潛管法在長江南京段疏浚吹填工程中的應用

(南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210000)

長江南京段水深流急，水上運輸繁忙，跨江疏浚采用傳統水面布置排泥管方式已不能適應時代發展要求。為了解決浦儀公路過江段水下疏浚工程時間緊、技術難度大等問題，經技術論證，采用了潛管法疏浚工藝，縮短了工期，取得了預期的效果。本文著重對潛管法施工進行闡述。

1 工程概況

南京浦儀公路過江通道位于八卦洲左汊。為維持八卦洲左汊分流比在大橋工程實施后不減小，以及保障施工船只進場施工，需要水下疏浚(具體平面布置詳見圖1)。疏浚總量約42.7萬m3，工期90天，疏浚底標高為-13m，(吳淞高程，下同),水面平均標高6m。

疏浚區土質上部表層為灰黃色亞黏土，中部為淤泥質亞黏土、夾亞黏土夾砂薄層；下部為粉砂、細砂。

浦儀公路疏浚段為萬噸級深水航道，水上交通繁忙。將左岸水下泥砂疏浚到右岸八卦洲上，工程施工具有施工難度大、航道交通影響大、運輸船只調度難等特點。

圖1 平面布置(A5、A6、A7、A8、A9為棄泥點)

2 方案設計

根據以往工程經驗及現場條件，選取兩種疏浚方案進行比選。

2.1 挖、運、吹(抓斗船挖泥+泥駁運輸+吹泥船吹填)(方案一)

采用1艘13m3抓斗船挖泥，3艘1000m3泥駁運泥至八卦洲護岸前沿水域，再由1艘1000m3/h吹泥船連接700mm吹泥鋼管將疏浚土輸送至棄土區。日工作量8000m3，整個施工天數約為56天，加上天氣等影響，所需施工期約3個月。

2.2 潛管法(絞吸挖泥船+管道吹填)(方案二)

采用1艘1000m3/h絞吸挖泥船通過750mm的鋼潛管進行疏浚吹填，日工作量10000m3，所需工期50天。絞吸船平面布置見圖2。

圖2 絞吸船平面布置

2.3 方案比選

方案一的抓斗船施工水域較小，施工工藝簡單，施工難度小。但礙航性較大，施工船機數量較多，且挖泥、運泥和吹泥的施工設備的效率需相互匹配，現場協調和管理難度較方案二大。

方案二的絞吸挖泥船效率較高，能夠通過潛管橫穿長江，管理難度較小，不受天氣、水面交通等影響，費用較低，時間較短，能源消耗少，環境影響小。但八卦洲左汊航道為深槽，邊坡很陡，管線鋪設難度較大，可以通過水下邊坡修整來解決。

綜上所述，擬采用方案二：潛管法施工。

3 潛管法施工

3.1 潛管和浮管連接方法

3.1.1 浮管連接方法

a.水上浮管位于挖泥船尾部，和水下潛管相接于圖A1點位置，接頭處通過柔性的橡膠軟管連接。

b.水上浮管布設成平滑的弧形，并用2t的霍爾錨固定，以防其漂至航道內影響通航。在水下管線連接處(A1點)拋八字錨加以固定。水上浮管長度約為300m。

3.1.2 潛管連接方法

a.依據河勢分析，潛管敷設路線選在疏浚區中間開始，確定管線走向控制點A1點和D1點(見圖3，A1點為浮管和潛管交接點，D1點為潛管和岸管的交接點)。

圖3 水下潛管布置立面

b.水下管線采用橡膠軟管柔性連接。一根鋼管(12m)加一根橡膠軟管(1.8m)的組合，經過計算，浮管與潛管連接點(A1點)到潛管與岸管連接點(D1點)為251m，計劃用20組，長度276m，完全滿足通航最低寬度200m的要求(見圖4)。

圖4 水下潛管布置平面

c.潛管、浮體、工程船在疏浚淺水區順流一條線接好，做潛管壓力試驗，各處均達到無漏氣、漏水要求時，將管線一頭接在工程船上，到達A1點待命，另一頭用盲板封好，吊在錨艇上。

3.2 施工準備工作

施工準備工作包括施工方案編寫與審批，辦理水上水下施工許可證，海事、航道部門審批，封航及航行通告，障礙物清除及水下邊坡修整，潛管沉放及起浮時上下游的警戒工作等。

3.3 潛管沉放(起浮)方法

a.潛管下沉選擇在風浪、水流較小平潮時進行。

b.錨艇(360馬力)頂推潛管頭部到D1點， 拖輪(250馬力)和拖輪(180馬力)頂推潛管中部，到達潛管下沉區域；與此同時，潛管頂至D1點，拆除潛管盲板，與岸上地錨連接固定好后，通知工程船開機注水沉管。

c.潛管與浮體連接部拋錨固定，在連接處上、下游各拋下一個4t的錨固定潛管；潛管與岸管連接處用螺栓和岸管緊固連接，同時由鋼纜與預先測定并埋設的兩個不同角度的地壟固定，保證管線不漂入航道影響通航和潛管沉入江底時強力拉移岸管線，并且在浮體與潛管連接部位(約12m處)加裝兩個放氣閥，用于排出管道中的空氣。

d.潛管鋪設完成后在疏浚區開口線、開挖起迄點、設立包括標桿、浮標等清晰的標志，每隔50～100m設一組橫向標志。

e.同時水下拋錨區設置浮標、燈標、岸標等標志，指示拋錨范圍和拋錨順序。

f.疏浚結束后，潛管起浮采用充氣排水法，將潛管充氣浮出水面，具體步驟如下：

?先將岸管、浮管與潛管分解，一頭用盲板封閉，另一頭連接氣泵，以減少充氣排水時間，此階段對通航沒有影響。

?用排氣量為2m3/min的150馬力大型氣泵給潛管充氣排水，讓潛管上浮。

?潛管上浮后用1艘拖輪(250馬力)與錨艇(360馬力)配合將潛管拖至航道外安置。

3.4 潛管穩定保障措施

a.潛管采用符合國家標準全新鋼管，設計承載壓力為6MPa，橡膠軟管承載壓為2MPa，吹填時管道內的工作壓力為0.45MPa。杜絕了承壓爆管的風險。

b.潛管重量計算：潛管總長度276m，其中鋼管240m，橡膠軟管36m，總計20組，鋼管直徑0.75m，壁厚12mm，法蘭連接。各部分重量：鋼管54t，橡膠軟管8.0t，法蘭5.0t，小計重量67t；潛管內水重122t，整條管線重量189t。

c.浮沉度計算：空管總浮力122t；鋼管、軟管及法蘭體總浮力7.91t。浮運狀況：閉門空管55t，可浮運，外側浸水約0.41m；停工清水滿管狀況181t，下沉，不浮；施工砂水滿管狀況185t，下沉，不浮。

同時，為了避免潛管在水下起伏的可能，上、下游各放一只2t重沉底錨。根據規范要求，絞吸式挖泥船在開機前先打開排氣閥放氣，開機時低速吹清水，確認正常再加速挖泥，以此保證潛管不會起浮。

3.5 保證航道通行安全

疏浚區至江灘邊直線距離約240m, B1點(航標處)距疏浚區邊線18m,B1點至C1點為航道距離200m。

a.根據圖5顯示，參照2011—2016年長江南京段水位記錄表，按最低水位考慮,施工時水位高程為3.19m(吳淞高程)。B1點處潛管位置的水位深度為11.6m，C1點處水位深度為11.2m，兩處水位深度均大于8m。寬度和深度均能滿足通航最低要求。

圖5 航道通航布置

b.根據圖6顯示，絞吸船在1號疏浚區施工過程中，一側橫移錨與絞吸船成45°夾角拋入航道中用來控制船舶方向，拋出距離約65m，錨繩超出疏浚邊線28m(航標線為18m)；經數據計算，最低水位在3.19m時，航標線上錨繩至水面高度達10.9m，超過航道通航最低8m的要求。不影響航道通航。

圖6 橫移錨、錨繩布置

4 防止潛管堵管的措施及堵管后的應對施工方案

4.1 防止潛管堵管的措施

本工程疏浚土全部吹填上陸。根據八卦洲側臨時用地規劃，八卦洲側共設置5塊承包人臨時用地，其中A5、A6場地供土建一承包人使用，A7、A8場地供六標土建二承包人使用，A9場地供和燕路過江通道八卦洲側土建三承包人使用。上述5塊場地先期作為疏浚棄土區使用，根據棄土區平面位置，A5、A6場地組成棄土點一，A7、A8場地組成棄土點二，A9場地為棄土點三。3個棄土點面積總和約27.72萬m2。具體詳見圖7：拋泥區與疏浚區位置示意圖。

圖7 拋泥區與疏浚區位置示意圖

4.2 潛管堵管后的施工方案

本工程疏浚吹填施工時需首先形成封閉式圍堰，圍堰合攏以后方可進行吹填，避免吹填施工對周圍環境造成影響。典型圍堰設計詳見圖8：圍堰設計典型斷面圖。

吹填區各場地吹填前，須將表面耕植土開挖存放，等大橋施工結束完后，臨時用地恢復為農田，所存放的耕植土再復墾。表層耕植土開挖0.3m，暫時用于堆筑圍堰。

A9場地原地面平均標高約6.0m，吹填后泥面使用標高高出原泥面約1.0m，設計吹填頂高程為7.0m，可以處理疏浚土約14萬m3。

A5、A6場地原地面平均標高約6.0m，考慮剩余約26萬m3疏浚土全部吹填至以上兩個場地，經計算設計吹填頂高程為10.0m。吹填結束后，經由其他工程將上部約3m厚(約18萬m3)砂土采用卡車二次倒運至A7、A8場地。

圖8 圍堰設計典型斷面

5 結 語

a.經過近50天疏浚吹填，順利完成了施工任務，較大地節約了成本，縮短了工期，節約了能源，保護了環境，特別是在短時間斷航情況下進行跨江疏浚吹填，實現了南京長江深水區疏浚潛管法施工零的突破。施工中積累的豐富的施工經驗和方法，值得推廣，可供參考。

b.在經濟社會發展較快的時代，疏浚吹填跨江斷航施工基本已不可能進行。創新已成為解決問題的關鍵。在工程實施過程中，邀請了高校、設計、海事、航道、水利等領域專家，進行專家會商，為工程順利實施提供了保障。