談給水管道穿越河道工程的主要施工方法及技術要求

1 工程概況

本工程為大學路過可利江段DN1 000 給水管連通工程，該段DN1 000 給水管管道總長約410 m， 管道走向為東西走向，過江管段采用沉管施工，岸上綠化帶及市政道路采用開挖施工。 DN1 000 管施工完畢后，連通原有D500 給水管，并設置閥門控制水流。 本工程北側設計敷設φ1020mm×12 mm 螺旋焊縫鋼管，管道長度約210 m。

經鉆探查明，場地內的巖土層主要為填土、淤泥、黏性土、碎石土，其中填土及具脹縮性黏性土為特殊土。 在勘察深度范圍內，場地內有兩層地下水，即上層滯水及孔隙潛水。

2 施工工藝技術

擬建給水過江管道采用沉管施工，管材為Q235B 螺旋焊縫鋼管，壁厚12 mm，給水主管管徑DN1 020 mm，總長410 m；其中φ1 020 mm×12 mm 螺旋焊接鋼管水下管長210 m， 岸上管長200 m。

由于本工程水下開挖較淺，水下開挖深度超過3.5 m 左右，擬投入組合式反鏟挖泥船進行水下管槽開挖，管槽開挖完成后進行水下基槽整平，過江管道吊裝下沉就位埋設，河岸段管道管槽回填雜砂石至路基底面，并按現狀恢復路面，河床段管道管槽回填圓礫至管頂設計高度后，再回填賓格石籠壓實。

2.1 工程施工測量

為了保證施工控制網的準確性， 在工程施工過程中設置了測量控制網， 每個控制點在施工過程中分別是一個永久坐標樁和一個水平參考點樁。 控制點作為測量控制和校正管道的軸線和標高，保證工程施工質量。

業主單位首先提供測區內原基準點、基準線的基本數據，經檢查驗收后提交監理工程師審批確認， 建立和部署平面控制系統和高程系統。

水下管槽開挖前，用GPS 標記軸線，在岸邊設導桿，在水面拋出浮標，作為施工船開挖平面位置的依據，在水邊設置水尺，作為測量控制各段高程的依據。 在管槽開挖時，水深測量必須持續進行，只有不間斷跟蹤測量，才能保證管槽的開挖質量。

2.2 水下管槽開挖施工技術

2.2.1 水下管槽開挖施工流程

水下管槽開挖施工流程如圖1 所示。

圖1 水下管槽開挖施工流程圖

2.2.2 反鏟挖泥船施工方法

水下管槽土石方采用反鏟挖泥船開挖，采用40 m3開體泥駁船裝、運、卸。 水下清碴施工關鍵是挖泥船的移船定位、浚深控制作業。 反鏟挖泥船在施工中采用定位樁控制平面位置，在施工水域用全站儀定位反鏟挖泥船，設放定位樁。 在挖泥船施工過程中，挖掘時要檢測挖掘后的水深。 挖泥船操作員根據檢測結果調整鏟斗的位移和深度，并采用測深儀進行測量，直至達到設計要求為止。

為了控制施工質量， 大功率反鏟挖泥船應采用了條形開挖的方法。條帶寬度根據挖掘機的實際開挖能力確定。在施工過程中，根據每個開挖區域的實際范圍確定條帶數，并確保每個條帶截面之間以及斗與斗之間有一定的重疊， 以避免遺漏開挖。 挖掘機的開挖深度由斗臂上的刻度控制。 當開挖完成后，即用GPS 定位儀和測深儀自測驗收。 對欠挖部位組織反鏟挖泥船清除，直至完全合格。

2.2.3 開挖后淤泥黏土上岸的施工方法

根據項目的地形情況， 水下開挖的全部淤泥及黏土通過泥駁船運到上游2.0 km 處管道預制場地的岸邊上岸， 在管道預制場進行曬干，曬干后由挖掘機裝車，通過施工便道再轉運至工程后方業主指定的地點堆放。

2.3 水下管槽整平施工技術

水下管槽開挖完畢后， 使用超聲波回聲探測儀對水下管槽進行探測。 當深度和寬度滿足設計要求后，水下管槽就可以進行整平施工。

根據設計斷面拋設砂礫石墊層對水下管槽進行整平。 砂礫石采用漏斗或串筒駁船拋卸， 潛水員按設計要求的高程在水下進行細平工作，整平的具體做法如下。

1）由潛水員在水下根據測量的結果和實際勘探的水下管槽情況， 指揮水上工作人員配合潛水員對水下管槽通過導管進行拋填砂礫石。 拋填的砂礫石應比設計的整平頂面高度稍高，然后潛水員沿著水下管槽的中心線推動刮尺，以便將較高的部分刮平。 潛水員在尺子旁來回走動，發現水下管槽底部有低凹部位就通過連接導管與安裝在船上的漏斗，將砂礫石（墊料需滿足設計要求，最大粒徑不得超過10 mm）卸到水下管槽的低凹位置， 補填處砂墊層的頂部標高與刮尺的底部標高要一致，由潛水員做好控制，一直到基床平整后的平整度達到設計及規范的要求。

2）水下管槽底墊層鋪墊厚度及材料規格要嚴格按照設計要求進行，墊層底標高不能高過設計管道底高程值，鋪墊時通過測量人員測量來控制墊層頂標高。 水下管槽底整平后，用測深儀測量和潛水員水下相結合檢查整平情況， 如發現模糊或可疑部位，應進行抽查檢查。 派潛水員找到對應的位置，給潛水員鐵卡尺，讓潛水員放在可疑的位置，用全站儀確定位置，并檢查回填后的高度。 如果高于底部標高，則由潛水員進行清理；如果低于底部標高，則由潛水員進行填充，直至達到水下管槽的總體設計要求為止。 檢查后若工程區域水下能見度良好，可進行水下攝影，并由專家對水下平整結果進行評定，直至符合設計要求評定合格為止。 然后向監理單位提交水下管槽的驗收報告，驗收通過后，方可進行后續的施工作業。

2.4 管道防腐焊接預制施工技術

2.4.1 管道防腐

管材采購成品管段為12 m/節，管道在工廠進行除銹、防腐處理，現場僅做管節接口的除銹、防腐處理，并符合設計及GB 50126—2008《工業設備及管道絕熱工程施工規范》[1]的要求。

2.4.2 管道分段焊接施工

成品管道防腐后，在管道裝配現場采用吊車輔助焊接。 在焊接之前，應對進料管的外觀進行重新檢查，查看管道在運輸過程中是否造成防腐層損傷或管道變形等缺陷。 鋼管焊接采用手工電弧焊，焊接施工前，要把電焊作業人員資格證、焊接設備資料和焊接作業工藝等報監理工程師審批， 并由合格的焊工執行。

焊接前應除去焊縫鐵銹、油漆、油污、雜質等，當溫度較低時用乙炔火焰清洗鐵銹，手持電動砂輪機清洗根部。 仔細清理焊縫底部的熔渣，焊后應打磨焊縫，對不規則焊縫進行修整。經過外觀檢查和內部檢驗合格后， 應及時對焊縫接頭外部進行防腐，要求與成品管防腐相同。 這樣反復進行，直到裝配好所需的管段長度為止。 長管段裝配完成后，兩端焊接封板，封板焊好后開孔設置排氣管、進水管及閥門。 同時要做好管道拖運準備工作和措施，然后等管道接口防腐層固化后，將鋼管吊入水中。

2.5 過江管道分段焊接、下水、水上對接施工技術

2.5.1 過江管道焊接制作

本工程水下管長210 m， 受可利江兩岸岸線縱深不夠影響，過江管需分為3 段進行預制組裝，分段預制管長度分別為70 m、80 m、60 m。

預制場地主要為過河鋼管的焊接成型、檢驗與試驗而設。預制場地選在可利江右岸靠江易將管道吊至水面對接的地方，需要提前對地坪進行整平加固，滿足鋼管預制及下水地坪不下沉要求。 預制場地尺寸為60 m×80 m。

2.5.2 管道下水

管道焊接、防腐和壓力試驗后，可在管道底部設置多個滑動滾筒，每根管道可由多臺浮吊或卷揚機拉至水面，管道在水上漂浮拖運和吊放至管槽的作業中， 鋼絲繩必須綁在提升環（吊耳）上，嚴禁將鋼絲繩直接系在管體上，以免防腐層受損。

2.5.3 管道水上對接

管道分段焊接組裝后， 用密封板將各分管段的兩端暫時密封，然后拖至水面。 由于跨江管道由3 段組成，共兩個接口，需要在河道水面進行管道對接，并進行整體下沉。 針對這種情況，采用一種新型的水面焊接方法——浮箱水面焊接法，也就是根據管道的外徑預先設計一個帶蓄水池和排水泵的鋼制浮箱（浮箱焊接平臺為圓形箱體，直徑1.8 m，底板、環板均采用厚度12 mm 左右的鋼板，頂部敞開），將需要連接的管道兩端拼對在一起，浮箱內裝滿水，用吊船將浮箱固定在管道連接口的中間，然后將浮箱內的排水泵開啟進行排水，使浮箱浮起來托住管道接口位置，等水抽干后就可在浮箱內進行焊接作業，焊接完成后對接口進行防腐處理。

整個管道焊接組裝后，兩端仍然暫時用密封板密封，兩端密封板上設置一個注水閘閥和兩個排氣閘閥。 按設計和規范要求進行整管氣壓檢測，經專業監理工程師見證檢測合格后，方可將整管充水并進行沉管安裝。

2.6 沉管施工技術

2.6.1 船舶的選擇及吊點的確定

本次沉管施工采用船舶浮吊設備， 為保障沉管施工的安全，根據本次沉管管道自身重量，對浮吊船舶最大吊力進行核算，并應達到沉管施工的要求。

為了保證充水下沉和翻轉過程中整個管道不會受到破壞，需要安裝足夠的吊具。 在整個管道充水時，應根據整個管道的長度和自重，以及下沉過程中對提升點的作用力，計算確定安全下沉和翻轉所需的浮吊數量和提升能力， 以保證管道的均勻受力，避免管道在充水下沉過程中受到破壞，管道每間隔約70 m 設一艘起吊船，通過起吊船定位使管道置于管槽軸線的水面上，本次沉管施工共設置5 個吊點（左、右兩岸各一個A 型支架，河中3 處浮吊），各吊點布置圖如圖2 所示。

圖2 沉管各吊點船機平面布置圖

為了預防大風天氣情況下， 確保整個船隊不被大風吹散偏移，方案在3#起吊點和4#起吊點處分別配置船舶，并前后配置大鐵錨，以穩定整個船隊。

2.6.2 整管橫管作業

大部分的吊船應該在橫管作業時錨定并就位， 橫管時間需根據水文氣象資料選定， 宜在江面水流較平緩并在其轉流前1 h 開始作業。 先將管道的西端用吊車固定，保持管端與河堤之間有一定的安全距離， 避免管端的管件在橫管作業時損壞。 然后用一艘29.4 kW（40 馬力）的拖輪把鋼管的西端從右岸朝左岸拖行，當整管被拖至河面的2/3 時，拖輪的速度應該減慢，靠自然的水流使整管緩慢地流向左岸。

由于整管的水平長度超過兩側岸邊之間的距離， 不能使整個管道自然地橫于管槽上方。 當整個管道的兩端即將接觸到兩側的岸邊時，應暫停橫管作業。 指揮各吊船行駛到整管邊緣的吊點位置時，原地待命。 直到所有吊船的吊點與管道連接起來時，在總指揮的統一指揮下對管道施加預應力，并根據各吊船的位置協調吊裝高度， 保持中直線管段的吊船處于預受力狀態，當兩個管端的底部被提升到兩岸的高度時，方可繼續橫管作業，直到整管的兩端處于管道基槽內。

2.6.3 管道注水自然沉放

1）定位：當管道漂浮于管槽上方的水面時，在岸上設置3個手拉葫蘆，從上、下、軸向進行調整，保證整管在管槽軸線上的正上方。 水面船舶采用吊環定位管道中部，兩岸設置兩臺全站儀配合協調精確定位。

2）注水：整條供水管道用起吊船橫在水面后，檢查各吊點和輔助吊點的吊鉤與吊耳之間、吊繩連接是否牢固，定位船只平面位置是否準確。 為確保整管在注水下沉就位過程中的安全，使用的定位船必須錨穩，以保證管道平衡有序逐步下沉就位。 完成準備工作后，由現場總指揮下令向管內注水沉管。 可用一臺每小時供水量60 m3的潛水泵（另安裝一臺備用）于右岸管端封板上的充水閘閥處充水， 同時打開兩岸管端封板上的排氣閥。

3）下沉：當管道注水時，現場總指揮統一指揮各吊點對管道產生輕微的上升力， 管道吊點上升方向與水面形成90°角。注水后，管道下沉，其重力向下，吊點受力向上，管道在自重作用下自然下沉，避免管道翻轉。 并根據管道兩端的排氣情況，各吊船在統一指揮下分多次將吊繩放松，使管道緩慢下沉，每次下沉0.2 m 為宜。 在水不斷注入，管道逐漸下沉的過程中，各吊點要不斷進行調整，以保證各吊點受力分布合理， 同時進行管道中線與管槽軸線校正的監控測量工作，并指揮各吊船移動使整管對準管槽軸線及兩岸起止點位置，直至符合設計要求。

4）入槽：管道的自然沉降通過控制注水和排氣速度，利用各吊點的提升力來控制管道下沉的速度。 須先將管道的彎曲部分注滿水，重心要向下與管道中線垂直，彎曲部分由南向北推進，使整管自然下沉入槽。

2.6.4 管道試驗

管道施工須按GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗收規范》進行試壓驗收[2]，本工程設計施工圖過江段管氣壓試驗壓力為0.6 MPa，試驗壓力為1.0 MPa。

2.7 水下管槽回填及管線標志施工技術

河岸段管道管槽應回填雜砂石至路基底面， 并按現狀恢復路面。 河床段管槽回填圓礫 （粒徑不小于20 mm 且不大于40 mm）至管頂設計高度后，安放賓格石籠將管頂壓實。 管槽回填作業均可在江面上實施， 應根據回填部位以及要求的不同填料，按設計斷面和分層厚度分別采用相應的施工方法。

管溝回填所用材料采用船舶裝載運輸至沉管水域， 然后由反鏟式挖泥船從貨船內勾取或放入水下后拋填， 而最上層的原土回填則采用該段管溝開挖出的臨時寄存于可利江灘區水下的土方，同樣采取反鏟式挖泥船勾取、泥駁船裝載、駁運和拋卸至管溝的施工方式。

管溝回填時，應先將管道水下兩處彎頭進行回填，且管溝回填時應對稱回填，不能僅在兩管中間或一側進行回填，即采用挖掘設備拋填或采用泥駁運輸船拋卸時應使船身垂直于管線，將回填部位同步均勻堆高，防止在一處過多拋填導致管道產生位移或變形。 管道回填應自下而上分層拋填，即應先同步回填兩管中間和管側、再進行管頂回填。

管槽回填完成后，由潛水員對管槽進行整平，然后進行水下石籠回填施工。 為保證石籠的質量， 石籠需在岸邊預制好后，由吊車吊裝至泥駁船，通過泥駁船運輸至管道軸線上方，采用起吊船平衡的吊下水并由潛水員輔助安放就位， 每個石籠安放需緊密平行，上層的需與下層的交錯擺放，石籠的長邊與水流方向一致。

工程竣工后， 在河岸上按規范設置管線標志及禁止拋錨區域，以警示存在管道保護區，禁止在河底管道保護區內從事挖砂、鉆探、打樁、拋錨、拖錨、底拖捕撈、張網、養殖或者其他可能破壞管道安全的水上作業。

3 結語