湛江供水樞紐管道穿越南三河段設計與施工

汪海洋

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東廣州510635）

湛江供水樞紐管道穿越南三河段設計與施工

汪海洋

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東廣州510635）

湛江供水樞紐工程是I等、大（1）型工程，主要建筑物為1級，跨南三河段管段長1.248km，采用雙管，管道直徑為1.8m，最大水深約13.1m。文中對管道穿越南三河的頂管方案和沉管方案進行技術經濟比選，最終推薦沉管方案。針對推薦方案，介紹了氣囊法助浮設計及沉管施工，供同行們參考。

供水樞紐；頂管；沉管；氣囊法

1 工程概況

1.1 工程規模

廣東湛江供水樞紐工程是鑒江下游集供水、擋潮、航運為一體的綜合利用I等、大（1）型工程，主要建筑物為閘壩、取水泵站、管線和跨海建筑物等，主要建筑物為1級，次要建筑物為3級。一期引水規模為5m3/s，二期引水規模為10m3/s.一期管材直徑為1.8m，壁厚22m m，采用雙管。設計水平年為2020年，供水保證率為97%。

1.2 水文、地質

南三河段地質情況如下：②-2層為中細砂、淤質細砂，中等透水，承載力特征值100～120kP a；③層為中粗砂、礫質中粗砂夾中細砂，強透水，承載力特征值120～140kP a；⑥-1層為淤質粘土、粉質粘土，極微透水，承載力特征值70～90kP a；⑥-3層為中細砂、中粗砂，中等透水，承載力特征值180～250kP a。

潮位成果直接采用《廣東省海堤工程設計導則（試行）》成果，湛江港P=10%最高潮位為3.896m、最低潮位為-1.844m。南三河采用湛江港潮位站P=10%最高潮位3.896m作為設計潮位。

2 管道穿越南三河方式比選

2.1 沉管方案

南三河段地形坡度較平緩，河底高程為2.8m～-9.4m，最大水深約13.1m。管線由北往南跨過南三河，沉管段起點樁號6+124.6，終點樁號7+372.6，平面距離1248m，管中心間距3.34m。主河槽水平沉管段長391.9m，北岸斜管段分成2節，斜長分別330.5m、160.9m，坡角分別為1.109°、0.712°，南岸斜管段斜長為396.8m，斜角為0.221°，沉管地質縱剖面見圖1。

水平沉管段管中心標高為-13.0m，北岸邊管口中心線高程為-0.5m，南岸邊管口中心線高程為-1.5m，管中心線相距3.34m。

2.2 頂管方案

南三河水深較大，頂管穿越的地層主要為砂層，需要平衡較高的地下水壓力，根據《給水排水工程頂管技術規程》，擬采用泥水頂管施工法。頂管采用直徑1.8m的雙線鋼管，軸線間距4.5m，鋼管壁厚22m m。管頂覆蓋層厚4m，工作井間距1372m。出發井布置在南三河北岸海堤內側，圓形豎井直徑為12.0m，井深22.9m；接收井布置于南三河南岸南三島的沙灘上，井徑12.0m，井深22.9m，兩管一井，詳見圖2。各施工井均采用C 30連續墻成井，內襯鋼筋砼。

2.3 方案比選

頂管、沉管施工方案從施工條件、對航道影響、運行期維護、工期、投資進行技術經濟比選，詳見表1。

圖1 管線跨南三河沉管地質縱剖面圖

圖2 南三河頂管方案縱剖面圖

表1 頂管、沉管穿越方案比較表

經技術經濟比較：沉管方案具有工程投資較省、施工難度較小、工期有保證、工程實施風險相對較小、施工設備要求較低等優點；缺點是施工期對航道及環境的不利影響等，可采取工程措施予以消除或降低到可接受的程度。因此，推薦沉管方案作為管道穿越南三河的施工方案。

3 氣囊助浮沉管法施工

3.1 氣囊設計

3.1.1氣囊搬運重物設計原理

氣囊助浮搬運技術是利用氣囊充氣可產生較大的浮力，將多個氣囊捆綁在重物上的專用吊鼻，產生的總浮力（或充氣壓力）大于等于重物的重力時，即可實現水中漂浮。氣囊搬運重物適用于沒有大型起重設備，遠離基地的臨時預制場進行出運或轉運大型混凝土構件（如沉管隧道、沉箱等）。在沒有大型起重船的情況下，可將大型構件直接運上半潛駁。

氣囊較輕，可以人工搬運，安裝方便，助浮完成后，直接拉出銷子即可拆卸氣囊，操作簡單，因此漸漸被推廣應用。

3.1.2氣囊規格及結構

氣囊的常規直徑可以為0.8m-2.5m，長度為5-28m，增強纖維層數分4-12層，常用的型號為L X-4（四簾五膠）-L X-8（八簾九膠），其他型號也可以根據客戶需求制作。

氣囊的結構由囊體和端部鐵件兩部分組成。其中囊壁由天然橡膠和錦綸簾子布復合經硫化制成；端部鐵件由金屬材料制成，周圍與囊體緊密結合。每個氣囊均配有：充氣閥、壓力表、接絲、牛筋墊、絲環、絲嘴各一套。

3.1.3氣囊布置方式

查閱相關資料，根據搬運重物的寬度與氣囊的有效長度相對大小關系，氣囊搬運重物常有3種布置方式：單列布置、交錯布置、雙列布置。當搬運重物的寬度小于或等于氣囊的有效長度，采用單列布置，如圖3；當搬運重物的寬度大于氣囊的有效長度，采用交錯列布置，如圖4。

圖3 氣囊單列布置

圖4 氣囊交錯布置

本工程選用氣囊長度大于沉管直徑，故氣囊布置采用單列布置。

3.1.4氣囊數量、壓力計算

根據氣囊生產廠家提供的技術參數，選用每條1.5m×16m的單個低壓氣囊的重量為1.0t，所能產生的浮力25.0t，捆綁單個氣囊配件的重量為200kg。以主河槽水平段沉管L=391.9m為例說明氣囊數量的計算。

氣囊工作的相關參數按下列公式計算［4］：

式中：D為氣囊直徑；H為氣囊工作高度；n為氣囊個數；Q為構件重量；L為氣囊有效長度。

水平段沉管管徑為1.8m，壁厚22m m，鋼的密度為7.85g/c m3，水平段沉管總重量為190t，8個氣囊產生的總浮力為25×8=200t，捆綁氣囊配件總重量為200kg×8=1600kg=1.6t，8個氣囊產生的總浮力大于沉管、氣囊及配件的總重199.6t，故氣囊數量為8個時滿足浮力大于待搬運物體重力的要求。

采用公式（3）計算氣囊壓力，為0.3Mpa小于氣囊允許的承載力，滿足設計要求。

3.2 沉管施工

3.2.1施工順序

沉管段的施工程序有以下幾個步驟：

沉管段管槽水下清基：采用4m3抓斗船兩艘，并配備500m3運泥船將淤泥運往指定卸泥區。

制管：在岸邊把管子連接成所需長度的管段，管壁焊接專用起吊和安裝氣囊的吊鼻。管段兩端采用法蘭盤螺栓堵板。在堵板上設有直徑1/2—1D的放氣孔和進水孔。

安裝氣囊：岸邊將氣囊按一定間距依次擺放，采用起吊設備將制好的鋼管吊放在氣囊上，用鋼絲繩將氣囊端頭的鑄鐵件和管道上吊鼻連接，拴捆。

拖放就位：用船只或用設在對岸的曳引設備（卷揚機、拖拉機等）將管道拖入指定位置，見圖5。

排氣沉放：管子浮漂或拖航到鋪管位置，潛水員解開氣囊與沉管之間的繩索，并打開氣囊端頭的拉環，回收氣囊。灌水入管，排氣沉放，下沉到預先挖好的溝槽內。根據沉管長度，如需水中對接，取下堵板，將各管段在水下采用法蘭接口。管段水下定位及接口均由潛水員操作。

圖5 氣囊法拖管施工

基槽水下回填：將兩根管道沉放完畢后，初步固定，然后由180m3、120m3石駁船分別裝運砂和塊石進行管槽的回填工作。

其中管槽水下清基和岸上制管可以平行進行。

3.2.2施工注意事項

施工過程應注意以下事項：了解水流方向及流速對沉管的影響，必要時對當地水流流速進行測量；沉放時間受潮位影響較大，施工時盡量選擇平潮期在白天出現時進行，此時流速較小，易于施工；排氣沉放速度不易過快，防止偏離基槽位置。沉放過程中需由潛水員檢查沉放著陸情況，確認整條管線準確沉入管槽位置后，立即用水下袋裝砂礫石穩管，及時進行水下回填，防止管道漂浮。

4 結語

湛江鑒江供水樞紐跨南三河段采用底拖式氣囊助浮、沉管法施工，管材采用2D N 1800鋼管、壁厚22m m，管中心間距為3.34m，單管全長1.248km。目前，南三河段沉管段在最大水深13m成功實現沉放，可為今后供水工程跨江、河施工提供參考。

［1］張章模，李澤為，姚建友，等.南日島深水跨海管道供水工程管道敷設方法［J］.科學技術與工程，2009，9（07）：1970-1973.

［2］張朝林.極淺海管道鋪設方法的探討［J］.中國海上油氣（工程），1991（06）：65-68.

［3］黃立身.氣囊在大件物體搬運中的應用［J］.港口裝卸，1999（03）：42-43.

［4］陳華盛，付立容.氣囊搬運重件工法［R］.廣州中港第四航務工程局.2002.

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：1672-2469（2015）09-0124-04

10.3969/j.i s s n.1672-2469.2015.09.039

汪海洋（1983年—），男，工程師。