沉管技术在给水工程穿越运河施工中的应用

沉管技术在给水工程穿越运河施工中的应用 赵 明 (南京市政设计研究院有限责任公司， 210008) 摘 要:结合宿迁市中心城市饮水安全保障工程中过河钢管采用沉管施工技术穿越京杭大运河的工程实例，阐述了过河管道沉管施工中的技术路线和应注意的问题，以供类似工程施工借鉴。 关键词:沉管; 给水工程;运河 水下沉管施工是穿越水深较深、地质条件复杂、围堰施工困难、有通航要求的水域的主要方法之一，目前在市政工程中已广泛运用。本文结合江苏宿迁市城市饮水安全保障工程中的沉管工程，作一介绍。 1 工程概况 宿迁市中心城市饮水安全保障工程供水管道为新建，2根直径分别为DN1200mm和DN1400mm的钢管需穿越150m宽的京杭大运河，最浅埋设深度为2m，沟槽底宽4.4m，边坡为1:4。沉管中心线距离通湖大道桥桥梁防撞墩边线55m，桥梁防撞墩间距90m，水深超过2m的航道宽度约102m。本次沉放钢管的最大深度达10.5m，基槽土质大部分为新近冲淤积粉质粘土，施工难度很大。京杭大运河是当地水上交通的生命线，运输繁忙，为了不影响京杭大运河的通航功能，综合比较多个方案后，决定采用沉管技术进行管道施工，将输水管道做成π形，沿河床通过，在河岸上制作完成后一次性吊装沉入水底。 2 沉管施工 2.1 基槽开挖 3本工程共需挖泥约17242m，挖泥底标高从16.9m,19.69m，基槽土质大部分为新近冲淤积粉质粘土，采用反铲式定位桩挖泥船配合自航泥驳进行施工。 施工工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 :测量立标?设置锚坠浮鼓?挖泥船定位?挖泥船挖泥?泥驳运泥?检查验收。 陆地基槽开挖:根据测量放样的支墩点位和基槽的轴线位置，进行陆地土方开挖和驳岸拆除，开挖土方应就近存放，以备后用。 航道基槽开挖:采用定位桩挖泥船进行施工，施工中采取先挖两边，后挖中间;开挖方向由中间向两边，由两边向中间;施工船舶由纵向到横向的方法进行开挖。由于航道两边的土方较高，施工船舶无法靠边，在施工的开始时期，无论在南岸或北岸，挖泥船纵向顺靠在航道的内挡，贴近滩涂插桩定位，运泥驳船停靠在外挡，从航道中心向岸边进行土方开挖，并在距运泥驳船15m以外设立施工浮标。挖机从一侧开挖，旋转180度后将泥装进运泥驳船的船舱内，这样可以减小航道占用量。 质量控制措施:?基槽挖泥施工前应做好标志设置工作，包括挖泥基槽的纵向标及断面标。立标时应注意标志位置的选取要合理并且方便施工。?开挖过程中要严格按照设计断面尺寸要求施工，勤对标、勤测水深，特别是挖至最底层或挖至边线时，要精确控制开挖范围，将超宽、超深控制在最小值。本工程基槽深度过深，应采用GPS定位，超声波深度检测仪进行基槽密点检测，杜绝基槽浅点 出现。?基槽开挖后及时进行沟槽基底砂垫层抛填等后续工序施工，以防基槽回淤。 2.2 大运河段沉管基槽铺砂垫层 本工程沟槽基底处理采用在泥面上铺设0.3m厚中粗砂垫层，共抛砂垫层3310m。砂垫层采用自航开底驳船从供货商料场直接装船运输，靠定位方驳后开底抛填、潜水员水下整平的施工工艺，标高不足部分利用自航平板驳船、反铲找平。 施工工艺流程:定位方驳定位?中粗砂装船?自航开底驳运输?靠定位方驳?自航开底驳抛填砂垫层、潜水员整平?自航平板驳找平?测量验收?移船定位抛填下一施工段。 抛填施工要点:?砂垫层抛填时勤测水深、标高，抛填后由潜水员检查，以防漏抛或局部隆起。砂垫层顶面应进行整平，砂垫层顶面宽度不小于设计宽度，每侧超宽不大于2m。?砂垫层施工应考虑水深、水流和波浪对砂粒产生漂流的影响，采用分段施工，施工方向尽量与水流方向一致，以避免超高。 质量保证措施:?抛砂前，复测基槽断面尺寸有无变化，若有变化，应进行处理;派潜水员下水检查回淤情况，回淤厚度大于100mm时应用抽泥泵抽走。?导标标位要准确，勤对标，以确保砂垫层平面的位置和尺寸。?勤测水深，防止漏抛或高差过大，在接茬处，应在临近接茬2,3m的已抛部位开始测水深，并采取先测水深、后抛石、再测水深的方法进行抛填，以免漏抛或抛高。?要顺流抛填，抛砂和移船的方向应与水流方向一致，以免砂子漂流到已抛部位而产生超高。 ?采用GPS定位，超声波深度检测仪进行基槽密点检测，严格控制顶面标高。?严格控制填料的砂质、含泥量等指标。 2.3 沉管制作 本工程过京杭运河倒虹吸输水管共2根，单根长187.6m，其中D1220×16mm钢管1根、重90t，D1420×18mm钢管1根、重117t。钢沉管的制作施工分两个阶段进行，先在制管厂购买长为12m的成品管节，然后运到工地进行对接，现场对接采用X坡口焊接，对接完成，探伤、试压合格后进行接口处防腐。 施工工艺流程:管节运至现场?现场焊接组装?焊接检验?管道接口处防腐?管道试压?管道冲洗消毒。 质量保证措施:钢管制作时为减少焊接应力和焊接变形，应采取合理的焊接顺序、对称、分段等焊接方法。 2.4 沉管沉放 钢管安放采用整体浮运、起重船辅助、分阶段控制下沉的施工方法。下水前管道两端管口采用闷板封堵，并在闷板上设置进水管、排气管和阀门。经计算钢管整体浮运所承受浮力足以使钢管漂浮，不需借助浮筒等外力，两根钢管均采用单管下沉，连续施工时间大约12小时。 2.4.1大运河沉管施工测量控制 大运河沉管段应在支墩浇筑时设置管线沉放的导标，控制管线的顶高和轴线位置，只要将管体缓缓搁置在支墩上，略作轴向调整即可。下沉时在中间水平段上各系3根测量绳，根据水面高程及测量绳的读数来测量控制沉管下沉的速度及平衡。 2.4.2 施工工艺流程 沉放前准备工作(包括对沟槽、砂垫层的复查整改)?管体下水?拖轮拖引钢管浮运沉管区域?起重船起吊就位?打开闷板上的排气阀、ø100进水阀与ø100泥浆泵联接?注水下沉?岸堤上挖机在轴线位置调整沉管位置?符合检查 验收要求?工作船撤离。 2.4.3沉管时机选择 提前3个月测量河水的水面的高程和流速，以一个周为周期，每日测量间隔2 h，绘制河水水面的月(日)变化曲线，根据河水标高变化曲线确定沉管的时间。 2.4.4管体下水 管体焊接、防腐完成，检测、试验合格后，方可进行管体下水。根据现场实际情况，本工程均采用吊装下水的方式施工。即在沉管的前一天进行管体下水，下水前，先将管道中的水放空，关闭所有阀门进行吊装施工。吊装时，5条吊装船同时进行起吊，管体缓缓离开地面后，慢慢将船后退，平稳放入水中。下水后，采用两条拖轮将其拖至桥西侧顺岸停放。然后进行第二根管体的下水，同样采用两条拖轮拖至桥西侧顺岸停放。由于施工时吊装船舶与管体共占据航道45m，航道采用半侧封航即可满足施工。 2.4.5 管道起吊定位 钢管下水后，用两条拖船将钢沉管拖至沉管位置，顺停在航道边，过夜时应采用外侧停船防护并派人进行夜间巡视，等待沉管施工。由于大运河管道水平总长186m，重达117t，起吊时应充分考虑每一个吊点的受力是起吊的关键。按管体的长度和重量应安排5个起吊点，两头采用两艘起吊能力为80t的高竿吊装船，中间采用三艘起吊能力为40t吊装船来完成吊装(如图1)。为了安全起见，另备一艘起吊能力为80t的高竿吊装船作应急备用，总起吊能力应大于管重的 图1 管道吊点示意图 2倍。 本工程采取半封航施工，起吊前各吊装船在自己的吊装点安装好吊装索具，等待航道全面封航。封航后，各吊装船立即实施起吊施工。起吊时，先由两头的吊装船开始，慢慢吊起，使管体从水 平状态变成垂直状态，同时，中间的 吊装船也应收紧索具，稳定管道。管 道吊起后，启动吊装船自身推进器， 使管道在水面上作90?管位调整，缓 缓移至管位，实施灌水下沉。 2.4.6 灌水下沉 准备工作完成后，沉管起吊的开 始，应同时从两端开启ø100排气管阀 后，开启ø100进水闸阀。管体进入管 位后，开始向沉管内充水(见图2)。 图2 管道灌水下沉示意图 沉管充水量应有准确的计量，观察管体的吃水，当管体因充水缓缓下沉时，吊装船也应缓缓释放索具，保持船体的干舷高度。当管体的重量加水的重量略大于浮力时，停止充水。此时沉管处于临界状态，管内的水流动空间较大，保持沉管平衡是沉管下沉的关键，所有吊装船必须服从统一指挥，同时平稳匀速释放索具。管体离支墩20cm高时，调整管体的轴向位置，同时向管内充水，保持管体稳定下沉。整管平稳沉至槽底后对水下管道进行高程、中心位置校核，均满足设计要求后，拆除吊钩绳索，回到原位准备进行第二根管体的吊装下沉。 第二次沉管的方式与第一次相同，管体平稳沉至槽底后对水下管道进行高程、中心位置校核，均满足设计要求后，拆除吊钩绳索，吊装船撤离施工现场，开通航道。 两次沉管的累计施工时间预计为12小时。 2.4.7 质量保证措施 ? 沉管施工前必须对水文、气象进行详细调查分析，选择流速较小，晴天、少雨的有利时机。 ? 沉管施工机械要结合当地的自然条件、机械施工能力和习惯，尽量采用安全可靠、简单易行的施工方法。 ? 要建立统一指挥、协调一致的组织系统，选用经验丰富的工程技术人员担任现场指挥、熟练的水上作业人员进行操作。 ? 沉管处于临界状态后，沉管两端的吊力较安全，高差0.2,0.4m为宜，可有效控制管内水的流动，避免管端漂起及吊力失衡现象。 ? 吊点处应设置吊扣，捆绑处均包裹麻袋或海绵，以有效保护钢管的防腐层。 2.5 管沟槽回填 本工程沟槽回填中采用的500mm厚袋装砂包封应在沉管安放、连接完成后立即进行，然后依次回填碎石(京杭运河区2.2m厚)、块石(京杭运河区0.7m厚)、回填土至河底标高(且京杭运河区回填土厚度要不小于300mm)。填料均采用自卸车和装载机在驳载码头处装船，袋装砂包封主要采用平板驳运输、船上人工抛填、水下潜水员整理的施工工艺，其它回填料均采用方驳运输、靠定位方驳后挖掘机抛填、潜水员配合整平的工艺，标高不足部分利用自航平板驳船、反铲找平。施工顺序为:自远岸端开始向岸堤方向顺序施工。 2.5.1 抛填施工要点 抛填时勤测水深、标高，抛填后由潜水员检查，以防漏抛或局部隆起。填料层顶面应进行整平，顶面宽度不小于设计宽度，每侧超宽不大于1m。 抛填施工应考虑水深、水流和波浪对砂粒产生漂流的影响，采用分段施工，施工方向尽量与水流方向一致，以避免超高。 2.5.2 质量保证措施 ? 抛填前，复测基槽断面尺寸有无变化，若有变化，应进行处理。 ? 导标标位要准确，勤对标、勤测水深，以确保抛填的平面位置和尺寸。 ? 勤测水深，防止漏抛或高差过大。在接茬处，应在临近接茬2,3m的已抛部位开始测水深，并采取先测水深、后抛石、再测水深的方法进行抛填，以免漏抛或抛高。 ? 要顺流抛填，抛填和移船的方向应与水流方向一致，以免填料漂流到已抛部位而产生超高。 ? 检查时采用望远镜(放大率大于30倍)及水准仪，严格控制顶面标高。 ? 严格控制填料的质地、含泥量等指标。 3 结语 水下沉管施工与架空过河及顶管等施工方法相比较，施工工期短，对水体等周边环境影响小，不影响河道景观，施工过程中对通航影响较小;但其对钢管的焊接、防腐处理等要求非常高，且在投入使用后进行维修相当困难，因此对施工过程中的质量控制要求高，在施工中必须一次成功。本工程的沉管施工完全达到了设计要求,取得了较好的效益。 参考文献: [1]杨利华.采用水下沉管法施工宁波甬江隧道.[J]水运工程，1996(2):62-63. [2] 刘敏林.沉管施工技术在过河管道中的应用.[J] 西部探矿工程，2004(9):165- 166. 收稿日期:2008-11-11; 作者简介:赵明(1979- ),男, 助理工程师，现主要从事给水排水结构设计工作。