淺水環境下水下安裝管涵施工技術

宋源生 中交四航局第三工程有限公司

1.工程概況

循環水引水溝道管涵為3.5 m×3.5m的雙、單孔鋼筋混凝土方形管涵，總混凝土方量為4891.6m3，雙孔管涵為19件，單件最大重量達483t，單孔管涵為5 件，單件最小重量達223t。雙孔部分長366.2m，單孔部分1條長30m，另1條長47m。管涵分為A～ H共9種類型，其中A、B、C三種為單孔管涵，D為分岔管涵，E～H為雙孔管涵。管涵預制任務安排在欽州金鼓江預制場。

2.施工環境

循環水引水溝道本期工程陸域段引水溝道、海域段永久護岸下及本期取頭水附近的引水溝道已與一期工程同時建設完成。二期施工任務主要是將一期已建取水頭與海域段永久護岸下引水溝道接通，投入二期碼頭生產運營。

二期引水溝道東側為已建一期碼頭泊位，結構為重力墩式碼頭，北側為已建一期接岸引橋，結構為高樁梁板式，西側為已建一期海域段永久護岸，結構為斜坡式防波堤，南側為開敞水域。二期引水溝道溝槽開挖底標高取水頭端單孔管涵段為-12.43m，開挖底寬8.2m，近岸雙孔管涵段標高-8.93 m，開挖底寬12.05m，設計坡度1∶1挖至原泥面，溝道基床拋石厚度均為1m。單孔管涵安裝頂標高為-7.23m，雙孔管涵安裝頂標高為-3.73m。溝道雙孔管涵端部通過設置長71.648m，坡度5%斜坡段順接單孔管涵。

根據施工前對該區域進行掃海測量，施工區域水深情況為靠近已建一期海域段永久護岸160m里程段內引水溝道原泥面標高為-0.4～-1.9 m，淺點集中在溝道兩側近岸80 m 里程段范圍內；引水溝道南側160 m 里程段外原泥面標高為-1.5～-1.9m，水深較為平均；引水溝道北側位于已建一期碼頭后沿原泥面標高為-2.2～3.2m，水深條件較好。

本港潮流類型以全日潮流為主，僅在小潮期間出現不正規半日潮流，潮流在海流中占主導地位，攔門沙以外開闊海域潮流具回轉流性質，主流線與潮波傳播方向一致，流速小。灣內受地形影響流速增大，攔門沙以內基本上為往復流，沿航道軸線附近流速較大。攔門沙以內航道東側略為左旋，西側為右旋。施工區域潮流情況漲潮過程流向為自南向北，退潮流向為自北向南，漲退潮過程中施工區域受已建一期碼頭泊位及接岸棧橋影響，潮流斷面減小導致該區域流速大，對船舶近岸施工拋錨穩定性及水下安裝控制影響大。

3.施工重難點

循環水引水溝道近岸里程160m段施工區域位于淺水區，起重船近岸側前后錨由于距離永久護岸，起重船需趕潮進入并完成調頭及拋錨操作，采用錨艇拋錨受水深條件限制，拋錨距離短，而當地海況在漲退潮時流速大，加上施工區域狹小周邊建筑物多，船舶施工過程中如發生走錨情況將造成嚴重后果。對此，安裝管涵施工前，在永久護岸坡腳四角塊體上及一期棧橋根部灌注樁上布設二個地錨，采用鋼絲繩接長至錨艇可進入區域，利用救生圈標示連接繩頭位置，保證船舶錨纜長度；起重船調頭待船頭防臺錨越過溝道后拋防臺錨固定船體，利用錨艇協助起重船完成調頭及拋錨帶纜作業。

起重船進入淺水區作業且均為趕潮施工，特別對于近岸80 m里程內的淺點區需確保船舶施工安全。對此，安排潛水員使用鋼纖及交通船采用長竹桿兩種方法探測該區域地質情況，掌握該區域水下覆蓋層情況，根據探測結果顯示該區域水下覆蓋層均為淤泥，厚度平均0.85 m，對船舶處于臨界潮位施工作業安全有一定富裕量，為現場實際施工或者安排船舶撤離提供參考。

水下安裝管涵包括二部分，分別為一期已建管涵及取水頭和本期安裝段管涵，如何確保本期安裝管涵與一期已建管涵及取水頭實現水下安裝滿足規范要求，同時斜坡段的水下安裝質量控制對施工技術及測量控制要求高。對此，施工前對一期已建管涵及取水頭進行測量復核，確定偏差數據。水下安裝利用測量桿控制安裝軸線，潛水員水下控制管涵接縫縫寬及錯牙，并利用水下整平鋼軌作為軸線復核參考。

4.施工方法

4.1 船機設備選擇

船機設備選擇主要根據構件重量及起吊作業工況確定最大起吊跨距，選擇合適起重噸位起重船，保證起重船起重性能參數表額定起重量及跨距滿足作業工況施工條件。

本工程水下安裝管涵采用600t固定雙扒桿式自航起重船及3000t自航平板駁船船組配合施工。

水下H型管涵最大自重483t、20m長，起吊時吊鉤位于管涵長度方向中心位置。600 t 起重船扒桿腳距船頭5m，需在起重時跨距＞18.5m，順宏起1起重量500t時，吊臂角度60°，跨距27.89m，滿足安裝管涵施工工況要求。

4.2 船舶定位

安裝管涵為趕潮作業，由于安裝管涵軸線方向沿船長裝駁，故運輸船必須平行溝槽定位，溝槽水深可滿足運輸船在最低潮位時的吃水條件。起重船垂直于運輸駁定位才能實現起吊平移安裝，起重船必須進入淺水區域作業，起重船吃水深度4.0m，主要位置在船尾螺旋漿位置，擱淺將導致船舶無法正常航行，同時該位置維修困難且耗時較長，影響工期。

起重船拋錨定位時長1 h，進入拋錨定位潮位為+3.0 m。選擇在-1.0m以上水深區域進行起吊管涵，施工過程中加強對潮水情況監控，無論安裝管涵是否就位，確保退潮至船舶吃水警戒水位前移船至碼頭后沿深水區域，保證退潮至最低潮位時起重船船尾不擱淺。

4.3 安裝方法

4.3.1 安裝準備

按照確定的管涵安裝裝駁圖進行裝駁，潛水員對安裝溝槽基床進行探摸檢查，確保基床無回淤，在一期已建管涵與二期安裝接頭處設立水上浮標，測量人員在岸上設立溝槽基床邊線標，有利于船舶參照設立的標志進行拋錨定位，同時防止船舶拋錨到基床，造成整平基床破壞影響后續安裝。同時在低潮潮位時提前安裝好測量觀測定位桿。

4.3.2 起重船吊運管涵

待船舶定位好后將起重船船移到管涵吊距范圍，下降吊具，專人聯接吊索吊點，檢查符合要求后通知船長可以起吊。起重船調整船位，起吊管涵20cm后暫停，觀察吊船、吊索、吊點無異常后吊移管涵。在起重船吊運管涵前往安裝位置時，將管涵下降到入水1m，以減輕起重船荷載。

4.3.3 定位安裝

移船到大體安裝位置后首先粗定位，開始粗定位時采用起重船調節錨纜，使得與起重船連接成一體的管涵縱向、橫向和扭角均大致位于準確位置（偏差在20cm內），吊船下降吊索，使管涵頂面下降到距水面20cm處。再用鋼絲繩將管涵頂的卡環與起重船的絞車連接，通過岸上觀測儀器的指揮收放鋼絲繩來調整較小的偏差，達到管涵安裝精確定位。精確定位穩定后緩慢下降吊具使管涵落到溝槽上。

潛水員下水檢查塊體安裝縫寬、錯牙情況，發現不符合要求的地方重新起吊調整，在復測符合要求后才能脫鉤。

安裝第二個管涵時以前一個管涵為依托。首先測量前一個管涵的位置，根據管涵偏差量采用墊木板限制管涵的相鄰邊，移船位限制管涵的另一邊的方法進行精確定位。安裝完成后進行管涵與管涵之間的接縫處理，首先在管涵接縫處覆蓋一層土工布，然后在土工布上鋪一層橡膠膠皮，最后用塊石壓頂。

4.3.4 質量控制

按照設計和施工規范要求，水下安裝管涵質量控制主要為軸線位置偏差50mm，相鄰錯牙30mm，接縫寬度20mm。施工過程中安裝軸線采用觀測測量桿進行控制，相鄰錯牙、接縫寬度控制采用潛水員水下探摸，潛水員配備水下對講設備，可及時將信息反饋，加快了安裝進度，同時利于船舶趕潮作業。預留段的關節長度潛水員使用水下測繩測量上下口四個數據確定。最終管涵安裝經水下攝像檢查，安裝偏差均符合設計及規范要求。

5.結束語

通過本工程24件管涵的成功安裝，不僅提前完成了業主工期要求，而且取得了良好的經濟效益和社會效益，為今后同類型工程水下安裝施工提供參考。