河岸整治項目跨河給水管的吊裝及沉管施工技術分析

邱 燦

(惠州市水電建筑工程有限公司，廣東 惠州 516000)

0 引 言

河岸整治項目跨河給水管工程施工中，如果采取傳統截流、圍堰的施工方法，不但耗時長、成本大，而且不利于保證施工的安全性和質量。而采用吊裝和沉管施工技術相互結合的方法，則可以有效解決傳統施工存在的弊端。而且工程量比較小，可有效縮短施工工期，更好的保障施工質量和進度?；诖耍_展河岸整治項目跨河給水管的吊裝及沉管施工技術的分析研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

惠州市西枝江連通東江(新開河)河岸整治工程以“河暢、路通、水清、岸綠”為目標，按照“防洪排澇、截污治污、景觀美化、生態修復”的治水理念，實施“防洪排澇、水質改善、景觀美化和道路交通”四大工程，在提高河道防洪排澇能力的同時，完善兩岸截污管道，營造兩岸濱水景觀，完善沿河交通設施，將新開河改造成集防洪排澇、休閑游樂、人水和諧、親水宜居的生態河流。

本次沉管施工位置位于新開河北橋向新開河方向上游約100m處，河段水文環境良好，既不受過往通航船舶干擾影響，又具備通航條件，船舶可直達施工現場，有利對施工船舶選定、組織進場及沉管施工布置。因新開河整治需要拓寬河面，沉管施工屬于管道改造，沉管兩端上岸后與原舊管道碰接，然后將原過河段舊管道拆除。沉管分別為DN1600和DN600兩條，DN1600×16沉管段長240.2m ,DN1600×16陸地明控施工段為94.5m ,DN600×14沉管段長240.2m ,DN600×10陸地明挖施工段357m。現場鋼管布置圖如圖1所示。

圖1 現場鋼管布置圖

2 給水管吊裝施工

2.1 吊裝方案和施工流程

案例工程整治需要拓寬河面，沉管施工屬于管道改造，沉管兩端上岸后與原舊管道碰接，然后將原過河段舊管道拆除，為提升給水管吊裝的便捷性，采取了汽車吊和船吊相互穿插配合吊裝方案，在統一的指揮下，統一起吊。

吊裝施工的主要流程為：在正式吊裝施工之前，對吊裝施工地面的強度、承載力的等進行詳細檢驗和核實，達到汽車吊和船吊相互穿插配合吊裝的要求之后，擺放汽車吊和船吊的具體位置，再核實汽車吊和船吊相互穿插配合吊裝的工作半徑，達到設計要求之后，掛鉤和試吊，確定吊裝的相關參數，開始正式吊裝管道下水，吊裝到設計位置后就是摘鉤，完成本次給水管的吊裝操作[1]。

2.2 吊裝過程控制

本工程在正式吊裝之前，先將焊接好的鋼管安置到施工現場，且DN1600和DN600的鋼管分開擺放，二者相隔1m距離。且進行全面的技術交底，并掌握吊裝過程中存在的各種安全隱患，按照試吊的參數和指標進行吊裝操作。

本工程汽車吊和船吊相互穿插配合吊裝的起吊點布置情況如圖2所示。

圖2 汽車吊和船吊相互穿插配合吊裝起吊點布置圖(mm)

工程共布設了8臺機械設備，一字排開，同時準備兩臺相同型號的起重機應對吊裝施工中發生的突發情況。為保證吊裝的安全性，按照圖2所示的吊點分布情況對DN1600鋼管吊裝進行驗算，驗算公式如下：

Q=K1×[0.02466t(D-t)×1+Q2]

(1)

式中：Q為單個吊裝的荷載，t；K1為動載系數，本工程吊裝中取1.1；t為鋼管壁厚，mm，本工程取值為16mm；D為鋼管外徑，mm，本工程取值為1620mm；l為吊裝均布荷載長度，m；Q2為100t起重配件重量，本工程取1.6t，這些數值帶入到上述公式中，可得到Q為22.64t。

根據三一STC1000T-Ⅱ吊車支腿伸出最大距離3.9m與鋼管距離保持1m的距離，現場兩根鋼管擺放間隔長度為3.3m，最外側鋼管靠近新開河河岸邊2m距離，考慮河岸邊坡按1∶1的坡比放坡距離為1m，額外考慮船吊吊裝時預留長度，根據該起重機性能表工作幅度取14m，最優工況下最大荷載可達33t。工況情況為：工作幅度14m；出桿長度為33m，起重能力是33t>22.64t，船吊為200t，可以滿足吊裝要求。

2.3 吊裝水下處理

管道吊裝在水下基礎開挖完成后進行，且在岸上氣壓試驗檢驗合格后開始，下水后再在岸邊進行二次水壓試驗。并對鋼管進行下水后取整個懸浮在水中浮力演算，浮力計算公式如下：

F浮=ρ液gV排

(2)

式中：F浮為浮力，N；ρ液為水的密度，取103kg/m3；g為重力加速度，取9.8kg/m2；V為管道排水體積。就本工程而言浮力為：

F浮=1000×9.8×
(3.14×0.82×240.2)=473051.81N

(3)

經過驗算F浮遠>G自，管道浮在水面上，用拖船將管道水上拖運至東江進行調整角度，方便接駁兩岸現有管道。

2.4 給水管水下托運

鋼管吊入水面后，A、B頭(A頭在前)各采用2條拖輪把沉管段浮拖往東江掉頭后再進入新開河，直至拖至指定沉管位。具體的平面布置圖如圖3所示。

圖3 平面布置圖

具體的給水管水下托運方法為：先將鋼管吊裝浮至新開河河面；再通過拖船將鋼管拖運至東江；接著拖運至東江后，調整管頭方向；然后將鋼管拖運回新開河；最后拖至沉管位置。

3 河岸整治項目跨河給水管沉管施工技術應用要點

3.1 制作作業平臺

就案例工程而言，在水上作業時需要搭設工作平臺，才能保證沉管施工順利進行，為滿足汽車吊和船吊相互穿插配合吊裝的要求，需要搭設的水上平臺能夠很好的承載長臂挖掘機，自重為30t，臂重為6.6t，總重量為36.6t。為保證沉管施工各道工序能夠高效開展，需要搭設工作平臺結構尺寸為18m×10m。水上作業平臺主體材料為D1800×16mm螺旋鋼管和型鋼[2]。在一端的兩側安裝上4.5m長，直徑為1800mm的鋼管，另一端兩側則通過9m長D1800鋼管和矩形箱體作為配重，以保證浮船的穩定性。

3.2 測量放線

在案例工程沉管施工中，為保證沉管位置的準確性，還在河道兩岸布設了測量控制網，并對水下管道溝槽進行開挖放線，設置控制點浮標。同時為更好的控制溝槽開挖底部標高，還需要在河岸兩側的水面以下約1.0m的位置布設一支水標尺，以便及時掌握河道水位的變化情況，從而按照水位高程對溝槽開挖的底標高進行詳細測量和控制，以最大限度確保溝槽開挖的準確性。

3.3 鋼管加工

在沉管施工中，所選擇的鋼管，必須保證證書齊全，且鋼管沒有裂紋、銹蝕等。鋼管進場之前，需要進行抽檢，再由監理工程師驗收合格之后，才能進行施工。D1800鋼管可采取電弧焊進行連接，焊接時要采取雙面坡口焊接，焊接完成之后，再用超聲波探傷儀進行探測，保證焊縫質量達標之后，還要進行防腐涂裝。為給水下立模提供良好的環境，可在鋼管之上制作模板，鋼管施工中，鋼管一側要用型鋼制作模板支架，控制支架間距在1.25m左右。本工程選擇的支架由兩根橫桿和一根立桿共同組成，其中橫桿的長度控制在50cm左右，焊接到鋼管的上下兩個部分[3]。立桿則焊接在橫桿之上，立桿的高度需要和外包混凝土的高度相互一致。為滿足鋼管浮動和沉放的實際需求，需要對兩根管節進行科學有效的處理。鋼管的兩端通過厚度為20mm的鋼板封堵嚴實，并在適當的位置之上，焊接上兩個D50管接頭，安裝2個D50閘閥，作為管道沉放的進水口或者是排氣口。

3.4 管道的浮動和沉放

為保證河岸整治項目跨河給水管沉管施工質量，控制好河道水文和地質條件對沉管施工造成的不良影響，可采取以下控制措施：

1)準備好的管道從岸上運輸到河道內部后，再用2臺70t的吊車起吊，完成管道下水之后，在河道兩岸再用2道牽引索，在人工輔助控制牽引機的作用下，在岸邊對管道進行牽引，通過河道水的浮運方法進行控制，以最大限度上保證浮運的平衡性和安全性。

2)當管道下沉到位之后，需要及時在河面之上，進行管道加固型鋼、連接件制作和安裝。再用河岸兩側提前布設好的牽引索對管道進行臨時固定[4]。

3)管道固定完成之后，及時打開進水管，通過潛水泵對管道進行注水。邊注水，邊打開管道末端的排氣閥門。保證在灌水期能夠及時排出管道中的空氣。以保證管道能夠在自重的作用下自然下沉， 在進行吊裝下沉中，需要保證管道水平，能夠整體同步沉放到槽底。

4)沉管下沉到位之后，及時拆除管頭上的法蘭和盲板，將法蘭吊放到給水管道的連接位置，再由潛水人員下水操作連接法蘭。在進行管道下沉過程中，為避免發生不均勻沉降，引起管道完全應力過大等問題，需要嚴格控制好沉管的速度，保證每個牽引點都相對平衡，以提升沉管施工質量。

3.5 水下混凝土澆筑

沉管施工完成之后，及時開展鋼筋和模板安裝，安裝完成之后及時檢驗，符合要求后，再進行混凝土澆筑。為保證混凝土澆筑的質量，本工程采取了水下不離析混凝土澆筑方法，并用多導管進行水下澆筑。具體的澆筑順序為河道兩側向中間逐步澆筑。每側需要至少安排2根導管進行施工，每根導管之上都需要配置一個料斗，料斗從岸上吊車起吊后再固定[5]。混凝土從集中拌和站拌和完成之后，通過混凝土罐車運輸到施工現場，倒進漏斗中進行灌注。在混凝土澆筑中必須連續不斷的進行，中途不能停止，邊澆筑，邊用測深錘檢測混凝土的標高，以保證混凝土澆筑質量。

4 結 語

綜上所述，河岸整治工程經采用汽車吊與船吊相互穿插配合吊裝方法和沉管施工技術，使水下吊裝施工更為簡捷，工程量小，施工成本低，不僅確保了工期及施工質量，同時為水下吊裝成功施工積累了經驗。因此，在河岸整治項目跨河給水管中應用時，需要結合現場實際情況，制定科學的施工方案，并按照設計要求和相關規范，控制好每道工序的質量，才能最大限度上保證施工質量，值得在類似工程中借鑒推廣。