大型鋼管水下沉管施工技術研究

【摘 要】水下沉管是一項具有投入少、工期短、利于環境保護的水下施工技術，這對于管道需要穿越水下地質情況復雜、水深較深、不方便圍堰施工等工程比較適用。本文選取珠江流域番禺某一水下大型沉管工程作為案例，具體介紹該工程大型鋼管沉管技術的具體實施辦法和相關的質量控制要點，為更多大型鋼管的沉管工程提供相關借鑒。

【關鍵詞】沉管；大型鋼管；施工技術；質量控制

1 前言

水下沉管是一項具有投入少、工期短、利于環境保護的水下施工技術，這對于管道需要穿越水下地質情況復雜、水深較深、不方便圍堰施工等工程比較適用。目前國內已有工程成功實施該項技術，例如贛州市的污水處理廠某段截污干管工程、東莞市范圍某段供水管道等，這兩個工程的鋼管都是2m以下的，當前我國實施大型鋼管的沉管技術的工程很少，本文所要介紹的番禺東涌水廠沉管工程就是一個先例，具體的施工技術如下。

2 工程概況

番禺東涌水廠需要擴建，該工程二標某段途經紫坭河，整個工程的水下管道全部使用36×DN2500的鋼管。這個河段最深處約10m，而河床的寬度大約200m。河道的底部主要以淤泥為主，含沙量大；河道水流相對平緩，屬于通航河段，為了施工期間確保河道的正常通航，而且施工需要避免污染水體，經過多個方案的比較，最終確定采用沉管施工技術。

3 大型鋼管沉管施工過程

大型鋼管的沉管施工過程主要分為以下5個工序，即鋼管制作、開挖基槽、吊管下水及運輸就位、鋼管下沉、填砂保護和拋石回填。

3.1 鋼管制作

由于大型鋼管體積大、重量比較重，為避免焊接完成的管道，需要經過長距離運輸才能到達沉管現場，考慮在河道岸邊灘地順水流方向布設鋼管焊接制作場地。在鋼管制作階段，需要做好相關的鋼管制作質量控制措施，以確保焊接制作的質量。一般的程序有：利用枕木搭建一個承托鋼管的焊接平臺，用水準儀進行測量控制，使每一處平臺都在同一個高程，使用激光測距儀沿鋼管制作平臺縱向每20米施放一個方向控制點，在縱向高程起伏變化處設加密控制點，以此做為整根鋼管制作的基準線。首先將鋼管端面設置為過河管豎直面，使用汽車吊配合人工進行穩管和粗對管，使用連接鋼板將穩管和粗對管完成的管口臨時焊接固定，然后使用鐵楔和連接鋼板進行精細對管，做到縱向管底高程相同，環向管口對接平順，管縫均勻，確認滿足質量要求后，開始管縫焊接。管口焊接嚴格按照相關技術規范進行，確保焊接質量，焊接完成后，對全部管口進行質量檢驗。合格后，對整根管道進行水壓試驗，試驗壓力為工作壓力的1.5倍，試壓合格后，對整根管道的外防腐層檢查，有破損的部位與管縫一同進行防腐處理。制作完成的管道經檢驗滿足質量要求后，即具備了下水條件。

3.2 開挖基槽

開挖基槽主要利用抓斗挖泥船進行?；鄣耐诰蛏疃纫陨钣诠艿讟烁?.5m為標準，基槽邊坡的比例為1:3。開挖的過程按照“粗開挖——細開挖——基槽清理”三步進行，而粗開挖是定位基槽和初步成型的首要步驟，細開挖則是完善成型基槽的主要工序，讓基槽完全成形，，基槽清理則是對挖掘時落在基槽上的污泥進行清理，與此同時將鋼管的砼枕木墊點放置好。在挖掘過程中，在河道兩岸設置標桿，使用衛星定位儀全程跟蹤監測開挖質量，確保平面位置準確，開挖高程滿足要求。

3.3 吊管下水及運輸就位

基槽開挖完成后，進行吊管下水施工。在下水前，務必檢查鋼管的全部閥門和進出水口有沒有關緊，以免下水后，有河水滲漏到管道內；鋼管吊點按照設計要求設置并且焊接牢固，采取可靠措施，預防吊裝過程中破壞外防腐層；在水底基槽鋪設的砼枕木上固定放置木板， 以保護鋼管的防腐層。鋼管下水使用7臺100噸汽車吊同時起吊，將整根鋼管緩緩放入水中。使用六艘拖船將其拖入沉管區域，進行管道沉管就位，做好臨時固定，防止漂移。這就是所謂的橫管就位基本完成。

3.4 鋼管下沉

根據本工程的設計圖紙知，該段下沉管道共長 214m，總重量大概為480t，為了確保施工安全和沉管質量，需要使用8艘100t吊船，另外兩岸需要兩臺100t的吊機配合施工。橫管完成后，每艘吊船和吊機在設計停靠的位置就位，由于漲潮時水流比較緩慢，所以橫管可以在潮水漲到最高位的時候進行。當橫管施工完畢后，打開鋼管兩端的排氣閥和中間預留的進水口，根據統一指揮信號，把鋼管緩慢吊起，然后各吊船和吊機同時收緊或者放松吊繩以保持吊船和鋼管同步移動，直到鋼管完全放到基槽的上方。

鋼管下沉作為水下沉管施工最重點的工序，需要嚴格控制施工過程，包括人員的配合、人機的配合，吊機動作速率的控制等，做好控制工作，能防止鋼管變形過大而被損壞，每一次起吊都要留意各個吊船的吃水深度變化，有利于及時調整，并且鋼管下沉時，速度不能過快，均勻下沉。

沉管落地后，由潛水員對進水口封堵，進行第二次水壓試驗。試驗合格后即可進行粗砂保護回填和拋石壓填。

3.5 粗砂保護回填和拋石回填

管道沉放施工完畢后，需要根據設計要求實施粗砂保護回填和拋石回填施工。一般是在自管底面至管頂面以上500mm 范圍內全部拋填中粗砂，管頂面500mm以上采用塊石壓頂至原河床標高。拋石前應由潛水員到水底將粗砂整平搗實；對拋砂不足的地方，由潛水員指揮補拋。拋石時，需要按照管線的水位、水深、水流速度以及石塊大小等情況確定拋石的位置，確保拋石的位置準確。最好采用人工辦法或者開底泥駁實施填石施工，拋石時要邊移船邊拋填，并由潛水員在水下檢查，若遇拋填過高的點，由潛水員用高壓水沖平。鋪設施工完畢后，需要在管道的上下游河堤上埋設“禁止船舶下錨”的標志。

3.6 注意問題

整個管道下沉施工過程需要注意兩個問題，一是由于沉管是在水下進行施工，可見性很差，所以選擇過河位置前要進行相關的水底地質勘探，同時考慮河寬、水流速度、河底土質情況等；二是在沉管過程中，做好質量控制，包括做好過河定位線控制、基槽開挖質量控制、鋼管制作控制、防腐質量控制以及拋石回填、鋪設質量控制等；三是整個水下沉管施工過程組織協調非常重要，是整個工程能否順利進行的關鍵。對外協調航道斷航，對內在鋼管下沉過程中，統一指揮、同步下沉同步操作。

4 結束語

水下沉管工程無需搭拆圍堰，根據該工程的經驗總結，實施水下沉管不但能節約工期、節約成本、還能減少對水體的污染，防止圍堰施工受水位影響等不利因素，相對來說，比圍堰施工更文明、更環保、更經濟、更安全。

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