(浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，浙江 杭州 310018)

1 工程概况

舟山市大陆引水三期工程位于浙江省东部舟山群岛，地处长江口南侧、杭州湾外缘的东海洋面上，工程总投资23.62亿元，设计引水规模10.40万m3/d，引水流量1.20m3/s，项目被列入国家172项节水供水重大水利工程。之前，舟山市大陆引水一期工程和二期工程已建成运行。舟山市大陆引水三期工程海底管道地跨宁波市、舟山岛，管线长度33km，全程采用焊接钢管，管道内径均为1200mm。

管道路由靠近宁波侧10km以内的西部浅滩海域,为淤泥质粉质黏土，顶板高程-12.70～2.70m。因二期工程管道投产后也出现了埋深不足的问题，最后采用了重新挖沟、混凝土块镇压管道下沉的方式进行处理，事后处置费用较高。因此，结合一、二期工程经验，三期工程将该管道路由区域设定为“管道上浮高风险区域”，并对高风险区域进行管道上浮风险分析，提出相应的防护措施，确保管道的施工及运行安全。

2 管道上浮风险分析

为保证管道的施工及运行安全，对管道施工及在位运行状态下的稳定性进行了详细分析。

当管道沉入沟底，沟内土壤处于自然回淤阶段时，土壤将重新排水固化。随着土壤含水率不断降低，沟内土壤将经历液态状态、泥浆状态和半固态-固态三个阶段。根据试验结果，土壤含水率超过其液限2.3倍(W/WL>2.3)时，沟槽内土壤处于液态状态，管道只存在浮力，无土壤剪切力；当含水率为液限1.3～2.3倍(1.3

图1 淤泥质粉质黏土调查情况

土壤处于液态状态时，随着土壤含水率降低，管道受到的浮力将呈现线性增加的趋势；当处于泥浆状态时，管道由于受到附加土壤抗力的作用，实际所受的向上力(浮力减去土壤抗力)将降低；当处于半固态-固态时，管道将不会受到浮力作用。因此，沟槽内土壤在临界含水率条件下，即图1中A点，上浮风险最高。

选取路由区域两种典型土壤对管道上浮风险进行分析。

工况1：粉质黏土，含水率31%，土壤颗粒比重2.72，WL=28.5%；

工况2：淤泥，含水率56.5%，土壤颗粒比重2.75，WL=42.9%。

根据《海洋石油工程海底管道设计》，土壤的容重计算公式如下：

式中γs——土壤饱和重度；

G——固体土壤颗粒的相对密度；

γw——水的相对重度；

W——土壤含水率。

土壤排水固结过程中，泥浆重度将与管道充水情况下重度接近，存在后挖沟后管道上浮风险。相关计算结果见表1。

表1 后挖沟过程中管道垂向稳定性

不同土壤含水率条件下，管道比重、土壤含水率及海水比重之间的关系如图2所示。当土壤含水率不断降低，含泥海水比重大于管道充水等效比重，但未达到临界含水率(即管道受向上力最大)时，管道上浮风险大。通过分析可以发现，对于淤泥质土壤(WL=42.9%)，临界含水率范围为98.67%

图2 土壤含水率与比重的关系

若该路由区域潮流小，后挖沟区域回淤慢，回淤效果差，管道上浮风险高；若路由区域潮流大，回淤速度快，回淤效果好，管道上浮风险将大幅降低。

结合二期工程施工经验，埋深不足的区域主要集中在近宁波镇海侧，土壤主要为淤泥(部分为粉质黏土)，此种土质增加了上浮风险；水深较浅，受波流影响大，同时，底层流速较其他区域慢，回淤效果较差，也增加了管道的上浮风险。因此，应当采取必要的措施，对管道进行锚固，施加压载，降低管道上浮的可能性。

3 压载方案比较

针对后挖沟过程中，海水含泥量高的条件下存在管道上浮的风险，从施工措施入手，降低该类风险。结合该项目的特点，提出三种解决方案：增加壁厚、混凝土联锁排压载、网格石笼压重块压载。各方案比较情况见表2。

表2 管道控制上浮风险的方案比较

3.1 方案一：增加壁厚

钢管壁厚增加至17mm时，管道充水状态的比重为1.34，充水等效密度为1373.50kg/m3，管材重量增加911t，增加材料费，基本不增加安装费。

3.2 方案二：混凝土联锁排压载

全程间隔50m设置混凝土联锁排(见图3)，共需要约200块。单块联锁排尺寸为3.0m×2.0m×0.4m，干重为6000kg/块，水下重为3540kg/块，等效水下比重为1.30。

图3 混凝土联锁排安装系统

采用安装船队进行联锁排安装(包括主施工作业船、900马力抛锚艇、2400马力拖轮、联锁排安装装置、1000t运输驳船)，安装效率约每天20块，共需要约10天完成联锁排安装。

3.3 方案三：网格石笼压重块压载

全程间隔50m设置网格石笼压重块，共需要约200块。单块网格石笼压重块尺寸为5.0m×1.0m×0.5m，干重为6250kg/块，水下重为3687.50kg/块，等效水下比重为1.304。

采用安装船队进行石笼压块安装(包括主施工作业船、900马力抛锚艇、2400马力拖轮、石笼安装装置、1000t运输驳船)，安装效率约每天20块，共需要约10天完成石笼安装。

4 结 论

综上所述，混凝土联锁排压载方案海床面适应性好，同时，抵抗冲刷及外力破坏能力强；安装时可采用专业机具配合声呐监控设施，安装过程可实时监控，且不需要潜水员进行水下作业，施工进度、质量和安全均可有效保证，在类似工程中有大量应用案例，方案成熟，因此，推荐采用混凝土联锁排对上浮风险较高的区域管道进行压载保护。

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