水路鋪設(shè)水沖管線的保障技術(shù)研究

張 弛

(上海建工二建集團(tuán)，上海 200080)

0 引 言

離海邊較近場地，常以海砂沖砂回填形成。土壤長期受到海水的侵蝕，聚集大量的淤泥層，砂層，承載力極差，透水性極低。且該類工程大量使用樁基礎(chǔ)，但由于土層土質(zhì)的特殊因素，在基礎(chǔ)采用機(jī)械開挖的過程中，會造成機(jī)械無法行走和下陷，且容易對已經(jīng)施工的工程樁造成破壞[1]。

水沖法已經(jīng)被運(yùn)用在海邊等水域邊的深大型基坑的開挖工程中[2]。水沖法的工藝原理是運(yùn)用高壓水槍沖擊土體，使土形成流塑狀泥沙，用泥漿泵抽入沖土堆場，沖土堆場的水再進(jìn)一步流入沉淀池，過濾后的水可再流入取水的河流等水域，整個過程形成回路，循環(huán)用水[3,4]。水力沖挖機(jī)組能同時完成挖、裝、運(yùn)、填、夯等工序，具有效率高、成本低、質(zhì)量好，不受天氣影響等優(yōu)點。水沖法只對表層土形成沖擊，工作范圍可控制，可分層開挖，能有效避免對原土的擾動[5]。已在醫(yī)院基坑[3,4]、房屋建筑基坑[6]、廠房基坑[2,7]，和地下室工程土方開挖[5]等項目中均有運(yùn)用。

1 工程概述

浦東機(jī)場T3航站樓基坑面積44.9萬m2，其中，核心區(qū)深基坑面積:32.2萬m2，周邊淺基坑面積:12.7萬m2，基坑總出土量850萬m3。其中，基坑及基坑周邊區(qū)域部分是原先從海里吹填的砂性土形成的，非常適合水沖開挖。周邊淺坑的挖深從5.7 m到14.7 m不等，核心區(qū)域主要有三塊組成，9.7 m和18.7 m的國內(nèi)核心區(qū)基坑，以及29.2 m挖深的兩場線核心區(qū)基坑。以及國際主樓部分的8.2 m和13.2 m的基坑。具體如圖1所示。

圖1 (a)浦東機(jī)場T3航站樓及周邊情況平面圖(含圍場河);(b)浦東機(jī)場T3航站樓基坑挖深示意圖

2 水沖管線

水路管線的鋪設(shè)采用成熟的浮管工藝(可隨河面上下浮動1.5～2 m)。圍場河設(shè)計最高水位為3.6 m，最低水位為1.5 m，常年水位為2.35 m，滿足浮管上下浮動1.5～2 m的要求。

2.1 常規(guī)布置

水沖管線外部包裹著浮管，浮管浮力使得整段浮管能夠很好地浮在水面上。浮管的假設(shè)使用小船。在一長段浮管中間需要在大船上布置接力泵。接力泵相對要求船面減小晃動，保持相對的平穩(wěn)。同時備好油料，油料的添加通過巡邏艇。水沖浮管布置如下圖。

2.2 下穿橋梁

管道布置沿著浦東機(jī)場T3航站樓的周邊的圍場河布置，從T3基坑的開挖處，沖出一條明渠，把圍場河水引到基坑邊的泥漿池。圍場河的另一邊直接繞過機(jī)場建設(shè)用地抵達(dá)泥漿排放的末端圍區(qū)。整個水路管線的鋪設(shè)只需要穿過一座拖機(jī)道路橋。拖機(jī)道橋位于機(jī)場飛行禁區(qū)以內(nèi)，用于試驗飛機(jī)過圍場河的通道。施工時原則上，拖機(jī)道橋在水沖法排管期間保通，且橋下圍場河過水?dāng)嗝鏉M足防汛要求。

圖3 管線及接力泵布置點位圖

如果圍場河近年實際水位數(shù)值浮動遠(yuǎn)超設(shè)計值，難以滿足浮管運(yùn)行的要求，則在橋臺、墩臺后置埋板，架設(shè)鋼桁架，上方鋪設(shè)管線。水沖管線的浮管通過拖機(jī)道橋時，可以在拖機(jī)道橋下方的涵洞內(nèi)布置鋼便橋，放置浮管。

圖4 下穿拖機(jī)道橋橋洞布置水沖排管剖面示意圖

2.3 接力泵布置

由于圍場河用地均屬為機(jī)場用地，因此可利用浮船搭載接力泵點，浮管浮于圍場河上，下穿緯十一路橋，搭設(shè)臨時鋼便橋下穿拖機(jī)道橋的涵洞，抵達(dá)圍區(qū)。接力泵放置在浮船上，浮船靠繩子牽引在岸邊。

圖5 接力泵浮船圖

3 故障處理

水路鋪設(shè)管線主要的問題包括處理水上的爆管或堵管的問題、泵機(jī)的故障問題，以及臨時用電的故障問題。

3.1 爆管或堵管處理

發(fā)現(xiàn)爆管，立即利用對講機(jī)通知前方泥漿泵操作人員，關(guān)閉電機(jī)。(實際前方操作人員，根據(jù)泥漿泵異常聲音的實際操作經(jīng)驗，可判斷出有無爆管)。巡邏巡視人員，排查管路爆管位置，立即組織搶修人員進(jìn)行搶修，確保30 min內(nèi)搶修完畢，并安排專人對泥漿現(xiàn)場清理，恢復(fù)正常施工。

泥漿配比必須按方案要求比例配制，成漿后，進(jìn)行泵管輸送試驗，確保輸送過程中泥漿流量及泵管密閉性符合要求；沖砂管道接頭處不得位于河道內(nèi)或橋下；在每個沖砂管道接頭處設(shè)置一個鐵皮箱，如接頭處出現(xiàn)爆管，泥漿將流入鐵皮箱內(nèi)，避免了泥漿造成污染；

泥漿泵抽漿口設(shè)置孔徑3 cm的鐵絲濾網(wǎng)，對泥漿內(nèi)摻雜的垃圾、土塊、石塊進(jìn)行過濾，現(xiàn)場配有專門人員對泥漿進(jìn)行清理，防止泥漿泵、管道的堵塞；所有沿河道高壓泥漿管道均采用法蘭連接到位，開始輸漿前進(jìn)行抽水試運(yùn)行，巡視人員對所有管道進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)管道漏氣、噴水等情況馬上檢查管道法蘭連接處、管壁，待無泄漏后才能開始輸漿；作業(yè)時間安排專人沿輸砂管道巡視，一旦發(fā)現(xiàn)泥漿外漏等異常情況，立即停止輸送作業(yè)，采取應(yīng)急措施，更換設(shè)備及后增壓措施回扯泥漿，避免泥漿滲出污染市政河道；

3.2 泵機(jī)故障排除

除T3航站樓前端及末端泵點外，還需設(shè)置3臺接力泵，分別為1#泵(河濱東二路)，2#泵(拖機(jī)道)3#泵(拖機(jī)道橋)。本工程需要安排專職機(jī)修工2人24h輪流上班值班，一旦發(fā)現(xiàn)泵機(jī)出現(xiàn)故障，及時通知機(jī)修人員檢查排除故障。每兩公里設(shè)置的增壓泵處均由專人看守，且現(xiàn)場配置兩臺備用泵，一旦出現(xiàn)泵體工作異常，立即通知停止輸送，并截斷下流輸送管道防止回灌，后臺進(jìn)行回抽泥漿，避免停泵泥漿污染，機(jī)管人員及時更換泵管，測試無誤后再開通輸送。

3.3 臨時用電故障排除

臨時用電故障：電工持證上崗，安排專職電工2人24 h輪流值班，一旦臨時用電出現(xiàn)故障，通過對講機(jī)及時通知電工排查。具體的巡邏，管道清洗，應(yīng)急搶修，和機(jī)械施工車輛如圖6所示。

圖6 保障水沖管路的車輛圖

4 優(yōu)劣比較

相比于陸路管線，水路管線的路線選擇比較直接，沿著河流或溝渠的流動方向。在河流或溝渠的末端或沿路選擇合適的地點作為末端泥漿沉淀的泥庫區(qū)。盡管不如陸路路線選擇多，但實際上鋪設(shè)更為簡單。陸路需要穿過一下河流、道路，和橋梁。需要長期使用防撞水馬隔離出一塊區(qū)域。往往會造成交通的堵塞，獲得交管部門同意和審批的難度大。當(dāng)然，水路管線的鋪設(shè)需要得到航道部門的許可。水路和陸路管線的優(yōu)劣比較見表1。

表1 水路和陸路管線的優(yōu)劣比較

5 總結(jié)與展望

在臨近湖面、池塘、河流，或者溝渠處，開挖基坑時，選擇在水路上布置運(yùn)輸泥漿的中端管線，可以有效避免陸路管線鋪設(shè)時的一些問題和隱患。當(dāng)然，在一些大風(fēng)浪和水位急劇變化的水域，水路管線事故突發(fā)的風(fēng)險加大，搶修難度增加。在周邊有相對平緩和便于控制水位的河流和溝渠，甚至湖面時，走純水路的水沖泥漿運(yùn)送方法不失為一種經(jīng)濟(jì)、高效，安全，又環(huán)保的中端管線路由。對其它工程具有很好的借鑒作用。