长距离排海管道设计

黄璟

摘 要：随着海峡西岸经济区发展战略上升为国家战略，沿海城市的经济开发区建设加快步伐，为避免污水排海对环境和渔业的影响，合理利用海洋的自净能力，长距离排海管道越加普遍，本工程以东吴浆纸基地尾水排海工程为例，介绍了最新的海上管道敷设方法，对长距离海上管道的设计有一定的借鉴意义。

关键词：排海管 铺管船 冲槽埋管

1.引言

社会经济发展是一个不可逆转的必然趋势，要满足社会经济发展的需要，又要充分考虑水环境的承受能力，同时对水资源进行切实可行有效的保护，使水资源得以持续利用，支持社会经济的可持续发展。这就要求我们必须首先对工业园区污水进行处理，进而实现综合治理，改善我们的水环境和生活环境，并使水资源可持续利用，以满足经济可持续发展的要求。因此，长距离尾水排放工程已成为经济开发区建设和可持续发展的当务之急，是改善开发区环境状况，进一步提高生活质量，建设优美的人居环境、投资环境和旅游环境的迫切需求。

2.工程概况

海域段尾水排海管道入海点位于莆田市秀屿区文甲码头的东北侧约1km处，山柄东北侧。尾水经陆域管道和提升泵站进入高位井后，再通过海域段排放管输送至拟定排放口进行排放，排放口位于入海点东南侧约12.4km的海域。具体位置如下图所示。

根据本项目水量的分析预测，东吴浆纸基地尾水排海工程和环湄洲湾北岸尾水排放工程近期（2020年）设计排水总量为25万m3/d，其中东吴浆纸线近期排水量为20万m3/d，环湄洲湾线近期排水量为5万m3/d；远期（2030年）设计排水总量为100万m3/ d，其中东吴浆纸线远期排水量为40万m3/d，环湄洲湾线远期排水量为60万m3/d

3.建设条件

本工程海域段尾水排放管道路由总长约12.4km，其中滩地高程在平均低潮位-2.22m以上的山体和滩涂段长度约100m，海底高程为-2.22m～-10.0m段长度约300m，海底高程为-10.0m ～-18.2m段约为12000m。海上主要为淤泥层，管道路由沿线存在航道，通航要求管道覆土厚不小于2m。

4.排海管道施工可行性方案分析

4.1管道施工方法比选

目前国内沿江沿海新建的发电厂取排水管道、污水处理厂污水排海管道，很多都采用埋管法、顶管法建造，已有丰富的成功施工经验。

4.1.1架管法

架管法即管道在陆地上制作，采用水上钻孔制桩或打桩，并安装横梁，管道架设于横梁上的方法来完成管道铺设。

水上打桩、构件安装及管道安装等工序复杂，受海上风浪影响大，施工难度较大。海上施工环节多，风险相对加大。涨落潮对承台处的海床冲淤影响较大，可能造成局部冲刷。基础为桩基承台，受海床冲淤变化影响小。海域段管道均高于原海床面，对航运有影响。桩基施工对周边环境有影响，但程度有限。施工工期较长，造价较高。

4.1.2开槽埋管法

開槽埋管法为管道在陆地上制作并连接成一定长度，同时在水下挖土形成沟槽，再在槽沟中敷设排海管，最后回填土。海底管沟开挖方法有预开槽法和后开槽法。

（1）预开沟法

预开沟法是利用水面（挖泥船机）或海底设备（开沟犁）在管道铺设前，按照预定路线事先在海底形成管沟的方法。水面机械开挖管沟，常使用各类挖泥机（船）完成，作业水深一般小于20m。各种型号的开沟犁，适用于不同水深和不同海底地质条件，但价格比较昂贵。

（2）后开沟法

后开沟法是在已铺设的管道上，利用喷射水流、气举水流、铰刀等将管道下方和周围的土壤切削、冲刷、液化和扰动，通过水力（气）喷射和排泥设备将土壤（或泥浆）扬弃或排出，在管道周围及下方形成管沟，使管道随即下卧在形成的管沟中。根据挖沟的形式又可分为：冲射法、土壤液化法、后开沟犁法、机械开沟法。目前较为常用的为冲射法，由于其施工费用低、施工速度快，目前长距离海底小管径管线沟槽开挖多采用该方法实施。随着近几年技术的革新，该方法目前可用于管径最大可达到DN1400的管道工程。

海上铺管、成槽工艺成熟，受风浪影响相对较小，施工难度小。施工过程主要受风浪影响，风险较小。管道埋设于海床下，工程对海床冲刷无影响。管道埋深较浅，淤积对工程无影响，冲刷对工程不利，须采取防冲措施。管道埋设于泥面以下，仅扩散段有上升管和喷头出露，对航运影响有限。施工工期短、造价低。

4.1.3 顶管法

顶管法施工技术如下所述：先在管道设计路线上施工一定数量的顶管工作井，当作一段顶管的起点和终点，工作井的一面或两面侧壁设有圆孔作业预制管节的出口与入口。顶管出口孔壁对面侧墙为承压壁，其上安装液压千斤顶和承压垫板。千斤顶将带有切口和开挖装置的工具管（平衡式顶管机）顶出工作井出口孔壁，然后以工具管为先导，将预制管节按设计轴线逐节顶入土层。

施工工艺成熟，海上段基本在泥面以下推进，施工基本不受风浪影响，本工程海上顶进长度较长，须设置3～4个海上工作井和海上工作平台，施工难度较大。本项目管线长度较长，顶进过程中不确定因素较多，长距离顶进成功案例较少，施工风险较大。管道埋设于海床下，工程对海床冲刷无影响。管道埋深较深，较小的冲淤变化基本不会对管道造成影响。管道埋设于泥面以下，仅扩散段有上升管和喷头出露，对航运影响有限。施工时对周边无影响。施工工程长，造价高。

4.1.4沉管法

混凝土管沉管法是用浮运、沉放预制管段来建造水底隧道的一种工法。设计时，将拟建隧道的水底部分分成若干节管节。管节先在干坞内制作成型、两端封闭，浮运至隧道位置。然后使其下沉预先浚挖好的基槽中就位、对接，进行管底基础处理、回填覆盖。如此逐节进行直到完成沉管段施工。

管道的海上浮运、沉放、成槽工艺成熟，沉放过程受风浪影响较大，并接管节的拼装需要在水下中进行，工程实施难度相对加大。施工过程主要受风浪影响，风险较小。管道埋设于海床下，工程对海床冲刷无影响。管道埋深较浅，淤积对工程无影响，冲刷对工程不利，须采取防冲措施。管道埋设于泥面以下，仅扩散段有上升管和喷头出露，对航运影响有限。海底沟槽开挖对周边水环境影响较大。施工工期较短，造价较低。

综上比选，考虑本项目海域段管道较长，并综合分析本项目当地海域风、浪、潮、海滩地形和地质情况，推荐采用开槽埋管法进行施工。

4.2管道敷设方法比选

本工程排放管海域段入海口位于烟墩山的鞍部，陆上施工作业场地条件较差，且场地较小，不适宜进行大量的陆域作业；且陆域运输仅靠北侧的一条简易道路，长管节的钢管运输极其困难。因此，若漂浮铺设法和牵引铺设法进行敷设管道，将存在工程投资较大、工程难度较高、施工工期较长等劣势。而铺管船铺设法的施工作业场地均在铺管船上，陆域无需设置作业区。因此，本工程海域段管道敷设推荐采用铺管船铺设法。

4.3管道开槽方法比选

本工程管道路由沿线海床表层以淤泥土为主，冲射后开沟槽法相对预开挖沟槽法相比，土方开挖量大大减少，且施工费用低、施工速度快，但其冲槽深度有限（目前国内冲槽设备海底最大开槽深约2.7米）。海域段管道直径为1400mm，因此，海底开槽深度应至少达到3.4m。为尽量减少海上土方开挖，节省工程施工费用，缩短施工工期，本工程海域段管道开槽推荐采用预开沟法与冲射后开沟槽法相结合的方法，即将管道路由上方约1m厚的土方采用挖泥船进行疏浚，然后敷管，最后采用埋设机进行冲槽埋管至设计标高。

5.结语

随着工业蓬勃发展，人口增加，工业废水河生活污水不断增加。为避免污水排海对环境和渔业的影响，合理利用海洋的自净能力，长距离排海管道越加普遍，传统开槽埋管作为常见的海上铺管方法，施工工期长，土方开挖量大，而冲槽埋管法将开槽及管道敷设的工序结合，从而减短工期，减少造价。本工程以东吴浆纸基地尾水排海工程为例，介绍了最新的海上管道敷设方法，对长距离海上管道的设计有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]污水海洋处置技术指南[J].中国环境科学出版社，1995.