施工环境，对海上管道运输提出了更高更严格的要求。

目前，国内外海底管道铺设利用的主要工具是用铺管船，挖沟与回填是海底管道施工过程中的关键步骤，它对海底管道的安全运行有着重要的影响。国内采用的海底管道铺设的方法主要是先铺管后挖沟，即先把海底管道按事先设计好的路线铺在海底，然后把挖沟的设备放在管道上面，一边铺管道一边在海底管道的两旁挖沟，管道依靠自身的重量沉入沟底，靠海底的自然回淤被埋到一定的深度。这种铺设管道的方法虽然实用，但是水下挖沟机价格很高，需投入的成本大。为了降低施工成本，本文介绍一种既实惠又实用的自埋技术铺设海底管道的方法――阻流板。

一、阻流板的结构与工作原理

（一）阻流板的结构特点

阻流板由强度很高的的UPVC材料制成，标准的阻流板的组成分为鳍和模板两部分，鳍的顶部两端成斜面，固定于模板的凹槽之中，降低鱼网等障碍物所产生的影响，阻流板鳍的下端有孔，用来固定钢带。高强度的材料可以较好的承受捕鱼设备以及其他设备的撞击。

阻流板的型号主要取决于管道的规格，阻流板鳍的高度多在管道直径的15％―25％间。在管道中进行阻流板安装时，阻流板之间需有一个一般为0.3到0.6米的间隔。

（二）阻流板的工作原理

在海底管道的上方安装与鱼“鳍” 相类似的阻流板，当管道路由与海水的流动方向垂直时，海水的流动方向受阻流板阻挡的影响会发生变化以致产生涡流，此时钢管下的海水由于挤压，流动速度会大大增加，海底管道底部的土壤受冲刷，会带走淤泥，通过管道的自身重量以及阻流板所产生动力利用，管道会被逐渐压入到海底，直至埋设到管径的1―1.5倍的深度，阻流板的“鳍”最终也会埋设到海底。在管道在运行的过程中若海床发生变化，管道的“鳍”将会一如既往地发挥作用，持续自动地调节海底管道的埋设深度。

通过安装阻流板后，海底管道自然埋入的过程能够看出，阻流板作用的发挥主要取决于水流状况与海床冲蚀。与未安装阻流板的“净管”相比，海底管道在安装阻流板之后可以有效的改变管道周围的液压与水流方式，当管道下方的水速加快时，易在管道周围水速较低的情况下，使得海水对海床的冲蚀速度加快从而形成浅沟，不仅在垂直的方向上受海水冲蚀的影响容易形成浅沟，沿管道的横向也能够形成浅沟。除此之外，阻流板所引起的水流的变化使得拉力、惯性以及水压的稳定性增加，拉力系数的分散减小，降低旋涡影响的干扰，当海底管道接触到海床时，海床对其下沉的阻力会降低，当管道埋进海床时，其向下的拉力会增加。有试验结果表明，在周围水流与海床地质条件允许的条件下，阻流板能够加速海底管道的自然埋入，在海床环境不稳定的区域能够减少涡旋所引起的振颤，确保海底管道的稳定性，降低管道向上弯曲变形的可能，经过持续的管道重埋入，管道的悬空矫正作业可以最大限度地减少。

管道在安装阻流板之后，在管道下方水源流动充足，管道所在海床的组成成分合适的情况下，管道能够很快地自然埋入。在海床上方的管道受到强潮流侵袭之前，管道便已经处于较为稳定的位置。安装阻流板不仅可以加快管道的自然埋入，提高管道的稳定，同时在不受恶劣环境影响的前提下，阻流板较之传统的铺设方法更高效、经济，与重挖沟相比起来，采用装有比重计的阻流板对悬空段进行矫正更经济。在埋设管道的海床不稳定的区域，海浪的起伏将会对管道上方淤泥的覆盖量产生影响。大多数情况下，管道的悬空并不是因为管道向上弯曲而脱离海床引起的，而是由于海床的移动造成海床与管道相脱离。装有阻流板的管道受海浪冲蚀并产生管道暴露的情况时，同样也会引起管道的重埋入，此时，其它的掩埋方法在海底管道的铺设中并不适用。

在海底管道暂时悬空时，其向下的反方向上产生的强反拉力会会对浅沟上悬空的管道产生作用力，从而以加快管道埋入浅沟的速度，使浅沟保持相对狭窄的状态，持续的高水速对海床产生不断的冲蚀，加快管道自然埋入的过程。这种沿管道浅沟冲蚀的过程，可视为一种由水流引起同时需要阻流板进行加强的挖沟过程。

阻流板只有在海床易受到海水的侵蚀并且海潮能够引起海水流动的情况下，才能够发挥正常作用，并不适用于有粘土和岩石的海床或静水环境。管道阻流板的应用条件举例而言，杭州湾是钱塘江泥沙冲积所形成的盆地，又地处钱塘江的河口位置，此处水速的历史记录为0.8―2.0 m/s，海床的组成成分主要为沙土，淤泥含量为6％～8％，此外，杭州湾海水的流动方向与海底管道的走向垂直，在这种水文地质条件应用阻流板较为适宜。

二、阻流板的安装及施工注意事项

（一）阻流板的安装

运用铺管船法进行海底管道的铺设时，在管道完成焊接、探伤以及补口以后才能进行阻流板及其附件的安装。管道阻流板的安装并没有特别的要求，只需压缩空气罐或者空压机操作专用绑扎机即可完成。在安装阻流板时，要在阻流板之间留有10厘米的间隔，而阻流板的安装工位一般需要留有12米的间距。

(二)阻流板的安装工艺

首先，对海底管道配重层外壁的各种污物进行清理，以保证管壁的光滑；接着在管道的上方安放阻流板的底座并将翅板插入到底座内；使用绑扎带将阻流板的底座与翅板牢牢固定在管道之上，在绑扎带收紧到指定的张力时，将绑扎带剪短并通过专用的固定夹子将接头夹住；最后，移动铺管船，使管道沿着托管架缓缓沉入海底即可。

（三）阻流板在施工过程中的注意事项

（1）为保证阻流板效能最大限度的发挥，阻流板必须要位于海底管道的正上方，在垂直方向上最大不能超过10摄氏度的偏差。

（2）每一节阻流板都要使用绑扎带牢固固定于管道上，绑扎带不能出现断裂或破损。

（3）在管道铺设结束后要进行认真的检查，只有在海底管道完全埋入到海底并达到指定深度的情况下，管道的铺设工作才可以正式结束。

三、阻流板的应用效果分析

这项技术在1988年首次应用于英国北海油田的海底管道铺设，并取得了良好的效果。在这次阻流板技术应用中,从宁波海域铺至舟山海域，解决海岛缺水，水资源不足的问题。根据对宁波到舟山海域海水流速和管道重力的计算，当水流在0.8-2米每小时时，管道铺设2-3个月后，就能够达到自埋设计的要求。经过潜水的检验，管道达到了预期的设计埋深。在水流等于或大于0.3米每秒时，管道有自动调整的可能；在水流小于0.3米每秒时，管道处于平稳的状态。使用该项技术进行海底管道的铺设，在大幅度降低了施工的费用的同时，也减少了在运行期内由于海水冲刷造成管道悬空的情况。

结束语：

将来,海底管道的铺设工程会越来越多，我国海底管道工程将会迎来光明的前景和良好的发展机遇。海底管道铺设过程中自埋技术的运用日趋广泛，作为一种经济高效的自埋技术，合理使用阻流板技术能够在提高管道铺设效率的同时降低管道铺设成本，发展和完善阻流板技术具有重要的现实意义。

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