河道出流提升工程施工技術(shù)研究

王先芹WANG Xian-qin

（中國水利水電第一工程局有限公司，長春 130000）

1 工程特性

昆明市?？诤映隽魈嵘こ淌┕ろ?xiàng)目位于昆明市西山區(qū)?？阪?zhèn)海口河。本施工內(nèi)容為第二標(biāo)段，河道范圍為?？阪?zhèn)?？陂l至石龍壩，全長3.15 公里（樁號K2+150～K5+300）。昆明市?？诤映隽魈嵘こ萄芯颗c運(yùn)用，以海口河河道清淤和導(dǎo)流工程施工為研究對象，針對傳統(tǒng)河道清淤工程施工速度慢、精確度及生產(chǎn)效率低、環(huán)境保護(hù)要求高等問題，河道導(dǎo)流導(dǎo)流鋼管安裝采用“沉管法”進(jìn)行施工。完成一段后，封堵導(dǎo)流管兩頭，利用浮力讓導(dǎo)流管漂浮，然后拖拽至下一段，減少了上一段導(dǎo)流管拆除的費(fèi)用及下一段安裝的費(fèi)用。并形成一套完整的大型橫縱向圍堰的填筑及分段清淤和導(dǎo)流的施工工藝及方法。

2 施工技術(shù)內(nèi)容

2.1 導(dǎo)流方式的選擇

根據(jù)水文特征及地質(zhì)地形條件，結(jié)合本工程性質(zhì)和施工條件及施工進(jìn)度，采用枯期導(dǎo)流方式。為滿足導(dǎo)流能力和圍堰施工布置要求，施工導(dǎo)流將采用沿水流方向由上而下分段導(dǎo)流，采用橫向圍堰堵水（如圖1），導(dǎo)流涵管過流的方式，圍堰之間河段采用兩根φ2.0m 螺旋鋼管導(dǎo)流，兩根鋼管全都架設(shè)于河道右側(cè)河堤保護(hù)范圍內(nèi)，管道安裝坡度為2‰，圍堰處鋼管埋深不低于1.0m，對圍堰滲漏采用泵站抽排以確保基坑內(nèi)可以干地施工。

圖1 圍堰橫斷面圖

兩個(gè)橫向圍堰填筑間距約500m 左右。根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）、《堤防工程施工規(guī)范》（SL260-2014）的規(guī)定，并結(jié)合本工程的特點(diǎn)，確定導(dǎo)流建筑物級別為5 級建筑物，相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用5 年一遇枯期洪水，各控制斷面流量見表1。

表1 ?？诤痈骺刂茢嗝婵荻卧O(shè)計(jì)洪水

表2 損頭系數(shù)值表

表3 施工導(dǎo)流水力計(jì)算表

整體上布置1#～6#橫向圍堰（分別布置在HZ2+250、HZ2+670、HZ3+450、HZ4+220、HZ4+720、HZ5+300 附近）。每個(gè)施工段的上、下游橫向圍堰（含一期及二期圍堰）均采用土石圍堰，同時(shí)兼做施工道路，1#橫向一期圍堰作為本標(biāo)段第一個(gè)施工的橫向圍堰，按照先戧堤截流再填筑拓寬的方法進(jìn)行施工。截流時(shí)，采用從右岸單向進(jìn)占、單戧堤立堵截流的方式，堤頭拋投采用直接拋投的方法：即自卸汽車運(yùn)料至堤頭后直接卸料入水中，少量棄渣料由推土機(jī)配合推入水中。其他各施工段上游圍堰即為上一施工段的下游圍堰，無需再采用截流方案。

2.2 大型導(dǎo)流鋼管安裝及“沉管法”施工工藝

導(dǎo)流鋼管采用內(nèi)徑φ=2.0m，壁厚16mm 的螺旋鋼管，每3m 設(shè)一道加筋環(huán)，兩端配帶法蘭片，安裝方式采用“沉管法”，先將導(dǎo)流鋼管的一端端頭進(jìn)行封堵，放入河中，另一端搭在施工平臺上與下節(jié)鋼管對接安裝，在地面安裝完成一節(jié)，利用水陸挖掘機(jī)及水的浮力將鋼管在河道中移位，待導(dǎo)流鋼管安裝長度達(dá)到要求后，將堵頭拆除，鋼管下沉至河底，再將上下游圍堰填筑后完全利用鋼管導(dǎo)流[1]。待該段施工完成后，再將兩端端頭封堵，在鋼管頂部開孔，利用水泵將管中的水抽排，水排完后鋼管自動上浮，再利用水陸挖掘機(jī)牽引至下段施工區(qū)導(dǎo)流。導(dǎo)流鋼管安裝前，應(yīng)先確定導(dǎo)流鋼管布置在哪側(cè)，具體可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，具體施工步驟如下：

①導(dǎo)流鋼管安裝時(shí)，先沿管線利用船挖將河床底部進(jìn)行平整，圍堰埋管位置清至設(shè)計(jì)清淤高程，清除的淤泥及石方可先堆放在河中，待該區(qū)域開始施工時(shí)再進(jìn)行裝車運(yùn)走。②圍堰填筑完成后，在安裝導(dǎo)流鋼管的那一側(cè)，預(yù)留坡度安放工字鋼軌道，焊接工字鋼軌道，兩軌道距離1.2m，高40cm（兩層工字鋼焊接），長為9m，中間按1m 間距、0.3m 排距焊接工字鋼加固，并在鋼管安裝部位焊接4.5m高的工字鋼支架，頂部安裝手拉葫蘆，方便鋼管安裝時(shí)的吊拉。③將導(dǎo)流鋼管從材料堆放處運(yùn)至施工現(xiàn)場后，第一節(jié)導(dǎo)流鋼管先吊放在軌道上，安裝堵頭定制鋼板，定制鋼板與法蘭片相匹配，堵頭安裝完成后，保證密封完好不滲水；將堵頭側(cè)利用25t 汽車吊或挖掘吊于河中，另一側(cè)架在軌道上，保證不能進(jìn)水，然后安裝第2 節(jié)導(dǎo)流鋼管，安裝時(shí)依然架在軌道上，利用25t 汽車吊，挖機(jī)配合，繼續(xù)吊裝，每安裝完成一節(jié)，利用10t 卷揚(yáng)機(jī)借助水的浮力將其牽引至河中，挖機(jī)配合，卷揚(yáng)機(jī)固定在下道圍堰上，拖鋼管時(shí)留端頭在軌道上方便下節(jié)鋼管安裝，待安裝完成30～50m 后，將軌道上的端頭利用定制鋼板堵頭封堵，再利用10t 卷揚(yáng)機(jī)、挖機(jī)配合將其全部拖入至河中，借助水的浮力漂浮在水面上，根據(jù)以上步驟，繼續(xù)進(jìn)行下一段導(dǎo)流管安裝（如圖2）。④此施工區(qū)域鋼管按30～50m 分段安裝過程中，河道中漂浮的鋼管利用2 臺40t 龍門吊將每一段導(dǎo)流鋼管利用橡膠軟管連接，橡膠軟管河道直線段每隔30～50m 安裝一個(gè)，河道轉(zhuǎn)彎處可根據(jù)彎度大小確定軟管數(shù)量，至少保證有一個(gè)軟管，人工鋪助安裝。每安裝完成一段，龍門吊向前移動一段，直至施工段內(nèi)的導(dǎo)流鋼管總長度達(dá)到設(shè)計(jì)長度。⑤沉管：所有導(dǎo)流鋼管安裝完成后，導(dǎo)流鋼管位置確定好，保證圍堰處導(dǎo)流鋼管底部已清到設(shè)計(jì)清淤高程，然后將兩段堵頭取掉，鋼管進(jìn)水后自動沉到河床底部，圍堰處填筑土石將導(dǎo)流鋼管兩端固定，填筑厚度不小于1m，導(dǎo)流鋼管成功導(dǎo)流后，在導(dǎo)流鋼管頂部適當(dāng)開孔，增大管道內(nèi)水流速度，再將臨時(shí)過水鋼管封堵，進(jìn)行下道工序施工。⑥水位較深處利用20a 工字鋼支撐，63*63*7角鋼斜拉的方式，工字鋼支架由現(xiàn)場施工人員實(shí)際量測后進(jìn)行拼裝焊接，工字鋼全部支腿底部通過人工配合機(jī)械摁立在基巖上，淤泥較深部位可適當(dāng)在支腿上焊接橫向工字鋼增大受力面積，支架兩兩連成一個(gè)整體，支腿兩側(cè)可適當(dāng)利用工字鋼做斜撐，工字鋼支架焊接完成后通過人工配合25t 汽車吊或人工利用筏子托運(yùn)按照3m 的間距提前放于河中。施工區(qū)域內(nèi)的泄水口，根據(jù)實(shí)際泄水流量，采取相應(yīng)的排水措施，對泄水量大的泄水口利用鋼管導(dǎo)流（如圖3），排至施工區(qū)域外，小的可利用水泵抽排。⑦導(dǎo)流鋼管拆除。待施工區(qū)域清淤及河床開挖完成，驗(yàn)收合格后，將臨時(shí)過水鋼管堵頭打開，導(dǎo)流鋼管兩端封堵，鋼管兩端圍堰進(jìn)行拆除，河道有水后鋼管將會漂浮在河面上，由人工坐船，龍門吊配合進(jìn)行拆除，如果鋼管未漂浮，在鋼管沿線低的部位，鋼管頂部利用氧氣乙炔進(jìn)行切口，將鋼管中的水利用水泵排出，再利用龍門吊拆除，拆除后的鋼管用卷揚(yáng)機(jī)運(yùn)至圍堰處，25t 汽車吊吊裝至運(yùn)輸車運(yùn)至下一段安裝。有工字鋼支架的部分，待鋼管拆除后，將工字鋼由人工裝船運(yùn)走。

圖2 導(dǎo)流管安裝示意圖

圖3 導(dǎo)流管支架圖

2.3 浮船牽引浮管分段施工

針對導(dǎo)流鋼管施工的影響因素，在事前設(shè)置好經(jīng)緯度坐標(biāo)對施工區(qū)水域內(nèi)進(jìn)行浮標(biāo)點(diǎn)試放定位，采取分段臨時(shí)管制，根據(jù)天氣情況，掌握河水位情況及施工安裝節(jié)奏，確保浮標(biāo)施工安裝位置，用測量安裝船上的GPS 導(dǎo)航儀經(jīng)緯度和控制儀的控制引導(dǎo)下，至坐標(biāo)點(diǎn)附近約1-2m 處進(jìn)行初始定位，同時(shí)測量此點(diǎn)處水深推算水位高程來復(fù)核此處河床標(biāo)高，是否滿足不小于設(shè)計(jì)規(guī)定的河床底高程，否則重新校核調(diào)整定位[2]。分析浮管由浮船牽引分段施工對工期的優(yōu)勢，分析研究浮管過程中河水位與鋼管之間的關(guān)系，加強(qiáng)施工過程中控制，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，確保工程順利施工。

針對導(dǎo)流鋼管施工的影響因素，通過分析浮管由浮船牽引分段施工對工期的優(yōu)勢，監(jiān)測枯期流量在10.75-14.07m3/s，經(jīng)過試驗(yàn)對比、河水位的監(jiān)測分析，總結(jié)浮管過程中河水位與鋼管之間的關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，保證本工程的工期要求。

2.4 GPS 定位系統(tǒng)及水下監(jiān)測儀器等現(xiàn)代科技手段

通過利用GPS 定位系統(tǒng)及水下監(jiān)測儀器等現(xiàn)代科技手段，進(jìn)行動態(tài)測量，采用數(shù)值模擬操作，實(shí)時(shí)測量誤差＜0.2m，用測量安裝船上的GPS 導(dǎo)航儀經(jīng)緯度和控制儀的控制引導(dǎo)下，至坐標(biāo)點(diǎn)附近行初始定位，當(dāng)該臨時(shí)點(diǎn)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求時(shí)，開始進(jìn)行正式定點(diǎn)拋石，即進(jìn)行測量定位鎖定，再次復(fù)核浮標(biāo)點(diǎn)位經(jīng)緯度并調(diào)整到位后，吊放臨時(shí)浮標(biāo)，將臨時(shí)泡沫標(biāo)、小型沉石安裝點(diǎn)位。在浮標(biāo)船體中心位置，進(jìn)行復(fù)查此標(biāo)的經(jīng)緯度與設(shè)計(jì)位置的誤差，如有誤差就進(jìn)一步調(diào)整，直至符合設(shè)計(jì)要求。并采用浮船、水陸兩棲長臂挖掘機(jī)、自卸車、環(huán)保淤泥專用運(yùn)輸車、污泥固化設(shè)備（壓濾機(jī)）等環(huán)保疏浚設(shè)備，深水清淤設(shè)備等，提高清淤施工速度與精確度、提高生產(chǎn)效率、降低工程成本等，同時(shí)盡可能在各種惡劣情況條件下，保證施工時(shí)人員與設(shè)備的安全，使工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)一致。

3 施工技術(shù)應(yīng)用效果

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，雖然河道清淤技術(shù)在市政工程施工中已被廣泛應(yīng)用，在定性分析方面已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)達(dá)成認(rèn)知共識，但如何確定最經(jīng)濟(jì)、合理、環(huán)保的施工方法及工藝是一個(gè)較為復(fù)雜的問題，理論上還不夠成熟，目前仍處于不斷的探索階段[3]。本工程河道出流提升技術(shù)的應(yīng)用，提高了清淤施工速度與精確度、提高生產(chǎn)效率、降低工程成本，既保證工程安全生產(chǎn)，又節(jié)省投資，并加快施工進(jìn)度，通過施工方案的優(yōu)化提高工程的經(jīng)濟(jì)性，使工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)一致。

采用枯期導(dǎo)流方式分段導(dǎo)流，橫向圍堰堵水兩根φ2.0m 螺旋鋼管導(dǎo)流，每個(gè)施工段的上、下游橫向圍堰（含一期及二期圍堰）均采用土石圍堰，同時(shí)兼做施工道路，其他各施工段上游圍堰即為上一施工段的下游圍堰，無需再采用截流方案。

通過方案優(yōu)化采用“沉管法”進(jìn)行施工，利用水陸挖掘機(jī)及水的浮力將鋼管在河道中移位，形成了螺旋鋼管焊接施工工藝及施工方法，減少了每節(jié)導(dǎo)流鋼管的安拆，大大加快了施工效率，減少了成本，保證了工期，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

通過分析浮管由浮船牽引分段施工對工期的優(yōu)勢，經(jīng)過試驗(yàn)對比、河水位的監(jiān)測分析，總結(jié)浮管過程中河水位與鋼管之間的關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，保證本工程的工期要求。

通過利用GPS 定位系統(tǒng)及水下監(jiān)測儀器等現(xiàn)代科技手段，進(jìn)行動態(tài)測量，采用數(shù)值模擬操作，實(shí)時(shí)測量誤差<0.2m，采用環(huán)保疏浚設(shè)備，深水清淤設(shè)備等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并采用數(shù)值模擬操作，提高清淤施工速度與精確度、提高生產(chǎn)效率、降低工程成本等。

4 結(jié)語

通過本項(xiàng)目的研究，對傳統(tǒng)工藝做出了調(diào)整、優(yōu)化，由壁厚10mm 厚螺旋鋼管代替壁厚16mm 厚螺旋鋼管，導(dǎo)流鋼管的安裝采用“沉管法”進(jìn)行施工，形成了螺旋鋼管焊接的施工工藝及施工方法；通過利用GPS 定位系統(tǒng)及水下監(jiān)測儀器等現(xiàn)代科技手段，采用環(huán)保疏浚設(shè)備，深水清淤設(shè)備等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并采用數(shù)值模擬操作，提高清淤施工速度與精確度，通過分析浮管由浮船牽引分段施工對工期的優(yōu)勢，監(jiān)測枯期流量在10.75～14.07m3/s，經(jīng)過試驗(yàn)對比、河水位的監(jiān)測分析，總結(jié)浮管過程中河水位與鋼管之間的關(guān)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析，形成大型河道清淤和導(dǎo)流施工工藝，提出具體措施和施工方案，在滿足規(guī)范要求的前提下，需要增加水下勘測、規(guī)劃、設(shè)計(jì)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。既保證工程安全生產(chǎn)，又節(jié)省投資，并加快施工進(jìn)度，通過施工方案的優(yōu)化提高工程的經(jīng)濟(jì)性。