南澳島供水工程海底管槽開挖施工

(中國人民武裝警察部隊 水電第一總隊，廣西 南寧 530028)

圖1 施工總平面布置示意

南澳島位于廣東省汕頭市，是廣東省唯一的海島山區(qū)縣，全島總面積109 km2。南澳島主要新建供水工程施工項目包括：①蓮陽取水泵站；②澄海區(qū)供水管線(約11.64 km)；③澄海培隴至南澳島長山尾海域供水管線(約6.97 km)；④南澳島供水管線(約11.31 km)；⑤北面坑凈水廠(日凈水6萬t)；⑥配水管網(wǎng)。供水工程施工難度最大的是跨海管理鋪裝，最為關(guān)鍵的工序是海底管槽開挖，有必要對其技術(shù)進行探討。

1 施工工作內(nèi)容及裝備選型

1.1 施工工作內(nèi)容

海底鋪管施工主要工作內(nèi)容包括：預(yù)制構(gòu)件制作、水下基礎(chǔ)槽開挖、箱涵安裝、管道熱熔連接、配重塊安裝、管道沉放安裝、溝槽回填、沉排安裝、感潮段雙絞格網(wǎng)石籠安裝。施工設(shè)備布置見圖1。

1.2 開挖設(shè)備選型

海底開挖施工常用裝備主要有耙吸挖泥船、絞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、斗輪式挖泥船、吸揚式挖泥船、鏈斗式挖泥船、反鏟式挖泥船。該工程施工海域由于地質(zhì)條件復(fù)雜、開挖斷面大、成槽要求高，經(jīng)過對比并綜合考慮施工進度和成本控制等因素，確定使用抓斗式挖泥船作為海底管槽開挖機械。抓斗式挖泥船使用廣泛，不僅適用于各種土質(zhì)，還可以抓取水下石塊及部分障礙物[1]。

根據(jù)南澳工程工期要求，施工主要裝備有敷管船、抓斗式挖泥船、交通艇等海上船泊20余艘，用于挖槽和敷管施工。詳細裝備數(shù)量和型號見表1。

表1 裝備配置數(shù)量及型號

2 施工方法

2.1 施工測量

水下溝槽開挖施工為隱蔽性工程，測量工作是保障施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該工程施工測量工作主要包括開挖前平面高程控制測量、挖前水深測量、施工放樣、挖中槽深測量、竣工測量等。

平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用北京1954年坐標(biāo)系，施工船舶通過DGPS定位系統(tǒng)為導(dǎo)航定位[2]。DGPS差分臺設(shè)在發(fā)包人提供的平面控制點上，誤差控制按照《疏浚工程施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ319-99)執(zhí)行，水下溝槽開挖邊線誤差為水下+0.6 m，岸邊+1.0 m，挖槽中心線誤差不超過±1.0 m。挖泥船開挖前在設(shè)計中心線、開口線、開挖起、訖點、彎道頂設(shè)立清晰標(biāo)志，包括標(biāo)桿、浮標(biāo)或燈標(biāo)等，每隔50 m設(shè)一組橫向標(biāo)志。施工標(biāo)志要定期對導(dǎo)標(biāo)精度進行校準(zhǔn)，并符合下列各項規(guī)定：①在開闊水域施工時，各組標(biāo)志應(yīng)使用不同形狀標(biāo)牌間隔設(shè)置，同組標(biāo)志上應(yīng)安裝顏色相同的單面發(fā)光燈，相鄰組標(biāo)志應(yīng)以不同顏色燈光區(qū)別；②水下卸泥區(qū)應(yīng)設(shè)置浮標(biāo)、燈標(biāo)或岸標(biāo)等標(biāo)志，指示卸泥范圍和順序；③在挖泥區(qū)通往卸泥區(qū)、避風(fēng)錨地的航道上設(shè)置臨時性航標(biāo)，在航行條件差、水道狹窄處的轉(zhuǎn)向區(qū)增設(shè)轉(zhuǎn)向標(biāo)志，便于船舶緊急停泊；④DGPS接收機經(jīng)發(fā)包人和監(jiān)理工程師檢驗合格后，供工地挖泥船和測量船使用。

挖泥船上安裝南方測繪公司生產(chǎn)的S82T型GPS接收機和供水工程電子圖形控制系統(tǒng)，在計算機上顯示挖泥機具的實時動態(tài)坐標(biāo)，指示挖泥船精確地進行施工。

在測量船上配備南方測繪公司生產(chǎn)的S82T型RTK-GPS接收機、水深測量自動化成圖系統(tǒng)，并安裝該公司水深測量軟件為測量船精確定位，從而提高測圖質(zhì)量。

(1)高程控制系統(tǒng)。工程使用珠基高程，施工前根據(jù)發(fā)包人提供的水準(zhǔn)點，利用GPS與測深儀聯(lián)合作業(yè)，為挖泥船和測量船提供實時水深。

(2)挖深控制。在各挖泥船上安裝潮位遙報儀接收機，為其提供實時潮位，操作人員根據(jù)潮位及時調(diào)整抓斗下放深度，保證施工質(zhì)量。挖泥船在開挖施工區(qū)內(nèi)作業(yè)必須滿足《疏浚工程施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ319-99)要求，底高程開挖控制在+0.6 m范圍內(nèi)，底面開挖后應(yīng)較為平順，不得出現(xiàn)陡坎。

2.2 施工過程

水下溝槽開挖施工時遵照的引用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程規(guī)范主要有：《土工試驗規(guī)程》(SD128-87)、《水利水電工程施工測量規(guī)范》(SL52-93)、《疏浚工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ334-96)、《疏浚工程施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ319-99)和《水利水電建設(shè)工程驗收規(guī)程》(SL223-2008)。抓斗式挖泥船沿開挖邊線方向作業(yè)，開挖單元長度為100 m，每個開挖時段間重疊區(qū)不小于3 m[3]，條寬按照設(shè)計開挖斷面(南澳工程條寬為 30.5～40.5 m)，開挖施工范圍自南澳島長山尾登陸點至澄海培隴下海點方向。

拋石采用10 m3抓斗船進行分層開挖，將質(zhì)地堅硬且未風(fēng)化的石料堆放在開挖斷面兩側(cè)，待箱涵及管道安裝完畢，再將石料恢復(fù)原位。

挖泥船施工時垂直于管溝槽軸線錨泊定位，錨泊范圍需滿足該挖寬范圍區(qū)段挖泥施工需要，鋼絲繩纜拋錨時應(yīng)盡可能拋足，以減少移錨次數(shù)。為使挖泥船橫移靈便，前纜一段用鋼絲纜。挖泥船下導(dǎo)輪與塹口泥層接觸，使泥斗充足，確保挖出的槽邊比較整齊，且不易脫纜。施工過程中，挖泥船橫軸線與挖槽中心線平行，卷揚機絞動錨纜橫向移船，從槽的一側(cè)橫挖至另一側(cè)，每橫挖一次，船向前移動一段距離。橫移速度視泥斗充泥情況而定，泥斗充泥少時，應(yīng)加大橫移速度，反之則減小。前移距離視泥層的厚度和土質(zhì)而定，泥層厚或土質(zhì)硬時，前移距離宜小，避免主機超負荷運行，造成跳閘、停車。泥層薄或土質(zhì)松軟時，前移距離可適當(dāng)增大，但以泥斗裝泥不超過其斗容量為度。挖泥厚度與抓斗開口寬度和土質(zhì)有關(guān)，當(dāng)抓斗開口寬度一定以后，則完全取決于土質(zhì)，抓斗開口寬度應(yīng)以抓斗充泥滿而不外溢為限。為了提高平整度，應(yīng)根據(jù)水位控制下抓斗的深度。根據(jù)土質(zhì)控制下抓斗的間距(重疊1/4～1/3的抓斗寬度)，挖泥施工分層挖泥，避免挖泥施工時出現(xiàn)陡坡造成塌坍現(xiàn)象。

挖寬為挖泥船抓斗向兩邊甩出的寬度，每層挖泥的內(nèi)邊線通過機動舢板泊至定位進行控制，具體尺寸通過拉尺控制。挖泥全部結(jié)束后，逐步向外側(cè)移船，因為高差較大，最初挖泥施工時應(yīng)向上下游兩側(cè)多挖邊坡，正常挖泥時應(yīng)注意基槽高程，并盡量多重迭，避免漏挖。槽挖質(zhì)量控制需要把握幾個要點:

(1)挖泥施工時應(yīng)及時掌握水位變化情況，換算挖泥后水深，及時用測深儀測量挖泥區(qū)域的水深，避免挖不到位或過度超挖。

(2)挖泥施工期間可能會有少量回淤，可考慮適當(dāng)超深。挖泥開溝一段距離后，挖泥船回到起點位置，用測深儀測量溝槽深度，必要時，通過潛水員水下配合，估算回淤速度。結(jié)合工程的進度、經(jīng)濟性確定一個適合的超挖深度，并根據(jù)工程挖泥實測情況隨時調(diào)整。

(3)嚴格控制挖泥的泥面標(biāo)高，使誤差控制在設(shè)計或規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。

(4)挖泥船的兩側(cè)均可使用泥駁裝泥，泥駁裝滿后，解纜自航至棄泥區(qū)卸泥。泥駁來回裝、運、拋泥，挖泥船、泥駁基本可滿負荷工作。泥駁拋泥時務(wù)必拋棄至海事指定拋泥點，將泥土放至海底暫存。不得隨意亂拋泥土，以免影響船只航行。挖泥時采用DGPS定位，測深儀測量溝槽底高程，當(dāng)達到設(shè)計要求后移至下一斷面繼續(xù)開挖。

(1)根據(jù)深槽位置，測量人員分別在深槽和拋泥平臺邊線上設(shè)置浮標(biāo)。

(2)根據(jù)深槽浮標(biāo)標(biāo)志，派船只引導(dǎo)泥駁到指定的位置依次進行拋卸。

(3)盡量選在平潮時進行拋卸。

3 結(jié) 語

以汕頭市南澳島供水工程為背景，簡要介紹了跨海供水管線施工的工作內(nèi)容、設(shè)備布置選型。通過DGPS定位技術(shù)進行施工測量放樣，使施工精度大大增加。根據(jù)現(xiàn)場工況特點，選用抓斗式挖泥船進行海底管槽開挖，有效解決了施工海域地質(zhì)條件復(fù)雜等問題。抓斗式挖泥船結(jié)構(gòu)簡單，維護成本低，取得了良好的經(jīng)濟效益。該施工方法對長距離跨海供水工程管道鋪裝施工有參考和借鑒價值。