韓江粵東安揭總干渠渠首工程沉管施工分析

許楚明

（廣東省科源工程監理咨詢公司，廣東 廣州 510635）

韓江粵東灌區續建配套與節水改造工程（安揭總干渠渠首工程）位于潮州樞紐東溪大壩連接段上，輸水線路向南先沿江東圍總干渠布置，將管道埋設在江東圍干渠底部，在樁號AJ0+568.710 處管線折向西與東西溪大橋平行布置，在樁號江東洲AJ0+960.516 處從路面下穿過東西溪大橋，穿過西溪左岸堤防后，管線折向南與西溪左岸堤防平行布置在河灘地上，在樁號AJ2+277.286 接跨西溪倒虹吸，將原水引至安揭總干渠原渠首進水閘處。基于韓江粵東灌區續建配套與節水改造工程（安揭總干渠渠首工程）沉管管段較多，施工條件復雜，本文對其沉管施工進行分析。

1 工程概況

韓江粵東灌區續建配套與節水改造工程（安揭總干渠渠首工程） 沉管樁號為AJ2+304.436～AJ2+580.681，水平長度276.245 m，其中左岸上引段為1∶5，水平長度25 m，水平段236.245 m，右岸上引段位1∶3，水平長度15 m。全線采用內徑為3 m 鋼管，其中左右岸上引段壁厚38 mm，管長分別為25.5 m、15.81 m，水平段管壁厚為32 mm。通過投標文件提供的地形數據以及邊坡開挖計算，按照正常蓄水位3.3 m 進行計算，水域寬度達到340 m，遠遠大于管段總水平寬度276.245 m。

2 工藝流程

本項目沉管工程采取的工藝流程主要包括管段水上對接成型、總成管段水上浮運、總成管段沉放安裝、回填等工序。

3 沉管施工

3.1 管段下水

3.1.1 牽引力計算

通過計算，對比兩節管段，左岸管節段重量為m左=2.847×26+2.393×115.2=350 t；右岸管節段重量為m右=2.847×16.31+2.393×121.545=337 t。

左岸管節段分平面段及斜坡段兩種情況進行牽引力計算。

式中：Fd為牽引力，kN；m 為鋼管自重，t；g 為重力加速度，N/kg,本工程取10；α 為傾角，水平段位0°，斜坡段為10°；u 鋼管與鋼軌之間的摩擦系數，取潤滑后的系數0.1。

斜坡段：通過受力分析，分解為順著滑軌的下滑力和鋼軌和鋼管間的摩檫力，分別為：

下滑力F1＝m·g·sinα=350×10×sin10°=608 kN；

摩檫力F2=u·m·g·cosα=0.1×350×10×cos10°=345 kN；

說明下滑力比摩擦力大F1-F2=608-345=263 kN，需要卷揚機提供拉力才能確保下滑安全。

3.1.2 管段下水

將定位船進行拋錨定位，定位方式和水下土石方填筑時一樣，使用前，應檢查減速箱的油量，油的溫度及各滑動軸承是否有油；起動前應先用手扳動齒輪空轉一圈，檢查各部零件是否轉動靈活，特別要注意制動是否好用；起吊重型物件時，應進行試吊，以檢查繩扣及物件捆綁是否結實，并注意卷揚機卷筒上的鋼絲繩余留因數不得少于3 圈；操作人員必須熟悉卷揚機的構造性能，作業時，操機身周圍嚴禁站人[1]。

下水前，測量人員在鋼軌上做好行程標記，方便下水過程檢查管段是否同步進行。所有參與水下施工的指揮員、卷揚機操作手、測量人員統一采用對講機進行溝通，確保信息溝通流暢。

3.2 管段水面對接成型

3.2.1 受力計算

自重計算：G=m×g=（1.24+8.37）×10=96.1 kN

浮力計算：F浮=ρgv排=1×10×（4904×2×2.34）=229.5 kN

施工過程中考慮施工活荷載，工作艙及活荷載合計Q=106.1 kN，

配重計算：（F浮-Q）/g=（229.5-106.1）/10=12.34 t。采用四塊重3.0 t 配重塊，其他采用配重沙袋完成配重。

3.2.2 水面對接

水面對接示意圖見圖1。

圖1 水面對接示意圖

管段緩慢下水后，在距離岸邊15 m 左右位置進行臨時固定，待具備施工條件后，由牽引船浮運至距離岸邊20 m 位置的對接區域。鋼管樁采用Φ630×δ10，間距30 m，通過放樣，確定在同一條直線上。為固定管段做好準備工作。通過精準計算后，采用起重船起吊左岸連接段管節，拖船緩慢將管段靠近鋼管樁，通過測量隊管段就位情況進行測量后，將管段采用剛性連接與鋼管樁固定，固定完成后對管段做進一步復核，為后續正式對接提供參數。

測量復核完成后，同樣采用起重船和拖船將右岸管節段緩慢靠近左岸管節段和鋼板樁。通過測量確定左右管段基本滿足設計要求。

接頭坡口驗收合格后，通過起重船和調節螺桿緩慢地將管段精準對接。精準對接完成后，將工作艙與管段做進一步吻合加固。

3.3 管道浮運

防腐完成后，進行氣壓試驗。浮運前將用于加固的鋼管樁拔除。

經計算鋼管整體浮運所承受浮力足以使鋼管漂浮，不需借助浮筒等外力，管段成型后，由拖船托運至沉放現場，拖航前預發布航行通告，拖船當日，港監清道船清開航道警戒，確保航程安全。管段在水中浮運時，應采取保護外防腐層不受損壞的措施。

3.4 總成管段沉放安裝

3.4.1 測量放樣、定位

將管道中心線、管道邊緣線、轉折線等具有明顯特性的線條放樣出來，并做好明顯標記。為了便于觀測下沉進程，在兩端的彎起段每隔200 mm 高程標注清晰的高程標志點[2]。

3.4.2 輔助沉管設施施工

輔助沉管沉放的設施主要為Φ630×δ10 鋼管作為導向柱，布置在供水鋼管下游側，邊緣與供水管下游邊緣線在同一條直線上，間距按照30 m 布置。同時在河床兩岸各布置兩臺卷揚機，將卷揚機與管段轉折點連接。

3.4.3 管段就位及測量復核

管段在起重船及卷揚機的共同作用下，完成管段就位。過程中，測量隨時檢查管道的就位情況，確保就位質量。

3.4.4 連接注水泵，打開排氣閥

注水時間不能太長，但同時也不能太快，控制在6 h，通過安裝流量表，嚴格控制灌水速度和灌水的總量。

通過計算需要灌水量略大于1282.2 m3，每小時需要灌水200 m3，在兩端布置兩臺流量為50 m3/h，安裝對應的流量監控器，確保灌水的精準度。

3.4.5 灌水下沉

各項準備工作到位后，具備沉管條件，先開啟兩端排氣管閥后，同時開啟兩端抽水機，開始向管內灌水，調整進水閥門，確保單側流量控制在100 m3/h。

灌水過程中，密切關注灌水總量，理論上6 小時25 分鐘灌水后，沉管達到臨界狀態，沉管總指揮通過對講機向各操作手下達下沉命令，并關閉排氣管閥。

下沉過程嚴格控制沉放行程，每次動作的沉放深度不能超過200 mm，通過兩端的高程標志點控制管下沉的速度和確保管道平衡下沉。管道下沉至一定深度（1 m）后，進行一次吊點、管位及船位的檢查和調整，調整完成后再將管道緩慢下沉。重復上述工作，直至沉管平穩下沉到槽底。

在整個下沉工程中，要使管道受力平衡且均勻下沉，下沿要緩慢，不能過快。期間不斷地復測管體行程，高程和方位，若有偏差，由起重船和卷揚機配合微調管體。

管底與溝底接觸時，管下如有沖刷，嚴重時采用碎石鋪填，輕微時采用中粗砂鋪填。檢查合格后，繼續灌水并開啟排氣管閥，直至灌水注滿。注滿后安放楔子和固定好沉管兩端端頭穩定管體。

4 結語

水下沉管施工與架空過河及頂管等施工方法相比較，施工工期短，對水體等周邊環境影響小，不影響河道景觀，施工過程對通航影響較小；但其對鋼管的焊接、防腐處理等要求非常高，且在投入使用后進行維修相當困難，因此對施工質量控制要求高，在施工中必須一次成功。本工程的沉管施工完全達到了設計要求,取得了較好的效益。