閩清閩江取水口沉管施工工藝探討

龔瓏聰

(福州城建設(shè)計研究院有限公司 福建福州 350001)

閩清閩江取水口沉管施工工藝探討

龔瓏聰

(福州城建設(shè)計研究院有限公司 福建福州 350001)

閩清縣新建閩江取水泵站，采用江中取水方式。DN800×2引水管道采用沉管施工工藝。施工期間對原設(shè)計方案中水下挖槽與爆破、沉管定位、水下混凝土澆筑及取水頭部安裝等進(jìn)行一系列優(yōu)化，確保了該項目的順利實施。施工期后又對管線進(jìn)行復(fù)測，確保施工質(zhì)量。項目建設(shè)投產(chǎn)已一年多，運行穩(wěn)定。

沉管施工工藝；水下開槽與爆破；水下混凝土；地震反射波法

1 項目概況

閩清縣城市供水閩江口取水工程規(guī)模為6萬m3/d，設(shè)計采用管式取水頭部。根據(jù)項目環(huán)評要求，取水口擬設(shè)在閩江中部，距離取水泵房直線距離312m。該段引水管道為DN800×2鋼管，穿越閩江主航道及深流區(qū)域。管道縱剖面圖如圖1所示。

工程采用沉管施工工藝，其工藝流程如圖2所示。

圖1 原水管道縱剖面圖

圖2 沉管施工流程圖

2 項目實施難點分析

2.1 水下開槽與爆破

(1)根據(jù)閩江該河段引水管道勘察鉆孔，閩江該河段砂卵石層中軟石層較厚，閩江河道水流流速較大，江中部分成槽困難。引水管道沿線管線勘察資料如圖3～圖4所示。

圖3 引水管道鉆孔平面布置圖

圖4 引水管道鉆孔剖面圖

(2)由于常年受河道水流沖刷，河床基巖巖面呈現(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)，江中基巖面較深，江邊基巖面較淺，沿管線全長高差約6m，要水平放置管道較困難。

(3)本次管道位于閩江主河道，上游水量大，水流急，水下成槽較困難，新挖的管槽復(fù)淤嚴(yán)重，且需要滿足船只通航要求，施工時段受限。

(4)水下爆破的深度較深，精確填藥、爆破難度較大，且爆破殘渣清除較困難。

2.2 長距離沉管的水下定位

本次管道沉管的距離較長，管道為水上安裝，單管長度約150m～160m，沉管定位較困難。

2.3 水下混凝土的澆灌固定

水下混凝土在澆筑過程中，處于流態(tài)，混凝土澆筑于管槽固定時，受河床水流沖刷影響，易被沖走，固定困難，增加了水下混凝土的澆筑量。

2.4 取水頭部的安裝與固定

設(shè)計采用蘑菇頭式取水頭部，重量較大，無法進(jìn)行沉管施工，需要水上運送至沉管端部進(jìn)行水下安裝，而管道水下安裝不僅受水流影響，同時由于能見度低，施工總體難度大。

3 主要應(yīng)對措施及處理效果

3.1 水下開槽與爆破工程措施

為提高水下開槽的效率，減少因為水流擾動帶來的施工難度，該項目施工時主要采取了如下措施[1]。

3.1.1 水下開槽

(1)通過吸沙船將河床處厚約4m～5m的砂卵石層進(jìn)行初期清淤，并分段堆置于開挖管槽下游。由于沉管分段施工，該方案可以減緩擬沉管河段的水流速度與開挖管槽的淤積速度。水下開挖管槽示意圖如圖5所示，現(xiàn)場照片如圖6所示。

圖5 河床下游堆渣示意圖

圖6 河床下游堆渣現(xiàn)場照片

(2)水下管槽較地面成槽困難，同時河道水流會源源不斷將上游泥沙帶至已開挖成型溝槽，本次施工過程采取了以下2個措施：

①迎水側(cè)放坡坡度調(diào)整為1∶3，背水側(cè)放坡坡度調(diào)整為1∶2，加大放坡，減緩溝槽淤積。

②溝槽兩側(cè)各設(shè)置寬為2.0m的平臺，減少卵石滑落至溝槽內(nèi)的概率。

管槽設(shè)計開挖斷面如圖7所示。

通過上述措施，減緩了河床的復(fù)淤過程和反復(fù)清淤工作量，為沉管施工的順利提供了寶貴的時間。

圖7 管槽開挖示意圖

3.1.2 水下爆破與清渣

(1)水下爆破

本次水下爆破需要確保管槽面平整，同時，爆破深度應(yīng)能滿足設(shè)計管道在基巖內(nèi)淺埋的要求。

基此，水下爆破主要采用“三管兩鉆法”進(jìn)行施工，炸藥采用防水性能較好的抗水型乳化炸藥。雷管主要采用防水型非電導(dǎo)爆毫秒雷管，炸藥和雷管在使用前必須進(jìn)行檢驗和試驗，并進(jìn)行防水處理，以確保性能和安全[2]。

為防止泥沙和石渣淤孔，鉆孔完成后立即裝藥。裝藥前，先檢查孔壁的質(zhì)量和孔深。鉆機(jī)鉆孔示意圖如圖8所示，裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。

本次設(shè)計主要參數(shù)如下：孔距1.5m，排距1.3m，孔徑100mm，藥柱直徑70mm，孔深2.8m。根據(jù)現(xiàn)場試驗，單位耗藥量為1.35kg/m3，爆破效果良好。

每次爆破后，均檢查是否有盲炮，如有盲炮，及時處理，并做好安全和警戒工作。

處理水下鉆孔及裸露爆破盲炮，采用下列方法：

①因爆破網(wǎng)路而引起的盲炮，經(jīng)檢查和處理后，重新聯(lián)線起爆；

②在藥包附近投放裸露藥包誘爆。

(2)水下清渣

水下清碴采用長臂反鏟式挖機(jī)作業(yè)平臺進(jìn)行施工。管道安裝完畢后，再用長臂反鏟式挖機(jī)作業(yè)平臺將石碴回填及平整。

圖8 鉆機(jī)鉆孔示意圖

圖9 裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.3 航道交叉處置

鑒于閩江主河道有船只通航，因此，管槽開挖方案報送航道管理部門進(jìn)行協(xié)調(diào)，保證窗口期的施工安全，減少對通航船只的影響。

3.2 沉管定位方式

為保證沉管均勻，本次主要采取多點共同作業(yè)，并增加水下鋼管樁的方式，確保管線位置不發(fā)生由于管材自身延展彎曲導(dǎo)致的偏移。通過協(xié)同作業(yè)，待浮管到位后，將管道進(jìn)行灌水，呈懸浮態(tài)后，各吊船之間同步緩慢下沉，確保沉速與放纜長度可控，最終將管道放入預(yù)設(shè)管槽。

3.3 水下混凝土澆筑

通過河床下游堆渣的方式，一定程度減少了水流速度。但是為保證水下混凝土的澆筑效果，本次設(shè)計6m間隔設(shè)置1個混凝土支墩，以確保管道安全地嵌入基巖層，并不發(fā)生浮管、管道錯位等情況。主要采取如下措施：

(1)在水下混凝土增加早強(qiáng)劑，減少初凝時間，將傳統(tǒng)水下混凝土的初凝時間由2h～3h減少至45min。

(2)適當(dāng)增加增稠劑，減少水流沖刷下的混凝土流失。同時，增加混凝土與周邊的顆粒物的粘合固定速度。

(3)對澆筑支墩區(qū)域現(xiàn)行布置混凝土泵送轉(zhuǎn)置與導(dǎo)管，待作業(yè)工具到位后，在擬填筑混凝土區(qū)域，通過砂卵石回填與混凝土泵入同步作業(yè)，在保障混凝土均勻填筑的基礎(chǔ)上，增加了沙卵石骨料，不僅減少了混凝土灌注量，同時通過與骨料的結(jié)合，增強(qiáng)了支墩的強(qiáng)度，通過混凝土凝固時間內(nèi)的過量超壓泵入，將支墩設(shè)置空間內(nèi)的多余水量擠出。

3.4 取水頭部的安裝與固定

取水頭部位于閩江中部，該構(gòu)筑物為取水工程的關(guān)鍵部分。該工程主要采取如下措施保證取水頭部的安裝與定位。

(1)為提升定位精度，在江中搭建了精確的施工平臺進(jìn)行定位。施工平臺通過吊車作業(yè)，保障了吊裝的精度。

(2)水下沉管預(yù)留螺栓接口，當(dāng)取水頭部進(jìn)入水中時，通過預(yù)留孔洞的鋼索進(jìn)行牽引引導(dǎo)，待連接到位后，迅速由潛水員進(jìn)行水下螺栓的安裝固定。

(3)取水頭部為滿足不淤要求，距離河床與河面有一定要求，需要對取水頭部進(jìn)行固定。在取水頭部至現(xiàn)狀河床高程段均采用混凝土澆筑，直至基巖巖面，確保取水頭部穩(wěn)定、可靠。取水頭部固定設(shè)計剖面圖如圖10所示。

圖10 取水頭部固定示意圖

(4)為防止河道漂浮物沖撞，在取水頭部外側(cè)增加DN300管樁及防護(hù)格柵，同時由航道部門統(tǒng)一設(shè)計航標(biāo)指示裝置。

3.5 管道施工安裝復(fù)測

為保障管線的高程安裝到位，管道保護(hù)措施及覆土達(dá)到設(shè)計要求，施工完畢后委托專業(yè)的水下測量機(jī)構(gòu)，對引水管道進(jìn)行復(fù)測[3-4]。

(1)專業(yè)的水下測量船在管道安裝區(qū)域進(jìn)行探測，探測軌跡圖如圖11所示。

圖11 探測軌跡平面圖

本次采用水域走航式地震反射波方法。接收采用24道漂浮電纜，道間距1m，震源采用氣動機(jī)械聲波連續(xù)沖擊震源，采用了共反射單元多次覆蓋疊加技術(shù)。多次覆蓋技術(shù)又稱之為水平多次疊加。在地震反射波勘探技術(shù)中，多次覆蓋技術(shù)的地位和作用是其它技術(shù)所不能比擬的。多次覆蓋即是：將不同激震點、不同接收點上接收的來自相同反射單元的地震反射信號，經(jīng)過幾何地震學(xué)校正后疊加起來，得到同一個反射單元的疊加值。探測原理圖如圖12～圖13所示。

圖12 多道多次覆蓋采集觀測系統(tǒng)

圖13 CDP疊加示意圖

(2)管道成果通過以上方法復(fù)測，主要復(fù)測成果如圖14及表1所示。

樁號原設(shè)計管中高程復(fù)測管中高程差值左管右管左管右管K0+013-9.367-12.1-12.0-2.733-2.633K0+063-10.780-12.2-12.4-1.42-1.62K0+113-10.014-11.1-11.5-1.086-1.486K0+163-8.933-10.7-11.2-1.767-2.267K0+213-8.788-10.2-11.1-1.412-2.312K0+263-8.643-11.1-11.7-2.457-3.057

圖14 閩江管線復(fù)測成果

由于施工時實際超爆部分，實際管道埋深深于設(shè)計要求，平均深度增加1m～3m，可滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

沉管施工已經(jīng)發(fā)展多年，積累了豐富的經(jīng)驗。該工程主要在閩江河段大流量、高流速區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，同時將沉管嵌入基巖，增加了工程實施的復(fù)雜程度。

(1)通過對閩江沉管河段進(jìn)行詳細(xì)勘察，充分了解該河段地層情況，通過合理的水下挖槽、爆破措施，解決了閩江河底挖槽困難的問題；

(2)通過混凝土改性與增加混料的方式，節(jié)約了水下砼用量，提升了管道的安全；

(3)通過鋼管樁、導(dǎo)索的定位手段，將取水頭部、原水管道精確安裝到位；

(4)通過管線復(fù)測，認(rèn)為該項目達(dá)到設(shè)計要求，可以為同類工程提供借鑒。

[1] 劉喆.沉管施工的質(zhì)量控制[J].中華建設(shè)，2008(7)：75-76.

[2] 陳曉強(qiáng)，周方毅，張可玉，等.水下爆破工程中炸藥藥量的修正計算[J].海洋工程，2004,22(1)：107-110.

[3] 李金.水域淺層地震探測工作的幾點體會[J].港工勘察，2004(45)：33-35.

[4] 陸虹宇.淺談給排水過江管道工程施工探討及質(zhì)量監(jiān)控[J].城市建設(shè)理論研究，2012(16).

Minqing Minjiang Construction Technology research of Immersed Nozzle

GONGLongcong

(Fuzhou City Construction Design & Research Institute Co.,Ltd，F(xiàn)uzhou 350001)

Minqing County build new Minjiang pumping station，take water from the river. The DN800×2 water diversion pipeline using sinking construction process. During the construction of a series of optimization of dredging and blasting, sinking location, underwater concrete pouring and water intake structure installation, to ensure the smooth implementation of the project. After the construction of the pipeline to retest, to ensure the quality of construction. Project construction and operation has been more than 1 years, stable operation.

Sinking construction process; Underwater grooving and blasting; Underwater concreting; Seismic reflection method

龔瓏聰(1984.3- )，男，工程師。

E-mail:467711563@qq.com

2017-03-15

TU991.1

A

1004-6135(2017)07-0135-05