給排水鋼管管道穿越江河水下安裝施工技術

李勇 曾治國 周超 劉維

湖南省第二工程有限公司 湖南 長沙 410015

隨著我國的城市化進程發展越來越快，市政工程的完善一方面給人民帶來了極大的便利，但同時也對市政工程施工提出了更高的要求。在市政給排水工程建設中，管道常常要穿越河流、湖泊。目前，過河管道水下安裝一般采用倒虹管作業、架空管過河、拱管過河等技術，這些施工技術的開發和應用，促進了城市市政給排水工程不斷完善，進而給城市美好發展打下了堅實的基礎。

1 工程概況

衡南縣云集鎮污水工程項目，總投資2.5億，過江污水管道采用涂塑鋼管直徑為φ377*10，單管總長為440m，河床地形條件復雜，彎管多，施工水深15-21m，且當地河道屬于航道主干道，運輸船只較多[1]。

2 施工難題及方案選擇

衡南縣云集鎮污水工程項目所處位置河道跨度大，地形復雜，且當地政府要求施工水域范圍內河道封航不得超過8天。鑒此，如何在工期緊迫的條件下高質量完成過河給排水鋼管管道施工是本工程的難題。目前，過河管道的施工方法主要有倒虹管法、架空管法與拱管過河技術，其中架空管道、拱管過河方法雖具有施工難度低，安全性高，質量有保障的特點，但其施工成本高，所需人力、物力大，且施工周期長，不適用于本工程。綜合考慮下，最終決定采用倒虹管施工方法，通過浮沉管道的方式下沉。

浮沉管法下沉施工，是在底部挖溝，通過水上漂浮布置管道，最后整體下沉至已挖好的溝槽內。其優勢在于不影響兩岸的景觀，同時對兩岸的施工工況沒有過高的要求，但此方法施工難度大，下沉精度要求高，同時對航道也存在一定的影響。因此，本文在浮沉管法的基礎上進行改良，通過地面鋼管焊接與水下安裝相結合的方式，形成了一種新的給排水管道水下安裝技術，成功解決了工程難題。

3 工藝原理

給排水鋼管管道穿越江河水下安裝施工技術是根據過河管道總長在岸上分段焊接好鋼管，鋼管兩端焊裝法蘭并采用盲板臨時封堵。將封閉管道浮于水面，下沉時鋼管一端進水，一端排氣，通過控制進水速度解決管道在水中下沉的速度問題。鋼管下沉到位后，潛水員進行水中法蘭擰接，并拍攝影像，安裝完成后進行壓力試驗，試壓合格后，采用導管法澆筑水下混凝土對管道進行包管保護和管槽的回填[2]。

4 工藝流程及現場應用

4.1 工藝流程

施工準備→施工現場測量→管道分段制作及防腐工作→水下管道溝槽開挖→管道拖航吊裝→管道水下安裝→水下管道包管砼的施工→基槽回填、恢復河床。

4.2 現場應用

以下結合衡南縣云集鎮污水工程項目，詳細介紹本技術施工流程中操作要點及注意事項。

4.2.1 施工現場測量

水下安裝工程的施工測量是施工的重要組成部分，測量的精確度直接關系到安裝工程的施工質量，施工現場測量包括平面控制測量、高程控制測量、水位控制測量、水深控制測量、測繪開挖水域地形圖。

4.2.2 管道分段制作及防腐

1.本工程管道分段制作在河灘上進行，根據管道過江總長度做管道的分段制作，其制作工藝與陸上常規管道安裝基本一致。但沉管的管段制作需要確保管道的制作質量、撓度、抗扭能力，需要做好以下幾點措施：

（1）管道焊口處采用不銹鋼內圈補口補傷，管道外焊接頭處采用環形抱箍加強。

（2）吊環位置采用環形抱箍，做好加強措施。

（3）管道兩端用封板封閉。

（4）管道在陸上分段進行水壓試驗，保證分段管道制作合格。

2.本工程管道防腐內外均采用涂塑方式，即成品涂塑鋼管。管道制作完成后，對焊口部位進行防腐的補口補傷；及補口補傷按特加強級防腐要求進行。在內圈進行不銹鋼內防腐圈焊接防腐[3]。

4.2.3 水下管道溝槽開挖

1.基槽開挖寬度和深度：底寬每側根據管外徑加0.8-1.0m。開挖深度一般為管徑的3-4倍，以避免船只拋錨，河床沖刷等影響，邊坡系數根據河床的土質確定，一般為1:2-1:4。粘土河床的回淤情況并不嚴重開挖邊坡系數選1:2，沙土回淤迅速開挖邊坡系數選1:4。本工程鋼管管徑為377mm，回淤情況較好，選擇溝槽開挖深度為1.2m，邊坡系數為1:2。

2.為提高工效，挖泥時采取扇形挖泥方式，保證槽內不留死角。針對不同的泥層厚度，應進行分層開挖。在開挖過程中采用測深桿或測深繩測量水深，以便隨時掌握挖泥斷面的底標高情況。當遇到巖石層時，可采用鑿巖機、風鎬破除開挖或水下爆破方式。

3.為不影響挖槽高程和拋石基床的密實性，需對挖泥和清碴后殘留的泥沙和可能的回淤泥沙進行沖吸泥，沖吸泥采用空氣壓縮機和吸管吸頭進行，并派潛水員下潛擺動吸頭進行配合。水下開挖（包括沖吸泥）完成后，用回聲測深儀進行測量驗槽，基坑基槽斷面尺寸必須符合《疏浚與吹填工程施工規范》JTS 207的要求。

4.由于水下開挖后的基坑和管基槽不平，且高程不滿足設計要求，必須進行基槽拋石整平。包括拋塊石粗整平、拋砂卵石基床細平、基床精平，其中基床經平采用混凝土塊（內鋪高強度的鐵絲網），并配合潛水員完成。水下基床整平最終應達到平整度精度在±30mm以內。

4.2.4 管道拖航吊裝

為了檢驗鋼管焊接質量，應進行水面氣壓試驗，檢驗合格后方可進行吊裝施工。

鋼管不能由吊船直接起吊，鋼管底部應分段鋪設枕木，并以鋼板將鋼管隔開，讓鋼管在枕木上滑移，以免鋼管防腐層破壞。

當鋼管吊離地面足夠高度后，調整各邊的起吊高度和受力，各吊船在統一指揮下絞錨同步向后平移，將鋼管平移至水面上方處于自浮狀態后，兩端各留一艘吊船固定鋼管。

管段橫管就位后，管段在河面上通過法蘭擰接對接。

4.2.5 管道水下安裝

1.管內注水

當橫管完成后，拆開兩管端的法蘭封板，打開進水口。一側管頭注水，岸灘一側管頭設排氣閥排氣，注水速度不可過快，每小時控制在10m3-15m3之間，在統一指揮下將鋼管吊起成形，各吊船同時收緊或放松錨纜與鋼管同步移動，直至鋼管完全處于基槽上方，將管道呈半成型就位基槽的狀態。

2.基于浮力沉管

通過往管內不斷注水使鋼管逐漸下沉，每次下沉0.2m。隨著水不斷灌入，管道逐漸下沉，各吊點同時不斷進行調整，以保證各吊點的合理分布。在管道有序地沉放過程時，進行管中線與基槽軸線校正的測量監控工作，各吊船移動以達到逐步對準基槽軸線及兩岸起止點位置，直至基本符合設計要求（沉管下沉時潛水員檢查管道著床位置時停止注水）。

3.管道水下對接

當管底距基槽有0.3m時停止下沉，利用兩岸邊設立的三個手拉葫蘆，分上下及軸線將鋼管重新調整，確保管道位于中軸線上，水面用船舶利用吊環對管道中間定位，全站儀兩臺配合精確定位，直至準確無誤后，在統一指揮下兩端起重設備同步沉放管道于槽底就位，各吊船將吊索放松至預緊狀態。鋼管下沉到位后，潛水員進行水中法蘭擰接，將全部過江管理全部聯接成整體，并拍攝影像形成驗收資料。

圖1 管道下沉就位

圖2 水下鋼管法蘭連接

4.2.6 水下管道包管砼的施工

水下砼澆筑采用水下導管法現澆壓灌砼,水下砼澆筑分二步進行，包括鋼模穩管混凝土澆筑，穩管后基槽滿槽混凝土澆筑。

沉管后應及時進行水下砼穩管澆筑，為確保管道水下安全、在水下混凝土澆筑時不得對已入槽管道產生擾動，防止管道偏移軸線、管道起拱，變形及應力集中。

本工程水下混凝土澆筑模板采用永久性鋼模，鋼模尺寸為4m×2.5m×2m，間隔為12m，鋼模內側應設置加強筋，鋼模外側采用沙石袋加固。水下混凝土采用導管法進行澆筑，澆筑時導管的長度應隨水位變化及作相應的調整，導管頂部盛料漏斗可做成錐形，其容量為2m3左右。鋼模尺寸選擇以及鋼模是否回收利用可根據工程實際情況合理選擇即可。

水下混凝土強度等級應比設計高出一個強度等級，坍落度保持在18-24cm之間，并摻入一定比例的不分散絮凝劑、抗滲化工聚丙烯纖維。本工程水下混凝土設計等級為C30，實際施工時選用C35混凝土，不分散絮凝劑比例為1.6%，聚丙烯纖維為1.0kg/m3。

4.2.7 基槽回填、恢復河床

基槽可采用塊石、砂卵石以及砂袋進行回填，受水流和浮力的影響，為保證回填石確保能夠落入管槽內，應預先進行定位，定點拋填，并配合潛水員疊放。管槽回填完成以后應進行水下河床測量，對未到原河床標高的區段必需采取淤泥回填，達到設計要求后才可恢復通航。

5 質量保證措施

1.為保證水下混凝土的質量，采用鋼模板，模板不再拆除。

2.測量保證管槽軸線及沉管過程軸線必須精確控制。

3.由于管道沉入水底埋設,安裝好后幾乎不能維修，因此必須嚴格控制鋼管的焊接質量、防腐質量，嚴格進行的焊縫外觀及內部探傷檢查。

4.管線制作保證，各彎管必須確保角度及軸線。

5.軸線保證，各翻轉吊點必須保證在同一軸線上。

6.沉放速度保證，沉放速度必須控制在計劃軸線曲線上。

7.水下回填保證，水下回填不得有大石塊，不得有架空部分。

8.鋼管吊入河中吊點布置適當，鋼管要均勻受力，避免變形甚至折斷。

6 安全保證措施

1.施工現場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求進行布置，并完善布置各種安全標識。

2.各船舶必須配備完整的水上安全救援設備，所有水上施工人員在船倉面操作時必須穿戴救生衣。船上應做好清潔防滑工作，并設置防滑條等防滑設施，以防止操作人員不慎滑倒跌入河中。

3.所有船舶燈光、聲響系統及信號旗齊全，特別是夜間施工時，所有船舶打開信號燈以防止過往船舶駛入施工區域。

4.施工水域必須設置水上施工標志-水上浮標，以防止過往船舶誤入施工水域。

5.在施工船舶靠近航道一側，船舶定位不準采用鋼絲繩，而應采用錨鏈沉入河底，以防錨纜掛壞過往船舶。

6.密切注意天氣變化和水位變化，當水位上漲迅猛流速加快時，所有施工船舶應暫停作業駛向岸邊，并加固錨纜，防止走錨；當江水位下落時，應防止船舶因退水而擱淺。

7.開工前在河道以及港監等有關部門辦理水上作業施工許可證，并發布航行公告。

8.所有潛水員必須在勞動部門或中國潛水運動協會或其他有關部門培訓合格，持證上崗。

9.潛水員進行水下作業時，潛水工作船上懸掛潛水員水下施工標志，嚴禁其他船舶駛入潛水作業區。

10.潛水員執行下潛任務前禁止飲酒、禁止帶病下潛、禁止下潛時間超過規定作業時間和疲勞作業。

11.潛水員下潛前，必須認真檢查所有潛水機具、供氣設備是否完好。

12.當水流速度超過1.5m/s時，禁止潛水員下水作業。

7 施工效果

以衡南縣云集鎮污水過江管道穿越湘江水下安裝工程為例，采用本技術施工，不需要大型施工設備，不受場地影響，施工準備時間為7天，沉管施工為4天，相較于其他過河管道施工技術，節約工期約15～20天，滿足當地政府對于航道封航8天的要求，節省施工綜合成本近100萬元。另外，本技術具有施工質量高，操作安全等優點，至今我司多個污水管道項目應用了該技術，未出現管道滲漏、管道破壞等質量問題和人員傷亡的安全事故[4]。

8 結語

給排水鋼管管道穿越江河水下安裝施工技術適用于鋼管類給排水管道穿越江河的管道安裝工程。該技術能實現深水域、大跨度、地形復雜管道安裝一次沉放，相較于傳統施工技術，具有工期短，對航道運輸影響較少，施工成本低的優勢。同時，該技術采用焊接連接與水下法蘭連接相結合，可確保鋼管管道的撓度，彎曲度及抗彎、抗扭、抗折、抗剪應力在安全值內及管道精確定位，保證了工程質量，具有良好的推廣價值和應用前景[5]。