復雜條件下高精度排污管道過江沉管施工技術(shù)

覃瑞榮 孔德輔

廣西建工第一建筑工程集團有限公司 廣西 南寧 530001

水下施工有不確定性和施工盲區(qū)，水下特殊的水壓，水下巖石爆破產(chǎn)生的振動、沖擊、飛石等對周圍環(huán)境影響較大，施工不易控制[1]。

過江管道工程主要為水上、水下施工作業(yè)，水下工程由于受到水位、地質(zhì)等各種不利因素的綜合條件影響，施工過程中受到難以預料問題的影響較多[2-4]，尤其是復雜地質(zhì)條件下的水下管槽開挖施工、管道整體下沉就位安裝，其施工技術(shù)值得研究。

1 工程概況

邕寧老城區(qū)控源截污改造工程新建邕高污水提升泵站壓力過江管道工程，位于廣西南寧市邕寧區(qū)五象大道八尺江大橋下游350 m處的八尺江水域，上游已建有大王灘、鳳亭河等水庫。

八尺江是邕江在邕寧區(qū)境內(nèi)最大的支流，流域面積2 144 km2，年平均流量27.6 m3/s，河寬60～100 m，深10～15 m，河壁為泥沙，河床為粗砂、卵石、巖石，過江管道管徑為1 000 mm，起止節(jié)點編號為J-26、J-36，管道長度為180 m，管材為Q235B焊接螺旋鋼管，壁厚為14 mm。

2 重難點分析

1）水下管槽位于巖層，但是又不能使用爆破技術(shù)進行開挖。水下管槽開挖施工是一道關(guān)鍵的工序，其質(zhì)量直接影響管道的安全運行和壽命。如何控制水下管槽基坑的底標高，并按設(shè)計要求完成水下開挖，這是本工程的一大難題。

2）整條管道配重下沉過程涉及多種應(yīng)力共同作用，受力條件較為復雜，必須做好受力分析與合理的吊點布置，制定管道下沉安裝具體實施方案，如何保證整管下沉精準安裝就位和防止下沉過程管道被破壞，是本工程施工控制的重點。

3 施工過程控制要點

3.1 工藝流程

施工測量→管道除銹施工→管道防腐施工→管道的分段焊接與拼裝施工→管道氣密性試壓→水下管槽砂卵石開挖施工→非爆破式水下管槽巖石開挖施工→水下管槽清理施工→水下管槽墊層拋設(shè)及整平施工→過江管道浮運下沉就位埋設(shè)→管道閉水試驗→支墩、管道回填

3.2 施工要點

3.2.1 施工測量

建立平面控制網(wǎng)，對施工范圍進行施工放線，根據(jù)高程水準基點引出高程控制網(wǎng)格點，確定管槽位置、寬度和深度，水下管槽開挖標高用測深儀檢測。施工平面控制系統(tǒng)和高程控制系統(tǒng)各基點均采用混凝土基礎(chǔ)將其固定并做好保護樁，防止控制基點發(fā)生位移及損壞，并做好明顯的標志。

在管槽開挖前，將過河水管的埋設(shè)軸線標出，并在河道兩岸設(shè)置導桿，在水面上每隔約30 m拋1個浮標，以此作為挖泥船進行管槽開挖的平面位置依據(jù)，并在過河管道軸線的河水邊設(shè)立水尺1把，作為控制挖槽各斷面標高的依據(jù)。

3.2.2 管道除銹、防腐施工

1）采用角磨機、鋼絲輪清刷干凈管道表面的鐵銹、泥土、油漬等，去除金屬表面缺陷。除銹等級達Sa2.5級，并保持30～80 μm的粗糙度。

2）用干布將管道清抹干凈后，采用IPN系列互穿網(wǎng)絡(luò)高分子防腐底漆和GZ-2新型高分子防腐涂料進行管道的防腐作業(yè)，底漆涂層結(jié)構(gòu)為 兩底兩面 ，即2道IPN系列互穿網(wǎng)絡(luò)高分子防腐底漆，總干膜厚度＞70 μm，2道系列互穿網(wǎng)絡(luò)高分子防腐涂料，總干膜厚度＞300 μm。防腐處理必須在管道除銹后12 h內(nèi)完成。

3）管道兩端50～100 mm處，應(yīng)待管道焊接完成并檢查合格后，一起刷涂防腐涂料。

3.2.3 管道焊接與拼裝施工

1）焊縫采用多層多道焊接，單層焊縫厚度應(yīng)小于5 mm。每條焊縫宜一次性連續(xù)焊完，避免裂紋產(chǎn)生。

2）管道接口需加焊加強包箍和吊環(huán)，用于管道沉放，焊接鋼管外壁的吊環(huán)數(shù)量應(yīng)根據(jù)計算確定，應(yīng)滿足管道沖水下沉吊裝與定位的需要。

3）管節(jié)端部應(yīng)按設(shè)計坡口切割成形后才能焊接，管節(jié)端部內(nèi)外電焊不少于3層。在管節(jié)兩端加焊設(shè)置厚14 mm鋼板條加強焊接縫，鋼板條采用分層焊接。

4）每道焊縫必須100%經(jīng)超聲波探傷檢查及外觀檢查，每個現(xiàn)場焊接接口做油滲試驗及射線探傷。

3.2.4 管道氣密性試壓

鋼管對接施工平臺焊接拼裝及全面防腐完畢后，即可按設(shè)計要求進行氣壓試驗，管道試壓值達到規(guī)范要求后，方可進行下一步工序施工。

3.2.5 水下管槽砂卵石開挖施工

1）水下管槽開挖前，做好工程地質(zhì)、水文的調(diào)查，將輸水管道穿越河底軸線的平面位置標出，并在兩岸軸線處埋設(shè)明顯的定位標志。

2）為了避免欠挖、漏挖和復挖的現(xiàn)象，應(yīng)準確測量定位挖泥船，從而保證挖泥船落斗點及開挖斷面位置的準確，提高水下管槽開挖效率，并保證水下管槽的開挖質(zhì)量。

3）水下管槽的開挖應(yīng)根據(jù)河段流速、流態(tài)、水位、管槽基層性質(zhì)等因素，進行綜合分析。開挖前，每隔50 m在水面上設(shè)置浮標以顯示管槽中心線，并在兩岸各設(shè)置水尺1把，作為各斷面開挖標高的測量依據(jù)。砂卵石開挖邊坡為1∶3，超深0.4 m，兩邊超寬各2 m。挖泥船施工示意如圖1所示。

圖1 挖泥船施工示意

4）水下管槽開挖過程中應(yīng)當嚴格控制槽底標高，開挖完成后進行水下管槽檢測。管槽超挖時，采用粗砂或礫石填補并整平，整平后及時下沉鋪設(shè)管道，使管道均勻受力。

3.2.6 非爆破式水下管槽巖石開挖施工

水下管槽開挖施工是一道關(guān)鍵的施工工序，該工序技術(shù)及質(zhì)量要求高，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到日后管道的安全運行和壽命。

1）在施工水域拋設(shè)主錨纜及八字錨纜，利用拋設(shè)的錨纜控制船位。主錨（前后主錨）鋼絲纜長度約50 m，控制船舶縱向移動；八字錨（左右邊錨）鋼絲纜長度約50 m，控制船體左、右移位。錨纜設(shè)置如圖2所示。

圖2 施工船舶錨纜設(shè)置示意

2）管槽斷面處水下巖石非常堅硬，采用特制的水下液壓錘分段破碎巖石，每段長約50 m。當巖層開挖厚度大于1 m時，應(yīng)進行分層開挖，分層厚度為0.5～0.8 m。按照梯形分層開挖，巖石開挖坡比為1∶0.5，每超深0.4 m，兩邊超寬各2 m。

水下巖石破碎前，首先測放開挖控制標，控制管槽軸線和邊線，設(shè)立導標，標出挖槽平面位置。反鏟破碎船采用 三纜法 定位，用錨纜法或帶岸纜法實施。施工過程中設(shè)立施工水尺，水位高程由該斷面上的水尺確定，由此確定施工作業(yè)區(qū)的深度，保證破碎開挖深度。

3.2.7 水下管槽開挖施工

挖泥船的移船定位、開挖控制作業(yè)是水下清渣的關(guān)鍵。采用拋設(shè)主錨纜及八字錨纜的方式對挖泥船進行平面位置控制，主錨纜用以控制船體上下移位，八字錨纜（或橫錨纜）用以控制船體左右移位，錨位必須設(shè)浮標標志。采用分條分層的施工方法進行水下管槽開挖，分條寬約20 m。在2個分條之間要保證1～2 m的重疊部分。開挖過程中，需對開挖管槽進行監(jiān)測，及時調(diào)整移位落尺、落斗深度。

開挖完成后采用超聲波回聲測深儀進行水下管槽檢測，檢測水下管槽的位置、深度、寬度，均滿足要求后，對水下管槽拋設(shè)天然級配砂卵石并整平。

3.2.8 管道下沉、就位

1）管道焊接拼裝、防腐及試壓合格后，采用封板臨時密封每段管道的兩端。在管道的吊放、浮運過程中，禁止在管身上系鋼絲繩，鋼絲繩必須系在吊環(huán)上，防止損壞防腐層。

2）整根管道焊接拼裝完后，兩端采用封板臨時密封，在兩端封板上設(shè)置2個排氣閘閥和1個注水閘閥，并按要求進行整管氣壓檢測，檢測合格后即可進行充水下沉、就位安裝。

3）由于整根管道在注水下沉、翻轉(zhuǎn)、就位的過程中，管道受力復雜，為防止出現(xiàn)個別吊點突沉而產(chǎn)生落體沖擊力或扭力附加造成管道斷裂或變形，保證整根管道下沉、翻轉(zhuǎn)、入槽過程中均勻受力，必須配置足夠的吊具，控制安全下沉翻轉(zhuǎn)需要配置的浮吊數(shù)量與吊重能力。應(yīng)根據(jù)整管自重、長度和下沉時各吊點的受力情況，合理布設(shè)吊點，并計算其承載能力，本工程管道吊點設(shè)置間隔約為30 m。

4）定位船必須采用超重錨固，保證管道平穩(wěn)有序地逐步下沉就位。檢查定位船平面位置、整根管道與管槽軸線位置準確無誤，各吊點與管道之間的鋼絲纜連接牢固后，方可注水下沉。使用1臺供水量50～100 m3/h的潛水泵從管端封板注水閘閥處注水，并打開另一管端封板處的排氣閥門。隨著注入管道水量的增加，隨時記錄各吊點的下沉情況，各吊點應(yīng)協(xié)調(diào)作業(yè)，逐步松纜使管道翻轉(zhuǎn)、下沉。在沉管過程中，先下沉設(shè)計標高最低處的管道，必須嚴格控制管道的軸線位置，避免管道排氣不順暢、充水不均勻、下沉速度不同而引起的傾斜、偏位等問題。

5）在管道注水下沉過程中，以每充水10～30 m3為一個階段，每完成一個充水階段，應(yīng)按照現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整各吊點管道的標高。待管道翻轉(zhuǎn)下沉至距離槽底1 m位置時，再次檢查復核管道的平面位置準確無誤后，繼續(xù)充水下沉，直至整管下沉入槽就位。

3.2.9 支墩、管道回填

管道下沉就位后，檢查調(diào)平。用砂礫石支墊管道底部，避免管道懸空。在水下管道轉(zhuǎn)彎頭處每間隔40～50 m設(shè)置一個穩(wěn)管點，澆筑水下毛石混凝土進行穩(wěn)管，有效避免了在水壓試驗過程中管道產(chǎn)生的變形和位移。穩(wěn)管采用C25混凝土支墩，支墩尺寸為5.4 mh 3.0 mh 3.5 m。穩(wěn)管后進行水壓試驗，本工程試驗壓力為1.0 MPa。

在管道按設(shè)計就位并試壓合格后立即進行水下管槽砂卵石回填，拋填覆蓋至管頂0.3 m以上，然后用機動駁船裝運、拋填塊石，拋填塊石至原河床高程以下0.8 m，預留石籠壓面的厚度。最后鐵絲石籠壓面至原河床高程，鐵絲石籠以φ8 mm@400 mm作骨架、用φ3 mm@80 mm鍍鋅鐵編織，規(guī)格為800 mmh 800 mmh 800 mm。

4 結(jié)語

復雜條件下高精度排污管道過江沉管施工技術(shù)的應(yīng)用對提升工程的質(zhì)量和施工效率有著非常重要的實際意義。通過工程實踐，在復雜條件下過江沉管施工過程中引入水下液壓破碎巖石、整管充水下沉施工技術(shù)，工程施工更加高效且有針對性，工程質(zhì)量進一步提高，施工效果良好，具有較高的應(yīng)用推廣價值。