韓江粵東安揭總干渠渠首工程沉管施工分析

許楚明

（廣東省科源工程監(jiān)理咨詢(xún)公司，廣東 廣州 510635）

韓江粵東灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程（安揭總干渠渠首工程）位于潮州樞紐東溪大壩連接段上，輸水線(xiàn)路向南先沿江東圍總干渠布置，將管道埋設(shè)在江東圍干渠底部，在樁號(hào)AJ0+568.710 處管線(xiàn)折向西與東西溪大橋平行布置，在樁號(hào)江東洲AJ0+960.516 處從路面下穿過(guò)東西溪大橋，穿過(guò)西溪左岸堤防后，管線(xiàn)折向南與西溪左岸堤防平行布置在河灘地上，在樁號(hào)AJ2+277.286 接跨西溪倒虹吸，將原水引至安揭總干渠原渠首進(jìn)水閘處。基于韓江粵東灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程（安揭總干渠渠首工程）沉管管段較多，施工條件復(fù)雜，本文對(duì)其沉管施工進(jìn)行分析。

1 工程概況

韓江粵東灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程（安揭總干渠渠首工程） 沉管樁號(hào)為AJ2+304.436～AJ2+580.681，水平長(zhǎng)度276.245 m，其中左岸上引段為1∶5，水平長(zhǎng)度25 m，水平段236.245 m，右岸上引段位1∶3，水平長(zhǎng)度15 m。全線(xiàn)采用內(nèi)徑為3 m 鋼管，其中左右岸上引段壁厚38 mm，管長(zhǎng)分別為25.5 m、15.81 m，水平段管壁厚為32 mm。通過(guò)投標(biāo)文件提供的地形數(shù)據(jù)以及邊坡開(kāi)挖計(jì)算，按照正常蓄水位3.3 m 進(jìn)行計(jì)算，水域?qū)挾冗_(dá)到340 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管段總水平寬度276.245 m。

2 工藝流程

本項(xiàng)目沉管工程采取的工藝流程主要包括管段水上對(duì)接成型、總成管段水上浮運(yùn)、總成管段沉放安裝、回填等工序。

3 沉管施工

3.1 管段下水

3.1.1 牽引力計(jì)算

通過(guò)計(jì)算，對(duì)比兩節(jié)管段，左岸管節(jié)段重量為m左=2.847×26+2.393×115.2=350 t；右岸管節(jié)段重量為m右=2.847×16.31+2.393×121.545=337 t。

左岸管節(jié)段分平面段及斜坡段兩種情況進(jìn)行牽引力計(jì)算。

式中：Fd為牽引力，kN；m 為鋼管自重，t；g 為重力加速度，N/kg,本工程取10；α 為傾角，水平段位0°，斜坡段為10°；u 鋼管與鋼軌之間的摩擦系數(shù)，取潤(rùn)滑后的系數(shù)0.1。

斜坡段：通過(guò)受力分析，分解為順著滑軌的下滑力和鋼軌和鋼管間的摩檫力，分別為：

下滑力F1＝m·g·sinα=350×10×sin10°=608 kN；

摩檫力F2=u·m·g·cosα=0.1×350×10×cos10°=345 kN；

說(shuō)明下滑力比摩擦力大F1-F2=608-345=263 kN，需要卷?yè)P(yáng)機(jī)提供拉力才能確保下滑安全。

3.1.2 管段下水

將定位船進(jìn)行拋錨定位，定位方式和水下土石方填筑時(shí)一樣，使用前，應(yīng)檢查減速箱的油量，油的溫度及各滑動(dòng)軸承是否有油；起動(dòng)前應(yīng)先用手扳動(dòng)齒輪空轉(zhuǎn)一圈，檢查各部零件是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，特別要注意制動(dòng)是否好用；起吊重型物件時(shí)，應(yīng)進(jìn)行試吊，以檢查繩扣及物件捆綁是否結(jié)實(shí)，并注意卷?yè)P(yáng)機(jī)卷筒上的鋼絲繩余留因數(shù)不得少于3 圈；操作人員必須熟悉卷?yè)P(yáng)機(jī)的構(gòu)造性能，作業(yè)時(shí)，操機(jī)身周?chē)鷩?yán)禁站人[1]。

下水前，測(cè)量人員在鋼軌上做好行程標(biāo)記，方便下水過(guò)程檢查管段是否同步進(jìn)行。所有參與水下施工的指揮員、卷?yè)P(yáng)機(jī)操作手、測(cè)量人員統(tǒng)一采用對(duì)講機(jī)進(jìn)行溝通，確保信息溝通流暢。

3.2 管段水面對(duì)接成型

3.2.1 受力計(jì)算

自重計(jì)算：G=m×g=（1.24+8.37）×10=96.1 kN

浮力計(jì)算：F浮=ρgv排=1×10×（4904×2×2.34）=229.5 kN

施工過(guò)程中考慮施工活荷載，工作艙及活荷載合計(jì)Q=106.1 kN，

配重計(jì)算：（F浮-Q）/g=（229.5-106.1）/10=12.34 t。采用四塊重3.0 t 配重塊，其他采用配重沙袋完成配重。

3.2.2 水面對(duì)接

水面對(duì)接示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 水面對(duì)接示意圖

管段緩慢下水后，在距離岸邊15 m 左右位置進(jìn)行臨時(shí)固定，待具備施工條件后，由牽引船浮運(yùn)至距離岸邊20 m 位置的對(duì)接區(qū)域。鋼管樁采用Φ630×δ10，間距30 m，通過(guò)放樣，確定在同一條直線(xiàn)上。為固定管段做好準(zhǔn)備工作。通過(guò)精準(zhǔn)計(jì)算后，采用起重船起吊左岸連接段管節(jié)，拖船緩慢將管段靠近鋼管樁，通過(guò)測(cè)量隊(duì)管段就位情況進(jìn)行測(cè)量后，將管段采用剛性連接與鋼管樁固定，固定完成后對(duì)管段做進(jìn)一步復(fù)核，為后續(xù)正式對(duì)接提供參數(shù)。

測(cè)量復(fù)核完成后，同樣采用起重船和拖船將右岸管節(jié)段緩慢靠近左岸管節(jié)段和鋼板樁。通過(guò)測(cè)量確定左右管段基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

接頭坡口驗(yàn)收合格后，通過(guò)起重船和調(diào)節(jié)螺桿緩慢地將管段精準(zhǔn)對(duì)接。精準(zhǔn)對(duì)接完成后，將工作艙與管段做進(jìn)一步吻合加固。

3.3 管道浮運(yùn)

防腐完成后，進(jìn)行氣壓試驗(yàn)。浮運(yùn)前將用于加固的鋼管樁拔除。

經(jīng)計(jì)算鋼管整體浮運(yùn)所承受浮力足以使鋼管漂浮，不需借助浮筒等外力，管段成型后，由拖船托運(yùn)至沉放現(xiàn)場(chǎng)，拖航前預(yù)發(fā)布航行通告，拖船當(dāng)日，港監(jiān)清道船清開(kāi)航道警戒，確保航程安全。管段在水中浮運(yùn)時(shí)，應(yīng)采取保護(hù)外防腐層不受損壞的措施。

3.4 總成管段沉放安裝

3.4.1 測(cè)量放樣、定位

將管道中心線(xiàn)、管道邊緣線(xiàn)、轉(zhuǎn)折線(xiàn)等具有明顯特性的線(xiàn)條放樣出來(lái)，并做好明顯標(biāo)記。為了便于觀測(cè)下沉進(jìn)程，在兩端的彎起段每隔200 mm 高程標(biāo)注清晰的高程標(biāo)志點(diǎn)[2]。

3.4.2 輔助沉管設(shè)施施工

輔助沉管沉放的設(shè)施主要為Φ630×δ10 鋼管作為導(dǎo)向柱，布置在供水鋼管下游側(cè)，邊緣與供水管下游邊緣線(xiàn)在同一條直線(xiàn)上，間距按照30 m 布置。同時(shí)在河床兩岸各布置兩臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)，將卷?yè)P(yáng)機(jī)與管段轉(zhuǎn)折點(diǎn)連接。

3.4.3 管段就位及測(cè)量復(fù)核

管段在起重船及卷?yè)P(yáng)機(jī)的共同作用下，完成管段就位。過(guò)程中，測(cè)量隨時(shí)檢查管道的就位情況，確保就位質(zhì)量。

3.4.4 連接注水泵，打開(kāi)排氣閥

注水時(shí)間不能太長(zhǎng)，但同時(shí)也不能太快，控制在6 h，通過(guò)安裝流量表，嚴(yán)格控制灌水速度和灌水的總量。

通過(guò)計(jì)算需要灌水量略大于1282.2 m3，每小時(shí)需要灌水200 m3，在兩端布置兩臺(tái)流量為50 m3/h，安裝對(duì)應(yīng)的流量監(jiān)控器，確保灌水的精準(zhǔn)度。

3.4.5 灌水下沉

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作到位后，具備沉管條件，先開(kāi)啟兩端排氣管閥后，同時(shí)開(kāi)啟兩端抽水機(jī)，開(kāi)始向管內(nèi)灌水，調(diào)整進(jìn)水閥門(mén)，確保單側(cè)流量控制在100 m3/h。

灌水過(guò)程中，密切關(guān)注灌水總量，理論上6 小時(shí)25 分鐘灌水后，沉管達(dá)到臨界狀態(tài)，沉管總指揮通過(guò)對(duì)講機(jī)向各操作手下達(dá)下沉命令，并關(guān)閉排氣管閥。

下沉過(guò)程嚴(yán)格控制沉放行程，每次動(dòng)作的沉放深度不能超過(guò)200 mm，通過(guò)兩端的高程標(biāo)志點(diǎn)控制管下沉的速度和確保管道平衡下沉。管道下沉至一定深度（1 m）后，進(jìn)行一次吊點(diǎn)、管位及船位的檢查和調(diào)整，調(diào)整完成后再將管道緩慢下沉。重復(fù)上述工作，直至沉管平穩(wěn)下沉到槽底。

在整個(gè)下沉工程中，要使管道受力平衡且均勻下沉，下沿要緩慢，不能過(guò)快。期間不斷地復(fù)測(cè)管體行程，高程和方位，若有偏差，由起重船和卷?yè)P(yáng)機(jī)配合微調(diào)管體。

管底與溝底接觸時(shí)，管下如有沖刷，嚴(yán)重時(shí)采用碎石鋪填，輕微時(shí)采用中粗砂鋪填。檢查合格后，繼續(xù)灌水并開(kāi)啟排氣管閥，直至灌水注滿(mǎn)。注滿(mǎn)后安放楔子和固定好沉管兩端端頭穩(wěn)定管體。

4 結(jié)語(yǔ)

水下沉管施工與架空過(guò)河及頂管等施工方法相比較，施工工期短，對(duì)水體等周邊環(huán)境影響小，不影響河道景觀，施工過(guò)程對(duì)通航影響較小；但其對(duì)鋼管的焊接、防腐處理等要求非常高，且在投入使用后進(jìn)行維修相當(dāng)困難，因此對(duì)施工質(zhì)量控制要求高，在施工中必須一次成功。本工程的沉管施工完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,取得了較好的效益。