航道大管徑壓力鋼管水下沉管技術(shù)

尚俊

（江西省港口集團(tuán)有限公司，江西 南昌 330008）

0 引言

在航道工程中大管徑壓力鋼管水下沉管施工的難度較大，由于技術(shù)原因以及環(huán)境因素影響，工程開(kāi)展過(guò)程中常會(huì)遇到一些阻礙，這不利于工程的順利開(kāi)展。對(duì)大管徑壓力鋼管水下沉管技術(shù)進(jìn)行分析，掌握技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，對(duì)促進(jìn)項(xiàng)目順利開(kāi)展、保證施工質(zhì)量有重要意義。

1 工程概況

某地區(qū)航道工程項(xiàng)目規(guī)模比較大，其工程系統(tǒng)包括插花站、加壓站、供水管道等部分。其中，供水管道的長(zhǎng)度為4.8km，設(shè)計(jì)流量為7.74m/s，選用雙管線的設(shè)計(jì)形式，主要采用PCCP 管道，局部采用壓力鋼管，壓力鋼管工作壓力為0.22MPa。施工過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，選擇沉管法開(kāi)展施工。

2 施工要求

在沉管施工開(kāi)始前，組織技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的水文情況、地質(zhì)條件、氣象環(huán)境、航運(yùn)交通等方面進(jìn)行分析，充分了解施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境信息，以有效提高施工水平，保證施工質(zhì)量合格。因?yàn)樵摴こ添?xiàng)目所處地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平較差，很多方面都存在一定的問(wèn)題，加上環(huán)境侵蝕的影響，使施工受到很大的影響，所以必須加強(qiáng)管理和控制，最大程度地消除不利影響因素。在施工前確定施工方法極為重要，在沉放鋼管之前需要設(shè)置焊接平臺(tái)，然后開(kāi)展組對(duì)與焊接作業(yè)，采用下坡道焊接、分段向水中輸送等方法以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性合格。

在焊接開(kāi)始前，加強(qiáng)對(duì)焊接施工人員的培訓(xùn)和教育力度，保證焊接工藝施工符合要求；前一階段的焊接結(jié)束后，經(jīng)檢測(cè)合格，才能進(jìn)行下一階段的焊接施工，且焊接過(guò)程中需要保證兩個(gè)焊接班組同時(shí)施工；沉管開(kāi)始前，可先使鋼管通過(guò)自身浮力沿河道方向漂移到岸邊（與河道平行），再利用拖船把鋼管的一側(cè)拖行到河對(duì)岸（與河道垂直），保證鋼管可以橫跨整個(gè)河面，根據(jù)預(yù)先開(kāi)挖的管道溝槽上部設(shè)置，確保管端口預(yù)留注水口開(kāi)始注水作業(yè)，鋼管的自重能夠使其沉入河底溝槽，而后澆筑水下混凝土材料，完成對(duì)鋼管的固定處理；在兩根鋼管均沉到指定位置后，對(duì)下部溝槽進(jìn)行素土填充，可聯(lián)合采用拋石擠淤回填施工方式，最后把鋼管梁端和岸上水平鋼管進(jìn)行對(duì)接，形成整體的結(jié)構(gòu)。

3 施工工藝

3.1 水下溝槽土方開(kāi)挖

沉管水下施工環(huán)節(jié)，水下溝槽開(kāi)挖深度在6m 左右，兩側(cè)的岸坡土方可通過(guò)使用陸地挖掘機(jī)開(kāi)挖作業(yè)，挖出來(lái)的土合理管理，根據(jù)實(shí)際情況合理應(yīng)用，滿足施工效果和質(zhì)量的要求，提高資源利用率；水下溝槽開(kāi)挖、邊坡修整等工作，液壓抓斗挖泥船是主要施工設(shè)備，將溝槽內(nèi)的泥土直接裝載到底駁上，一部分泥土運(yùn)輸?shù)脚R時(shí)拋泥區(qū)待用，其他的土方則直接卸載到河邊港地上。通過(guò)挖掘機(jī)從水中撈出，卸載到岸邊，在晾干后直接裝載到車輛上，并運(yùn)輸?shù)綏壨翀?chǎng)處理。液壓抓斗挖泥船施工中，采取單側(cè)縱挖施工方式，在現(xiàn)場(chǎng)先進(jìn)行岸邊開(kāi)挖施工，然后開(kāi)挖中間結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)使用基槽軸線控制。為了不對(duì)通航產(chǎn)生影響，采取“先挖左邊、后挖右邊”的施工方式。因?yàn)?，此次工程的管道設(shè)置中，采用雙管并排的方法施工，為了減少溝槽回填的回淤情況，可以采取兩管溝同時(shí)開(kāi)挖方式，溝槽的坡比為1∶2.5 以上。因?yàn)椋瑴喜坶_(kāi)挖施工是水下環(huán)境中進(jìn)行的，不可預(yù)測(cè)的因素較多，所以必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)水下開(kāi)挖情況，并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況做出調(diào)整，以提高開(kāi)挖質(zhì)量水平。

3.2 水下碎石墊層鋪設(shè)

在溝槽碎石墊層拋填施工中，通過(guò)抓斗挖泥船開(kāi)展施工作業(yè)，溝槽內(nèi)鋪設(shè)一層0.15～0.2m 厚度的碎石材料，然后進(jìn)行水下整平處理，也是通過(guò)抓斗挖泥船完成，進(jìn)行粗平作業(yè)，再由潛水員開(kāi)展細(xì)平處理；最后測(cè)量水面參數(shù)，紅外線測(cè)量?jī)x開(kāi)展測(cè)量工作，保證平整度合格。墊層施工后，立即開(kāi)展沉管施工，水下基槽土方開(kāi)挖時(shí)間、墊層鋪設(shè)施工時(shí)間與鋼管注水下沉?xí)r間是一致的，有效避免出現(xiàn)內(nèi)部淤積的情況。

3.3 鋼管水面浮運(yùn)

焊接施工后鋼管，進(jìn)行兩側(cè)封堵處理，并設(shè)置排水管與閥門，鋼管通過(guò)自身浮力漂浮在水面，水面整體浮動(dòng)的方式浮運(yùn)作業(yè)，再應(yīng)用拖船拖行到施工部位。管道運(yùn)輸?shù)绞┕の恢煤?，先進(jìn)行一端管道安裝，中心線達(dá)到精確性要求后，通過(guò)水上起重船、鋼絲繩等固定處理，然后將管道水平旋轉(zhuǎn)到中心線部位上。鋼管水面浮運(yùn)時(shí)，盡量減小拖管運(yùn)行的速度，保持浮運(yùn)條件符合要求，為施工提供基礎(chǔ)條件。

3.4 鋼管穩(wěn)管定位、確定輔吊點(diǎn)

管道拖運(yùn)到施工位置后，管道在基槽內(nèi)浮于表面，通過(guò)三艘起吊能力為100t 的起吊船拋錨牽引固定，管道準(zhǔn)確安裝到中軸線上，直到管道完全處于基槽的上部。管道下沉的環(huán)節(jié)，通過(guò)使用整體吊沉法施工，計(jì)劃選擇使用5 個(gè)吊點(diǎn)，岸上兩側(cè)各布置一臺(tái)100t的履帶起重機(jī)，水上布置三艘起吊能力為100t 的起重船，使鋼管下沉順利施工，且總起吊能力必須超過(guò)管重，以保證施工安全性、穩(wěn)定性，不會(huì)引發(fā)安全事故。

3.5 鋼管注水沉放

3.5.1 沉放前準(zhǔn)備工作

沉管施工中容易受到自然環(huán)境、水文條件干擾影響，施工時(shí)應(yīng)該選擇天氣晴朗、少雨的條件施工。沉管作業(yè)中管道與防腐層容易發(fā)生損壞問(wèn)題，出現(xiàn)這些問(wèn)題禁止投入使用，且要保證溝槽斷面與槽底高程都達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。管道安裝施工中在兩岸中心線各設(shè)置一臺(tái)全站儀，以確保管道中心線達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5.2 管道注水計(jì)劃

在管道注水前需要計(jì)算分析各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，確保管道注水施工順利進(jìn)行。檢查現(xiàn)場(chǎng)兩臺(tái)潛水泵，管道兩側(cè)同時(shí)注水，潛水泵的功率、性能達(dá)到施工要求。鋼管定位工作結(jié)束后，開(kāi)啟兩側(cè)排水閥與進(jìn)水口，并由兩臺(tái)潛水泵分別從管道兩側(cè)向內(nèi)部注水，且每一側(cè)都要安裝水表，做好注水量的記錄與控制。管道注水時(shí)應(yīng)做好排水處理及時(shí)將內(nèi)部空氣排出，還要保持平衡性以滿足持續(xù)性注水的要求。根據(jù)理論數(shù)據(jù)計(jì)算注水時(shí)間管道的狀態(tài)符合要求，且隨時(shí)處于水中懸浮的情況。在注水時(shí)應(yīng)落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)觀察和控制一旦存在事故問(wèn)題及時(shí)處理。

3.5.3 折線段垂直劃弧

折線段管道在表面漂浮時(shí)保持水平的狀態(tài)，且管道下沉后按90旋轉(zhuǎn)，陸地上應(yīng)用100t 吊裝機(jī)進(jìn)行折線管道吊裝，管道可漂浮在水面。通過(guò)注水量、起吊力的控制，確保折線段施工順利進(jìn)行，工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

3.5.4 管道垂直下沉

管道下沉施工環(huán)節(jié)，應(yīng)用三臺(tái)水上浮吊船開(kāi)展進(jìn)行，施工現(xiàn)場(chǎng)兩側(cè)岸邊各布置一臺(tái)履帶吊裝機(jī)進(jìn)行折線段吊裝，避免管道傾斜。管道進(jìn)水環(huán)節(jié)，每個(gè)吊點(diǎn)受力是均勻，管道浮力小于管道自重時(shí)，緩慢向下沉入，隨著注水量的增大，管道不斷下沉，同時(shí)松動(dòng)鋼絲繩，管段下沉順利進(jìn)行。下沉?xí)r，應(yīng)用GPS 測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)管道軸線位置，并加強(qiáng)控制，確保沉放軸線符合設(shè)計(jì)要求。

3.6 水下鎮(zhèn)墩混凝土澆筑

鋼管下沉預(yù)定位置后，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)符合要求，開(kāi)始水下鎮(zhèn)墩混凝土澆筑施工。在水下混凝土澆筑環(huán)節(jié)，需要保證管道固定效果合格，避免發(fā)生偏移、起拱等問(wèn)題，確保進(jìn)入槽段后不會(huì)發(fā)生偏移。在施工結(jié)束后及時(shí)覆土回填，以保證結(jié)構(gòu)的性能合格。

3.6.1 模板設(shè)計(jì)

為了使得水下混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸、質(zhì)量符合要求，并且盡量減少潛水員下水的次數(shù)，模板的剛度性能合格，鎮(zhèn)墩模板應(yīng)用拼裝鋼模板的方式，一般為厚度5mm 的鋼板焊接制作，兩側(cè)預(yù)留直徑為180mm 的半圓形孔洞，鋼管順利穿入鋼模板內(nèi)，且模板按設(shè)計(jì)方案加工成型。澆筑結(jié)束后，鋼模板不再取出，永久安裝在水下。

3.6.2 模板安裝

鋼模板材料運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)現(xiàn)場(chǎng)后，在岸上加工使用螺栓固定，模板之間應(yīng)用內(nèi)襯加強(qiáng)筋與對(duì)拉螺栓的方法來(lái)保障模板性能合格。模板拼裝結(jié)束后，應(yīng)用履帶式吊裝機(jī)把組合模板轉(zhuǎn)移到船上，在模板周邊應(yīng)用定位纜繩固定，水面工作人員、潛水員相互配合施工，模板施工位置精度合格，且應(yīng)用螺栓固定。經(jīng)過(guò)尺寸檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，完全符合工程設(shè)計(jì)方案。此外，還要做好各個(gè)部位的封堵處理，防止發(fā)生漏漿的問(wèn)題，結(jié)構(gòu)的性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)提高施工效果重要價(jià)值。

3.6.3 水下混凝土澆筑

水下鎮(zhèn)墩施工中選擇C25 素混凝土施工材料，通過(guò)導(dǎo)管法將拌和合格的混凝土澆筑到水下部位上，并且輸送到規(guī)定部位上?；炷翝仓h(huán)節(jié)通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)行施工，其內(nèi)徑為250mm，壁厚為4mm，每個(gè)節(jié)段的導(dǎo)管應(yīng)用法蘭連接，并且使用橡膠密封圈密封處理，導(dǎo)管頂部制作為錐形漏斗的形式容量大約是1m。一旦澆筑開(kāi)始保持連續(xù)性施工，避免水給混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。在現(xiàn)場(chǎng)施工中防止水流、雜物等進(jìn)入管道內(nèi)，同時(shí)還要及時(shí)封閉導(dǎo)管下部，使用第一斗混凝土自重將塞子沖開(kāi)。

3.7 壓力試驗(yàn)

鋼管水下進(jìn)行臨時(shí)固定后，需要及時(shí)水壓試驗(yàn)檢測(cè)，保證壓力鋼管試驗(yàn)壓力達(dá)到1.0MPa。

3.7.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

鋼管下水之前，將鋼管兩側(cè)管口使用20mm 厚的盲板封堵，避免施工中發(fā)生管口變形，且盲板上焊接短管，并安裝閥門，各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行水壓試驗(yàn)檢測(cè)，確保結(jié)構(gòu)性能合格。

3.7.2 試驗(yàn)過(guò)程

充水時(shí)在系統(tǒng)最高位置設(shè)置排氣閥門，加壓的環(huán)節(jié)必須排氣。加壓施工中應(yīng)用分級(jí)加載的方法施工，速度控制在0.05MPa/min 以內(nèi)。加壓時(shí)緩慢上升，保證壓力的穩(wěn)定性，達(dá)到工作壓力后，保持30min；現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)鋼管檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)質(zhì)量合格以后，持續(xù)升壓到實(shí)驗(yàn)壓力，保持30min，此時(shí)壓力表恒定；合格后逐步下降到工作壓力，再保持30min。

3.8 水下溝槽回填

按照設(shè)計(jì)方案的要求，溝槽采用分層拋填的施工方式，先應(yīng)用素土回填，其次拋石回填，最后進(jìn)行素土拋填。

3.8.1 管道周邊素土回填

在水下鎮(zhèn)墩混凝土澆筑結(jié)束后，即可進(jìn)行溝槽回填，先進(jìn)行管道兩側(cè)回填，達(dá)到管道固定的效果，使用抓斗挖泥船聯(lián)合作業(yè)，回填施工質(zhì)量合格。

3.8.2 拋石回填

管道周邊進(jìn)行素土回填工作結(jié)束后，即可進(jìn)行拋石回填施工，石塊通過(guò)船舶運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，并?yīng)用水上液壓抓斗挖泥船拋填作業(yè)。拋填前，沿著河道中心線拉上一根繩索，運(yùn)輸船停留在繩索一側(cè)，但是不能直接觸碰繩索。船舶拋錨到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的情況，使用定點(diǎn)定量的方式拋填，根據(jù)每艘駁船應(yīng)用石料量大小，確定拋填面積。

3.8.3 溝槽素土回填

拋石到設(shè)計(jì)高程后，從水上使用液壓抓斗挖泥船從原堆土區(qū)挖泥船裝駁，管道中心線符合設(shè)計(jì)要求，并且拋填后可以恢復(fù)到原先的狀態(tài)，潛水員隨時(shí)檢查，高程達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為止。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

鋼管在水面浮運(yùn)的情況下，保護(hù)外防護(hù)層，一旦存在損壞的問(wèn)題，要及時(shí)采取措施處理。做好測(cè)量定位處理，在管道下沉速度加強(qiáng)控制，均勻性合格，達(dá)到均勻性的標(biāo)準(zhǔn)。由于容易導(dǎo)致鋼管彎曲應(yīng)力超出標(biāo)準(zhǔn)，自然沉放的管道必須加強(qiáng)注水、排氣速度的控制，通過(guò)吊點(diǎn)力控制以保證下放速度，不能過(guò)快，也不能過(guò)慢，還要達(dá)到均勻性，每一次下沉0.2m 即可。應(yīng)用起重設(shè)備輔助下沉，管道水平度合格，各級(jí)人員相互協(xié)調(diào)作業(yè)，統(tǒng)一開(kāi)展施工，緩慢下放管道，直到到達(dá)施工位置。加強(qiáng)施工設(shè)備的管控，尤其是起重機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，性能合格，避免在施工中出現(xiàn)突然故障而損壞?，F(xiàn)場(chǎng)施工中，做好注水量、吊力、沉放量、管位的記錄工作，加強(qiáng)質(zhì)量控制。

5 結(jié)語(yǔ)

在航道工程施工中，水下沉管施工極為重要，管道下水、浮運(yùn)、沉管以及施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜性較高，水下作業(yè)施工難度高會(huì)影響工程的質(zhì)量、進(jìn)度與安全。因此，在航道大管徑壓力鋼管水下沉管技術(shù)施工，為保證下沉施工效果，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，按照工藝流程作業(yè)，并且在施工過(guò)程中需要做好現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量與安全控制，這樣才能提升整體工程施工效果。