淺水環(huán)境下水下安裝管涵施工技術(shù)

宋源生 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概況

循環(huán)水引水溝道管涵為3.5 m×3.5m的雙、單孔鋼筋混凝土方形管涵，總混凝土方量為4891.6m3，雙孔管涵為19件，單件最大重量達(dá)483t，單孔管涵為5 件，單件最小重量達(dá)223t。雙孔部分長366.2m，單孔部分1條長30m，另1條長47m。管涵分為A～ H共9種類型，其中A、B、C三種為單孔管涵，D為分岔管涵，E～H為雙孔管涵。管涵預(yù)制任務(wù)安排在欽州金鼓江預(yù)制場。

2.施工環(huán)境

循環(huán)水引水溝道本期工程陸域段引水溝道、海域段永久護(hù)岸下及本期取頭水附近的引水溝道已與一期工程同時(shí)建設(shè)完成。二期施工任務(wù)主要是將一期已建取水頭與海域段永久護(hù)岸下引水溝道接通，投入二期碼頭生產(chǎn)運(yùn)營。

二期引水溝道東側(cè)為已建一期碼頭泊位，結(jié)構(gòu)為重力墩式碼頭，北側(cè)為已建一期接岸引橋，結(jié)構(gòu)為高樁梁板式，西側(cè)為已建一期海域段永久護(hù)岸，結(jié)構(gòu)為斜坡式防波堤，南側(cè)為開敞水域。二期引水溝道溝槽開挖底標(biāo)高取水頭端單孔管涵段為-12.43m，開挖底寬8.2m，近岸雙孔管涵段標(biāo)高-8.93 m，開挖底寬12.05m，設(shè)計(jì)坡度1∶1挖至原泥面，溝道基床拋石厚度均為1m。單孔管涵安裝頂標(biāo)高為-7.23m，雙孔管涵安裝頂標(biāo)高為-3.73m。溝道雙孔管涵端部通過設(shè)置長71.648m，坡度5%斜坡段順接單孔管涵。

根據(jù)施工前對該區(qū)域進(jìn)行掃海測量，施工區(qū)域水深情況為靠近已建一期海域段永久護(hù)岸160m里程段內(nèi)引水溝道原泥面標(biāo)高為-0.4～-1.9 m，淺點(diǎn)集中在溝道兩側(cè)近岸80 m 里程段范圍內(nèi)；引水溝道南側(cè)160 m 里程段外原泥面標(biāo)高為-1.5～-1.9m，水深較為平均；引水溝道北側(cè)位于已建一期碼頭后沿原泥面標(biāo)高為-2.2～3.2m，水深條件較好。

本港潮流類型以全日潮流為主，僅在小潮期間出現(xiàn)不正規(guī)半日潮流，潮流在海流中占主導(dǎo)地位，攔門沙以外開闊海域潮流具回轉(zhuǎn)流性質(zhì)，主流線與潮波傳播方向一致，流速小。灣內(nèi)受地形影響流速增大，攔門沙以內(nèi)基本上為往復(fù)流，沿航道軸線附近流速較大。攔門沙以內(nèi)航道東側(cè)略為左旋，西側(cè)為右旋。施工區(qū)域潮流情況漲潮過程流向?yàn)樽阅舷虮保顺绷飨驗(yàn)樽员毕蚰希瑵q退潮過程中施工區(qū)域受已建一期碼頭泊位及接岸棧橋影響，潮流斷面減小導(dǎo)致該區(qū)域流速大，對船舶近岸施工拋錨穩(wěn)定性及水下安裝控制影響大。

3.施工重難點(diǎn)

循環(huán)水引水溝道近岸里程160m段施工區(qū)域位于淺水區(qū)，起重船近岸側(cè)前后錨由于距離永久護(hù)岸，起重船需趕潮進(jìn)入并完成調(diào)頭及拋錨操作，采用錨艇拋錨受水深條件限制，拋錨距離短，而當(dāng)?shù)睾r在漲退潮時(shí)流速大，加上施工區(qū)域狹小周邊建筑物多，船舶施工過程中如發(fā)生走錨情況將造成嚴(yán)重后果。對此，安裝管涵施工前，在永久護(hù)岸坡腳四角塊體上及一期棧橋根部灌注樁上布設(shè)二個(gè)地錨，采用鋼絲繩接長至錨艇可進(jìn)入?yún)^(qū)域，利用救生圈標(biāo)示連接繩頭位置，保證船舶錨纜長度；起重船調(diào)頭待船頭防臺(tái)錨越過溝道后拋防臺(tái)錨固定船體，利用錨艇協(xié)助起重船完成調(diào)頭及拋錨帶纜作業(yè)。

起重船進(jìn)入淺水區(qū)作業(yè)且均為趕潮施工，特別對于近岸80 m里程內(nèi)的淺點(diǎn)區(qū)需確保船舶施工安全。對此，安排潛水員使用鋼纖及交通船采用長竹桿兩種方法探測該區(qū)域地質(zhì)情況，掌握該區(qū)域水下覆蓋層情況，根據(jù)探測結(jié)果顯示該區(qū)域水下覆蓋層均為淤泥，厚度平均0.85 m，對船舶處于臨界潮位施工作業(yè)安全有一定富裕量，為現(xiàn)場實(shí)際施工或者安排船舶撤離提供參考。

水下安裝管涵包括二部分，分別為一期已建管涵及取水頭和本期安裝段管涵，如何確保本期安裝管涵與一期已建管涵及取水頭實(shí)現(xiàn)水下安裝滿足規(guī)范要求，同時(shí)斜坡段的水下安裝質(zhì)量控制對施工技術(shù)及測量控制要求高。對此，施工前對一期已建管涵及取水頭進(jìn)行測量復(fù)核，確定偏差數(shù)據(jù)。水下安裝利用測量桿控制安裝軸線，潛水員水下控制管涵接縫縫寬及錯(cuò)牙，并利用水下整平鋼軌作為軸線復(fù)核參考。

4.施工方法

4.1 船機(jī)設(shè)備選擇

船機(jī)設(shè)備選擇主要根據(jù)構(gòu)件重量及起吊作業(yè)工況確定最大起吊跨距，選擇合適起重噸位起重船，保證起重船起重性能參數(shù)表額定起重量及跨距滿足作業(yè)工況施工條件。

本工程水下安裝管涵采用600t固定雙扒桿式自航起重船及3000t自航平板駁船船組配合施工。

水下H型管涵最大自重483t、20m長，起吊時(shí)吊鉤位于管涵長度方向中心位置。600 t 起重船扒桿腳距船頭5m，需在起重時(shí)跨距＞18.5m，順宏起1起重量500t時(shí)，吊臂角度60°，跨距27.89m，滿足安裝管涵施工工況要求。

4.2 船舶定位

安裝管涵為趕潮作業(yè)，由于安裝管涵軸線方向沿船長裝駁，故運(yùn)輸船必須平行溝槽定位，溝槽水深可滿足運(yùn)輸船在最低潮位時(shí)的吃水條件。起重船垂直于運(yùn)輸駁定位才能實(shí)現(xiàn)起吊平移安裝，起重船必須進(jìn)入淺水區(qū)域作業(yè)，起重船吃水深度4.0m，主要位置在船尾螺旋漿位置，擱淺將導(dǎo)致船舶無法正常航行，同時(shí)該位置維修困難且耗時(shí)較長，影響工期。

起重船拋錨定位時(shí)長1 h，進(jìn)入拋錨定位潮位為+3.0 m。選擇在-1.0m以上水深區(qū)域進(jìn)行起吊管涵，施工過程中加強(qiáng)對潮水情況監(jiān)控，無論安裝管涵是否就位，確保退潮至船舶吃水警戒水位前移船至碼頭后沿深水區(qū)域，保證退潮至最低潮位時(shí)起重船船尾不擱淺。

4.3 安裝方法

4.3.1 安裝準(zhǔn)備

按照確定的管涵安裝裝駁圖進(jìn)行裝駁，潛水員對安裝溝槽基床進(jìn)行探摸檢查，確保基床無回淤，在一期已建管涵與二期安裝接頭處設(shè)立水上浮標(biāo)，測量人員在岸上設(shè)立溝槽基床邊線標(biāo)，有利于船舶參照設(shè)立的標(biāo)志進(jìn)行拋錨定位，同時(shí)防止船舶拋錨到基床，造成整平基床破壞影響后續(xù)安裝。同時(shí)在低潮潮位時(shí)提前安裝好測量觀測定位桿。

4.3.2 起重船吊運(yùn)管涵

待船舶定位好后將起重船船移到管涵吊距范圍，下降吊具，專人聯(lián)接吊索吊點(diǎn)，檢查符合要求后通知船長可以起吊。起重船調(diào)整船位，起吊管涵20cm后暫停，觀察吊船、吊索、吊點(diǎn)無異常后吊移管涵。在起重船吊運(yùn)管涵前往安裝位置時(shí)，將管涵下降到入水1m，以減輕起重船荷載。

4.3.3 定位安裝

移船到大體安裝位置后首先粗定位，開始粗定位時(shí)采用起重船調(diào)節(jié)錨纜，使得與起重船連接成一體的管涵縱向、橫向和扭角均大致位于準(zhǔn)確位置（偏差在20cm內(nèi)），吊船下降吊索，使管涵頂面下降到距水面20cm處。再用鋼絲繩將管涵頂?shù)目ōh(huán)與起重船的絞車連接，通過岸上觀測儀器的指揮收放鋼絲繩來調(diào)整較小的偏差，達(dá)到管涵安裝精確定位。精確定位穩(wěn)定后緩慢下降吊具使管涵落到溝槽上。

潛水員下水檢查塊體安裝縫寬、錯(cuò)牙情況，發(fā)現(xiàn)不符合要求的地方重新起吊調(diào)整，在復(fù)測符合要求后才能脫鉤。

安裝第二個(gè)管涵時(shí)以前一個(gè)管涵為依托。首先測量前一個(gè)管涵的位置，根據(jù)管涵偏差量采用墊木板限制管涵的相鄰邊，移船位限制管涵的另一邊的方法進(jìn)行精確定位。安裝完成后進(jìn)行管涵與管涵之間的接縫處理，首先在管涵接縫處覆蓋一層土工布，然后在土工布上鋪一層橡膠膠皮，最后用塊石壓頂。

4.3.4 質(zhì)量控制

按照設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求，水下安裝管涵質(zhì)量控制主要為軸線位置偏差50mm，相鄰錯(cuò)牙30mm，接縫寬度20mm。施工過程中安裝軸線采用觀測測量桿進(jìn)行控制，相鄰錯(cuò)牙、接縫寬度控制采用潛水員水下探摸，潛水員配備水下對講設(shè)備，可及時(shí)將信息反饋，加快了安裝進(jìn)度，同時(shí)利于船舶趕潮作業(yè)。預(yù)留段的關(guān)節(jié)長度潛水員使用水下測繩測量上下口四個(gè)數(shù)據(jù)確定。最終管涵安裝經(jīng)水下攝像檢查，安裝偏差均符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5.結(jié)束語

通過本工程24件管涵的成功安裝，不僅提前完成了業(yè)主工期要求，而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為今后同類型工程水下安裝施工提供參考。