一、前言
20 世紀(jì) 50 年代起，大口徑 PE（聚乙烯）管道開始進(jìn)入海底管道領(lǐng)域。由于 PE 管具有重量輕、運輸方便、耐腐蝕、可熔接等優(yōu)點，因而在海底管道管材的選取上越來越受到工程設(shè)計人員的青睞。
經(jīng)過 50 年的發(fā)展，海底 PE 管道在世界各地已經(jīng)廣泛應(yīng)用性。國際上海底 PE 管道主要應(yīng)用于三大市場：污水排放管道和取水管道、跨海輸水管道、海上油氣開采等有特殊要求的管道[1，3]。國內(nèi)目前在跨海輸水管道已經(jīng)開始大規(guī)模的使用，在污水排放管道也有一定的應(yīng)用。
由于海洋環(huán)境復(fù)雜，水下施工困難，PE 管道海底敷設(shè)施工成本高，風(fēng)險大，直接影響著海底管道工程的施工造價和工程質(zhì)量。因此，合理選擇管道敷設(shè)施工方法變得非常重要。本文根據(jù)相關(guān)資料和工程實踐，對目前國內(nèi)外常用的 PE 管道海底敷設(shè)施工方法做進(jìn)行介紹。
二、PE 管道特性及海底敷設(shè)施工方法
1．PE 管特性
PE 管密度比水小，下水前需要安裝足夠的配重塊，才能使管道下沉和維持穩(wěn)定[3]。與鋼管道相比，PE 管道管材強(qiáng)度和硬度較低，耐磨性能差；管道剛度較小，具有很大的柔性。目前海底 PE 管道主要材料為 PE100，允許抗拉強(qiáng)度僅為10MPa，因此很難采用帶張力的敷管法施工。PE 管在海水環(huán)境中的抗腐蝕性能優(yōu)于鋼管道，無需額外的防腐措施。管道接頭采用熱熔連接，整體性好。
2．海底敷設(shè)施工方法
目前常見的 PE 管的海底敷設(shè)施工方法有水下拖管法、漂浮——下沉法和敷埋法。
（1）水下拖管法
水下拖管法由鋼管道海底敷設(shè)方法發(fā)展而來，一般適用于近海淺水區(qū)的 PE 管道敷設(shè)。敷設(shè)時先把 PE 管在岸上對熔連接成連續(xù)長管，加上足夠配重以保證管道始終沉在水底，然后用拖管船把管道拖下水，通過固定在管道前端的特殊拖拉頭——“滑橇”確保管道在海床面順暢滑動。管道的焊接和安裝均在岸上進(jìn)行，可控性強(qiáng)，在拖航過程中出現(xiàn)惡劣天氣棄管較為容易。
該方法主要適用于近海淺水區(qū)無埋深要求的 PE 管道敷設(shè)。由于 PE 管較軟，耐磨性能差，管道很容易被海底尖銳物損傷。施工前應(yīng)該需要根據(jù)海底勘測資料確定最佳拖管航線，確認(rèn)拖航線上沒有大的障礙物，可能因為處理海底凹陷和凸起障礙而增加施工費用。
（2）漂浮—下沉法
漂浮—下沉法是最常見的一種海底 PE 管的敷設(shè)方法。它充分利用 PE 管密度小和可以熔焊的特點，可以實現(xiàn)幾百米長的 PE 管段一次性下沉至海底，大大減少了水下作業(yè)，施工速度快，效率高，因而被廣泛采用。
PE 管采用漂浮—下沉法敷設(shè)的主要步驟如下：
1）管道焊接、下水、拖運
PE 管道在岸上擬定的組焊場地連接，將 PE 管熔焊成幾百米長無接頭的長管段，邊焊邊安裝配重塊，然后將長管段兩端用閥門進(jìn)行封堵。組焊場地設(shè)置下水滑道，長管段通過下水滑道逐步下水，漂浮在海面上。然后用駁船拖運到指定位置。
2）長管段定位沉放
管道浮運至沉放地點后，用 GPS 定位，利用起吊船和工程駁輔助定位，將長管段的一端封堵閥門打開入水，使長管道灌入海水，另一端吊離水面并打開封堵閥門排氣。從一端開始，隨著管道內(nèi)不斷進(jìn)水而緩緩下沉，直到全部沉放就位。
3）長管段之間連接
一段管道沉放后需要與下一管段進(jìn)行連接，連接時可用吊船將前段管道連接段拉出水面，去掉封堵，同時將下一管段吊出水面，法蘭對齊后進(jìn)行螺栓連接。也可以在將兩管段在海上對接平臺進(jìn)行熔焊連接后再沉放至水底。
國外的海底 PE 管大多不要求開溝埋深，通常采用漂浮下沉法敷設(shè)。下沉管道柔韌性好，可適應(yīng)海床地形的高低起伏變化。管道直接放置于海床上，依靠配重塊和壓塊來保持穩(wěn)定，只在近岸處將部分管道埋在海底的管道溝內(nèi)。直接鋪設(shè)在海床上的 PE 管容易被船只錨具、鋪魚裝置損壞，所以國內(nèi)的海底 PE 管大都要求開溝埋深。對有埋深要求的 PE 管敷設(shè)，需要預(yù)挖溝槽，待驗收后要立即進(jìn)行管道的沉放敷設(shè)，及時對溝槽進(jìn)行回填。各施工工序緊密聯(lián)系，相互銜接，需要在施工前統(tǒng)籌安排。
漂浮—下沉法管道敷設(shè)施工容易受到惡劣天氣的影響，造成工期的延誤，應(yīng)選擇在當(dāng)?shù)睾r條件良好的月份施工。同時施工時需要大型的工程船舶輔助施工，在一定程度上提高了施工成本。在回淤較為嚴(yán)重海域施工時，預(yù)挖溝槽可能在管道下沉之前就已經(jīng)嚴(yán)重回淤，管道埋深難以保證，應(yīng)當(dāng)審慎選擇。
（3）敷埋法
敷埋法是近年來涌現(xiàn)的一種新的海底 PE 管敷設(shè)方法，采用敷管船邊敷邊埋作業(yè)。敷管船集合了管道敷設(shè)系統(tǒng)和埋設(shè)系統(tǒng)，只需要一條作業(yè)船就可以實現(xiàn)管道的敷設(shè)和埋深工作，適用于淤泥土、黏性土、砂性土等軟土地基。對于沙礫土、巖石等堅硬地基，需要借助挖泥船預(yù)先開挖一定寬度的溝槽，隨后用敷管船鋪設(shè) PE 管到溝槽內(nèi)。該方法減少了施工船只，施工效率高，大大節(jié)約了施工成本。
該方法主要思路為：PE 管在敷管船上逐段焊接，安裝配重塊后通過托管架敷設(shè)到海底，同時托管架尾部直接連接了海底管道埋設(shè)機(jī)，埋設(shè)機(jī)用敷管船上的高壓水泵通過托管架上的管路供給給埋深臂上的噴嘴射水破土。管道下放道到水力刀切割成的溝槽底部，靠自然回淤將管道埋在海床下。該工藝具有以下幾個特點：
1）確保了整個管道的連續(xù)焊接施工，避免了海中間管道的法蘭接頭。
2）避免了采用先開挖后敷管所需的大量的人力、物力以及對環(huán)境造成的破壞，同時也解決了水下溝槽開挖回淤較快的問題。
3）將敷管船和埋管船合二為一，只要一條作業(yè)船就實現(xiàn)了管道的敷設(shè)和埋深，減少了施工船只，大大節(jié)約了施工成本。
4）管道一下到海底，直接被埋入溝槽中，避免了管道在海床表面停留的時間內(nèi)水流對管道的穩(wěn)定所帶來的影響，同時也避免了在未埋深期間受到錨害等外界因素影響的風(fēng)險。
5）采用淺海無張力敷管法進(jìn)行管道的敷設(shè)施工，解決了PE 管允許抗拉強(qiáng)度小的難題。
海底 PE 管道采用敷埋法敷設(shè)的施工步驟概括如下：
管道運輸→吊裝上敷管船堆管區(qū)→管道上發(fā)射架副滑道管道焊接→管道吊裝到發(fā)射架主滑道→管道和已敷管道焊接→啟動埋深監(jiān)測系統(tǒng)、定位系統(tǒng)→絞錨移船進(jìn)行邊敷邊埋施工。
PE 管道采用敷埋法敷設(shè)施工速度快，無需預(yù)開挖水下溝槽，可縮短施工工期，節(jié)省投資成本，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。大連長?？h大長山島大陸引水跨海段工程采用了敷埋法進(jìn)行海底PE管道的敷設(shè)，僅用時4個月就完成了18000m海底管道的敷設(shè)，大大縮短了施工工期，避免了環(huán)境的污染，對周圍的海產(chǎn)品養(yǎng)殖沒有造成損失，節(jié)約了投資費用[2]。
由于敷管船、托管架和埋設(shè)機(jī)是連在一起，管道敷設(shè)時托管架必須到達(dá)海底，這就限制了敷埋法在深水區(qū)域的使用，一般適用于水深在 30m 以內(nèi)的淺海軟土地基的海域內(nèi)進(jìn)行的 PE 管道的施工。同時由于埋設(shè)機(jī)的采用水力破土，管道的埋深受限，目前國內(nèi)敷管船敷設(shè)最大埋深在 3.5m 左右。
三、總結(jié)
目前國內(nèi)外 PE 管海底敷設(shè)施工的主要方法有：水下拖管法、漂浮—下沉法和敷埋法。
水下拖管法主要適用于該法主要適用于近海淺水區(qū)，短距離敷設(shè)且無埋深要求的管道施工。施工較為方便，施工速度一般。對拖管航線路的平整性有一定要求，可能因為處理海底凹陷和凸起障礙而增加施工費用。
漂浮—下沉法一次性將 PE 管對熔成幾百米的長管段整體下沉安放，可減少水下作業(yè)，施工速度快，最為常用。但施工受海上作業(yè)的條件的影響較大，施工時需要多艘大型工程船舶輔助施工。對于有埋深要求的 PE 管海底敷設(shè)，可預(yù)挖溝槽后，待管道沉放后再進(jìn)行回填。該法在回淤較為嚴(yán)重海域施工時，難以保證管道埋深。
敷埋法采用專門的敷管船施工，只要一條作業(yè)船就實現(xiàn)了管道的敷設(shè)和埋深，施工速度快，效率高。但敷管船專業(yè)化較高。且受制于施工設(shè)備，一般適用于水深在 30m 以內(nèi)的淺海軟土地基的海域內(nèi)的 PE 管道施工，管道埋深有一定限制。隨著敷管船施工設(shè)備工藝的不斷改善，該方法具有廣闊的應(yīng)用前景。
國內(nèi)海底敷設(shè) PE 管道還處于起步階段，具有非常廣闊的應(yīng)用和發(fā)展空間。因此，我們需要在現(xiàn)有的 PE 管道敷設(shè)施工方法的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和完善，使之能有更廣泛的適用性，滿足社會發(fā)展的需求。
