復雜條件下高精度排污管道過江沉管施工技術

覃瑞榮 孔德輔

廣西建工第一建筑工程集團有限公司 廣西 南寧 530001

水下施工有不確定性和施工盲區，水下特殊的水壓，水下巖石爆破產生的振動、沖擊、飛石等對周圍環境影響較大，施工不易控制[1]。

過江管道工程主要為水上、水下施工作業，水下工程由于受到水位、地質等各種不利因素的綜合條件影響，施工過程中受到難以預料問題的影響較多[2-4]，尤其是復雜地質條件下的水下管槽開挖施工、管道整體下沉就位安裝，其施工技術值得研究。

1 工程概況

邕寧老城區控源截污改造工程新建邕高污水提升泵站壓力過江管道工程，位于廣西南寧市邕寧區五象大道八尺江大橋下游350 m處的八尺江水域，上游已建有大王灘、鳳亭河等水庫。

八尺江是邕江在邕寧區境內最大的支流，流域面積2 144 km2，年平均流量27.6 m3/s，河寬60～100 m，深10～15 m，河壁為泥沙，河床為粗砂、卵石、巖石，過江管道管徑為1 000 mm，起止節點編號為J-26、J-36，管道長度為180 m，管材為Q235B焊接螺旋鋼管，壁厚為14 mm。

2 重難點分析

1）水下管槽位于巖層，但是又不能使用爆破技術進行開挖。水下管槽開挖施工是一道關鍵的工序，其質量直接影響管道的安全運行和壽命。如何控制水下管槽基坑的底標高，并按設計要求完成水下開挖，這是本工程的一大難題。

2）整條管道配重下沉過程涉及多種應力共同作用，受力條件較為復雜，必須做好受力分析與合理的吊點布置，制定管道下沉安裝具體實施方案，如何保證整管下沉精準安裝就位和防止下沉過程管道被破壞，是本工程施工控制的重點。

3 施工過程控制要點

3.1 工藝流程

施工測量→管道除銹施工→管道防腐施工→管道的分段焊接與拼裝施工→管道氣密性試壓→水下管槽砂卵石開挖施工→非爆破式水下管槽巖石開挖施工→水下管槽清理施工→水下管槽墊層拋設及整平施工→過江管道浮運下沉就位埋設→管道閉水試驗→支墩、管道回填

3.2 施工要點

3.2.1 施工測量

建立平面控制網，對施工范圍進行施工放線，根據高程水準基點引出高程控制網格點，確定管槽位置、寬度和深度，水下管槽開挖標高用測深儀檢測。施工平面控制系統和高程控制系統各基點均采用混凝土基礎將其固定并做好保護樁，防止控制基點發生位移及損壞，并做好明顯的標志。

在管槽開挖前，將過河水管的埋設軸線標出，并在河道兩岸設置導桿，在水面上每隔約30 m拋1個浮標，以此作為挖泥船進行管槽開挖的平面位置依據，并在過河管道軸線的河水邊設立水尺1把，作為控制挖槽各斷面標高的依據。

3.2.2 管道除銹、防腐施工

1）采用角磨機、鋼絲輪清刷干凈管道表面的鐵銹、泥土、油漬等，去除金屬表面缺陷。除銹等級達Sa2.5級，并保持30～80 μm的粗糙度。

2）用干布將管道清抹干凈后，采用IPN系列互穿網絡高分子防腐底漆和GZ-2新型高分子防腐涂料進行管道的防腐作業，底漆涂層結構為 兩底兩面 ，即2道IPN系列互穿網絡高分子防腐底漆，總干膜厚度＞70 μm，2道系列互穿網絡高分子防腐涂料，總干膜厚度＞300 μm。防腐處理必須在管道除銹后12 h內完成。

3）管道兩端50～100 mm處，應待管道焊接完成并檢查合格后，一起刷涂防腐涂料。

3.2.3 管道焊接與拼裝施工

1）焊縫采用多層多道焊接，單層焊縫厚度應小于5 mm。每條焊縫宜一次性連續焊完，避免裂紋產生。

2）管道接口需加焊加強包箍和吊環，用于管道沉放，焊接鋼管外壁的吊環數量應根據計算確定，應滿足管道沖水下沉吊裝與定位的需要。

3）管節端部應按設計坡口切割成形后才能焊接，管節端部內外電焊不少于3層。在管節兩端加焊設置厚14 mm鋼板條加強焊接縫，鋼板條采用分層焊接。

4）每道焊縫必須100%經超聲波探傷檢查及外觀檢查，每個現場焊接接口做油滲試驗及射線探傷。

3.2.4 管道氣密性試壓

鋼管對接施工平臺焊接拼裝及全面防腐完畢后，即可按設計要求進行氣壓試驗，管道試壓值達到規范要求后，方可進行下一步工序施工。

3.2.5 水下管槽砂卵石開挖施工

1）水下管槽開挖前，做好工程地質、水文的調查，將輸水管道穿越河底軸線的平面位置標出，并在兩岸軸線處埋設明顯的定位標志。

2）為了避免欠挖、漏挖和復挖的現象，應準確測量定位挖泥船，從而保證挖泥船落斗點及開挖斷面位置的準確，提高水下管槽開挖效率，并保證水下管槽的開挖質量。

3）水下管槽的開挖應根據河段流速、流態、水位、管槽基層性質等因素，進行綜合分析。開挖前，每隔50 m在水面上設置浮標以顯示管槽中心線，并在兩岸各設置水尺1把，作為各斷面開挖標高的測量依據。砂卵石開挖邊坡為1∶3，超深0.4 m，兩邊超寬各2 m。挖泥船施工示意如圖1所示。

圖1 挖泥船施工示意

4）水下管槽開挖過程中應當嚴格控制槽底標高，開挖完成后進行水下管槽檢測。管槽超挖時，采用粗砂或礫石填補并整平，整平后及時下沉鋪設管道，使管道均勻受力。

3.2.6 非爆破式水下管槽巖石開挖施工

水下管槽開挖施工是一道關鍵的施工工序，該工序技術及質量要求高，其質量的好壞直接關系到日后管道的安全運行和壽命。

1）在施工水域拋設主錨纜及八字錨纜，利用拋設的錨纜控制船位。主錨（前后主錨）鋼絲纜長度約50 m，控制船舶縱向移動；八字錨（左右邊錨）鋼絲纜長度約50 m，控制船體左、右移位。錨纜設置如圖2所示。

圖2 施工船舶錨纜設置示意

2）管槽斷面處水下巖石非常堅硬，采用特制的水下液壓錘分段破碎巖石，每段長約50 m。當巖層開挖厚度大于1 m時，應進行分層開挖，分層厚度為0.5～0.8 m。按照梯形分層開挖，巖石開挖坡比為1∶0.5，每超深0.4 m，兩邊超寬各2 m。

水下巖石破碎前，首先測放開挖控制標，控制管槽軸線和邊線，設立導標，標出挖槽平面位置。反鏟破碎船采用 三纜法 定位，用錨纜法或帶岸纜法實施。施工過程中設立施工水尺，水位高程由該斷面上的水尺確定，由此確定施工作業區的深度，保證破碎開挖深度。

3.2.7 水下管槽開挖施工

挖泥船的移船定位、開挖控制作業是水下清渣的關鍵。采用拋設主錨纜及八字錨纜的方式對挖泥船進行平面位置控制，主錨纜用以控制船體上下移位，八字錨纜（或橫錨纜）用以控制船體左右移位，錨位必須設浮標標志。采用分條分層的施工方法進行水下管槽開挖，分條寬約20 m。在2個分條之間要保證1～2 m的重疊部分。開挖過程中，需對開挖管槽進行監測，及時調整移位落尺、落斗深度。

開挖完成后采用超聲波回聲測深儀進行水下管槽檢測，檢測水下管槽的位置、深度、寬度，均滿足要求后，對水下管槽拋設天然級配砂卵石并整平。

3.2.8 管道下沉、就位

1）管道焊接拼裝、防腐及試壓合格后，采用封板臨時密封每段管道的兩端。在管道的吊放、浮運過程中，禁止在管身上系鋼絲繩，鋼絲繩必須系在吊環上，防止損壞防腐層。

2）整根管道焊接拼裝完后，兩端采用封板臨時密封，在兩端封板上設置2個排氣閘閥和1個注水閘閥，并按要求進行整管氣壓檢測，檢測合格后即可進行充水下沉、就位安裝。

3）由于整根管道在注水下沉、翻轉、就位的過程中，管道受力復雜，為防止出現個別吊點突沉而產生落體沖擊力或扭力附加造成管道斷裂或變形，保證整根管道下沉、翻轉、入槽過程中均勻受力，必須配置足夠的吊具，控制安全下沉翻轉需要配置的浮吊數量與吊重能力。應根據整管自重、長度和下沉時各吊點的受力情況，合理布設吊點，并計算其承載能力，本工程管道吊點設置間隔約為30 m。

4）定位船必須采用超重錨固，保證管道平穩有序地逐步下沉就位。檢查定位船平面位置、整根管道與管槽軸線位置準確無誤，各吊點與管道之間的鋼絲纜連接牢固后，方可注水下沉。使用1臺供水量50～100 m3/h的潛水泵從管端封板注水閘閥處注水，并打開另一管端封板處的排氣閥門。隨著注入管道水量的增加，隨時記錄各吊點的下沉情況，各吊點應協調作業，逐步松纜使管道翻轉、下沉。在沉管過程中，先下沉設計標高最低處的管道，必須嚴格控制管道的軸線位置，避免管道排氣不順暢、充水不均勻、下沉速度不同而引起的傾斜、偏位等問題。

5）在管道注水下沉過程中，以每充水10～30 m3為一個階段，每完成一個充水階段，應按照現場實際情況進行調整各吊點管道的標高。待管道翻轉下沉至距離槽底1 m位置時，再次檢查復核管道的平面位置準確無誤后，繼續充水下沉，直至整管下沉入槽就位。

3.2.9 支墩、管道回填

管道下沉就位后，檢查調平。用砂礫石支墊管道底部，避免管道懸空。在水下管道轉彎頭處每間隔40～50 m設置一個穩管點，澆筑水下毛石混凝土進行穩管，有效避免了在水壓試驗過程中管道產生的變形和位移。穩管采用C25混凝土支墩，支墩尺寸為5.4 mh 3.0 mh 3.5 m。穩管后進行水壓試驗，本工程試驗壓力為1.0 MPa。

在管道按設計就位并試壓合格后立即進行水下管槽砂卵石回填，拋填覆蓋至管頂0.3 m以上，然后用機動駁船裝運、拋填塊石，拋填塊石至原河床高程以下0.8 m，預留石籠壓面的厚度。最后鐵絲石籠壓面至原河床高程，鐵絲石籠以φ8 mm@400 mm作骨架、用φ3 mm@80 mm鍍鋅鐵編織，規格為800 mmh 800 mmh 800 mm。

4 結語

復雜條件下高精度排污管道過江沉管施工技術的應用對提升工程的質量和施工效率有著非常重要的實際意義。通過工程實踐，在復雜條件下過江沉管施工過程中引入水下液壓破碎巖石、整管充水下沉施工技術，工程施工更加高效且有針對性，工程質量進一步提高，施工效果良好，具有較高的應用推廣價值。