水浮法施工大口徑長輸管道

王志剛

1 管道水浮法施工原理和施工要點

管道水浮法施工原理應用了水的浮力原理。按設計和施工規范要求開挖管溝，地下水和地表水自然補充后形成水渠。再把所需安裝的管道分成幾個預制組合段，用密封圈封閉管口的兩端，形成管浮筒，逐段下入管溝。因水的浮力大于管段自重，管段浮升于水面。運至作業點的浮箱處，拆除管口密封圈，進行組對、焊接及內外防腐。而后接連向前推進，達到高效施工的目的，見圖1。

圖1 管道水浮簡圖

水浮法施工比較關鍵部位是管口的密封圈，可采用薄鋼盲板和汽車內胎組合結構。密封圈結構簡單，取材便利，裝配與拆除方便輕巧，管口封閉嚴密性好，見圖2。

圖2 密封圈簡圖

2 管段的浮力計算

1)管段凈浮力Q浮為:

其中，S為鋼管的截面積，m2;L為鋼管的總長度，m;r水為水的比重;q為鋼管每米荷重，kg/m。

2)管段浸液面積的確定。管段在水面時其總荷重P與浮力Q相平衡:

得:S浸=q/r水。

其中，S浸為浸液截面積，m2。

3)舉例計算。φ1 200×12鋼管每米凈浮力及鋼管截面浸水面積:

上述計算得出管段的凈浮力是鋼管每米荷重的2倍左右;管道浸液截面積是管道截面積的35%左右。因此水浮法施工的安全性非?？煽俊?/p>

3 大口徑管道水浮法施工的特點

1)大口徑長輸管道施工采用水浮方法，克服了管溝開挖深、排水量大的難度，充分利用了水浮力作用。同時受農田道路、河流自然條件的限制小，減短了管線施工所需的占用場地的連續長度，減少了設置的施工作業點。另外，基本不受季節的影響，達到了施工的連續性。

2)根據管線設計位置所在區域的具體情況，可分區確定作業點，將管道加工預制、地面組對焊接、內外防腐下水、水浮組對等施行一體化施工。由于施工機具布置相對集中，大大提高了設備利用率，便于維護管理。還克服了大型運輸、吊裝等施工設備無法到位的困難。在同一點位施工，可持續安裝大口徑管道數千米甚至更長。

3)相對于傳統的管溝全線開挖、修筑運輸便道、管道對口場地和大量的焊接工作坑、設備機具反復倒運等施工方法，水浮法簡化了施工方法，降低了施工難度，提高了工作效率。前期只需挖掘滿足數日水浮安裝管道的管溝即可，挖溝和水浮安裝作業連續并進，大大減少了農田占用和農植物的損失，施工成本也大幅度降低。

4)改進施工工作環境，完善操作者作業條件，作業點相對固定，大大降低勞動強度，施工質量能得到保證，提高工作效率。

4 施工流程及操作要點

4.1 管道水浮施工程序

管道水浮法施工程序見圖3。

圖3 管道水浮法施工程序

4.2 操作要點

1)準備工作。熟悉圖紙，按圖踏勘施工現場，選擇最佳的水浮作業點位置。一般選擇交通便利、便于設備機具和管道的運輸、管道的轉彎處等，根據水浮作業點數量，編制施工方案，配置施工機具和勞力資源，施工網絡計劃，并進行實施。

2)水浮作業點的布置。水浮作業點的布置由管道堆場、預制組對場，水浮作業區三部分組成，并設置所需的設備機具。堆場和預制場地要鋪設滾道，可用道木或鋼管(槽鋼)以3‰坡度坡向管溝，便于人力推管子入溝，見圖4。

圖4 水浮作業點安裝場立面布置圖

圖5 浮箱簡圖

3)浮箱的制作和使用。浮箱是由龍門架、浮箱及平臺組成，設置在管溝上。浮箱制作材料采用δ=5 mm的薄鋼板。箱體上口對稱開出稍大于管道直徑的半圓弧，兩邊夾固小于管道直徑的橡膠條，焊接四個吊耳，箱內設小型潛水泵一臺。浮箱的規格大小，根據浮管的大小和便于人員操作而定。簡易龍門架的大小和用料，根據浮箱荷重和附加荷重之和而定，也可用小型斜桿代替。平臺可用腳手管和竹片搭設，作業區上部可用腳手管和雨布搭設防雨雪工棚，見圖5。

作業方法是龍門架的手鏈葫蘆吊住浮箱進行升降。先將浮管浮運到浮箱上，使用龍門架吊起浮箱，箱內同時抽水，使浮箱浮升與兩根浮管口端外密封。然后作業人員進入浮箱內拆除管口密封圈，進行組對焊接和焊口內外防腐的修補。作業時管口可轉動焊接，內外防腐修補方便。本作業方法適用面廣，工程質量好，施工進度快。

4)水浮溝、作業點的開挖。水浮溝即管道安裝所需的管溝。首先按施工圖放線開挖，要求管溝直，溝底平，不塌方。管溝兩側堆土且離溝邊1 m以上，管溝邊坡為梯形。在同一水浮區域內有轉角點的管溝，或要通過河流、池塘才能把管溝浮動作業點的管溝，開挖時須把管溝轉角點內弧拉斜直或開挖引溝，長度以預制的管段能通過為準。水溝作業點的浮箱坑開挖，坑內深度以保證浮管在浮溝上部通過為宜，稍深一些為好。水溝作業點和管溝區域的堆土要求為單面堆土，便于管子進入溝內。管溝挖好后，向溝內充水，以浮管能在溝內自由浮動為準。

5 應用

大口徑長輸管道水浮法施工在浙江的寧波、紹興、杭州等地區應用較廣，施工的管線直徑從720～1 200均可。采用水浮法施工，工程的經濟效益明顯，社會效果顯著，受到施工、建設和監理單位的一致好評。