取水工程水下施工工藝研究

蔡維松

摘 要：本文以合肥第七水廠原水泵站取水工程為背景，分別對水下基坑開挖、鋼管安裝、取水頭部砼結構沉放等關鍵工序和工藝進行探討和工程實踐。結果表明，本文探討的工藝合理、可行，可為今后同類型工程提供參考和指導。

關鍵詞：取水頭部 水下施工 施工工藝

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0043-01

1 工程背景

合肥第七水廠原水泵站位于合肥市蜀山區科學島路東側，施工水域的正常蓄水位為28 m，歷史最低水位為21.5 m，取水頭部頂部高程為24.5 m，比歷史最低水位高3 m，頭部進水管中心高程為18.00 m，取水泵房進水管中心高程為23.00 m。因取水部位水位較深，取水頭部及進水管道采用岸上制作、水上沉放、水下安裝的施工工藝。取水頭部為預制鋼筋砼結構，外形為長方形，長7.7 m、寬4 m、高7.55 m。進水管為兩根DN1400的鋼管，壁厚16 mm，進水管單線總長877 m，水下施工部分單線長為692.47×2 m。

2 施工流程

2.1 取水頭部開挖安裝施工流程

取水頭部基坑開挖→基坑整平碎石墊層→頭部浮運→頭部精確定位下沉安裝→頭部四周砼澆筑→取水頭部拋石穩固→頭部格柵閘板安裝。

2.2 管道開挖安裝施工流程

管槽開挖整平→管槽碎石墊層→管道焊接拼裝→管道浮運定位→管道灌水下沉→管道水下連接→管槽回填→管槽沿線拋石整平。

3 水下溝（管）槽開挖施工工藝

管槽開挖前，采用全站儀岸邊測量軸線法，利用交通船每隔50 m設置浮標顯示開挖邊線，并在岸邊設置水面標尺一把，顯示水面標高，使用測繩控制開挖深度、寬度。

開挖期間，指定專人利用GPS測量觀測開挖寬度及浮標位置是否準確，派遣經驗豐富的技術人員，在開挖船上進行作業指導和驗收開挖深度及開挖寬度。

施工中工作船通過兩端浮漂開挖定位，利用工作船上的三個導向轉揚機調節工作船的船頭方向以及軸線位置。

管槽開挖采用依次開挖，按“之”字型路線進行，開挖過程中應精心施工，勤測量，勤復核。溝槽挖好后，應測量槽底高程和溝槽橫斷面，測量間距按水下可視度控制，對不符合施工質量的按“往復開挖法”進行操作，保質保量地完成溝槽開挖施工。

溝槽開挖的棄土由各運泥船運至順風方向100 m以上距離，盡量降低溝槽成型后回淤比例。

溝槽開挖后，對溝槽底部進行水下平整，保證水下溝槽的深度、平整度達到設計要求。溝槽平整完成后拋碎石墊層，再由潛水員水下找平，使管道在庫床受力更趨合理，找平墊層碎石粒徑為20～40 mm。

4 管道沉放及水下連接施工工藝

進水管道在岸上拼裝焊接、防腐合格后，利用加工臺上鋼軌人工推滑至水庫里，在管道入水前應將兩端管口用堵板封堵，管道浮運工作由機動艇完成。

管道浮運至管道軸線前，將工作船拋錨固定在軸線一邊1 m左右位置，長邊與管道軸線平行，然后將浮運過來的管道慢慢靠近吊裝船邊，先將吊裝船吊鉤系掛在管道吊耳上，再同時松開管道兩邊盲板引水進管，直到管道灌水的重量等于浮力即處于“失重”狀態時，管道開始慢慢下沉，此時通過GPS測量儀器測量，及時調整管道中心線使之符合設計要求，由于每根管材重約27 t，利用GPS測量儀器控制好軸線后，緩慢下沉鋼管，待沉管到位后，再利用測尺防止管道中心線偏移，利用GPS測量儀器復測，保證管材偏離不超過20 mm，超過20 mm則重新起吊糾偏，直至管材到位，然后由潛水員在水下管道兩邊用石塊進行穩固，防止管道跑偏，最后將吊鉤從鋼管吊耳上摘除。

管道水下連接采用哈夫接頭、法蘭接頭交錯連接。管道沉放就位后，水面上將吊裝船中心軸線與管道中心軸線重合，起吊鋼管慢慢挪動管道與前根鋼管對接，然后由潛水員安裝哈夫接頭（或法蘭接頭）并緊固螺栓，完成管道對接。

5 取水頭部基坑平整及水下墊層施工工藝

取水頭部基坑形成之后，應對其底部及邊坡進行水下修坡及平整，基坑整平完成后，由浮船裝運石料抵達施工面，在水面測設浮標控制線，由挖機船（反鏟式挖泥船）投料，邊投邊測量，拋填剩30公分左右時，利用挖機稍做整平，然后由潛水員在水下利用DN80鋼管鋪設取水頭部樣架，鋼管采用石袋固定，之后利用浮漂定位，采用測繩控制標高，待樣架完成后，人工拋碎石回填至上部30公分。最后潛水員利用刮尺（長7 m10a工字鋼）將基底再次精平，達到設計要求的標高，從而完成整個基坑的鋪墊工作。

6 取水頭部浮運安裝施工工藝

取水頭部預制位置靠近岸邊，位于原水管道軸線上，通過吊裝浮運至設計位置，然后吊裝下沉就位。

根據取水頭部的自量，及其排水體積，采用四根DN1400×48 m鋼管進行取水頭部的起吊、浮運安裝。

吊裝前應將取水頭部四周及內部用紅油漆畫上刻度，刻度精確至5 cm，然后在取水頭部四周打入鋼管錨樁，利用繩子將取水頭部四角固定于錨樁之上。采用挖機在預制坑上口挖出進水槽，往基坑內注水。當水面上升至2 m標高時，將進水槽縮小，緩慢注水，嚴密觀測取水頭部是否因浮力上升，若由于底部油氈吸引力底部形成真空狀態，水無法滲入，取水頭部不能浮起時利用挖機緩慢輕推取水頭部，使水滲入取水頭部底部，使取水頭部浮起，再將進水槽堵死。

打開事前準備好的兩臺水泵，同時往取水頭部兩個部分注水，讓頭部回沉。待取水頭部沉穩后，利用挖掘機挖出吊裝通道，其通道基底標高與基坑標高相同。然后將吊裝架浮運船套入取水頭部，掛好倒鏈起吊取水頭部，然后采用拖船浮運取水頭部至安放水域，做好下沉的準備工作。

采用V30 GNSS RTK系統測量設備精確定位取水頭部坐標，浮運船拋錨微調，將取水頭部完全就位之后，潛水員進入取水頭部內底部，打開四個DN50球閥，讓水從底部進入，使整個取水頭部形成連通器，然后松開倒鏈使取水頭部緩慢下沉，下沉過程中邊落邊沉，及時糾正偏差，使取水頭部按設計要求準確落放至基坑墊層。

落位后派潛水員下水檢查落位情況，并及時反饋給指揮人員進行調整，直到滿足設計要求。

進水鋼格柵、蓋板最后由工作船起吊，潛水員水下安裝完成。

取水頭部四周拋填塊石，組織石料和浮船運抵制施工水域進行拋填，潛水員水下清理。

7 結論

實踐證明采用基坑水下開挖，取水頭部及管道岸上制作、水上浮運沉放、水下安裝的施工工藝是一種因地制宜行之有效的工藝。改變了水中施工需要進行圍堰的傳統工藝，由此加快了施工進度，降低了施工難度，節約了施工成本。

參考文獻

[1] GB 50141-2008，給水排水構筑物施工及驗收規范[S].

[2] 王壽華，王賢光，等.建筑施工手冊[M].中國建筑工業出版社，2003.endprint