航道大管徑壓力鋼管水下沉管技術

尚俊

（江西省港口集團有限公司，江西 南昌 330008）

0 引言

在航道工程中大管徑壓力鋼管水下沉管施工的難度較大，由于技術原因以及環境因素影響，工程開展過程中常會遇到一些阻礙，這不利于工程的順利開展。對大管徑壓力鋼管水下沉管技術進行分析，掌握技術應用要點，對促進項目順利開展、保證施工質量有重要意義。

1 工程概況

某地區航道工程項目規模比較大，其工程系統包括插花站、加壓站、供水管道等部分。其中，供水管道的長度為4.8km，設計流量為7.74m/s，選用雙管線的設計形式，主要采用PCCP 管道，局部采用壓力鋼管，壓力鋼管工作壓力為0.22MPa。施工過程中嚴格執行設計方案，選擇沉管法開展施工。

2 施工要求

在沉管施工開始前，組織技術人員對現場的水文情況、地質條件、氣象環境、航運交通等方面進行分析，充分了解施工現場的環境信息，以有效提高施工水平，保證施工質量合格。因為該工程項目所處地區的經濟、技術水平較差，很多方面都存在一定的問題，加上環境侵蝕的影響，使施工受到很大的影響，所以必須加強管理和控制，最大程度地消除不利影響因素。在施工前確定施工方法極為重要，在沉放鋼管之前需要設置焊接平臺，然后開展組對與焊接作業，采用下坡道焊接、分段向水中輸送等方法以確保結構的穩定性合格。

在焊接開始前，加強對焊接施工人員的培訓和教育力度，保證焊接工藝施工符合要求；前一階段的焊接結束后，經檢測合格，才能進行下一階段的焊接施工，且焊接過程中需要保證兩個焊接班組同時施工；沉管開始前，可先使鋼管通過自身浮力沿河道方向漂移到岸邊（與河道平行），再利用拖船把鋼管的一側拖行到河對岸（與河道垂直），保證鋼管可以橫跨整個河面，根據預先開挖的管道溝槽上部設置，確保管端口預留注水口開始注水作業，鋼管的自重能夠使其沉入河底溝槽，而后澆筑水下混凝土材料，完成對鋼管的固定處理；在兩根鋼管均沉到指定位置后，對下部溝槽進行素土填充，可聯合采用拋石擠淤回填施工方式，最后把鋼管梁端和岸上水平鋼管進行對接，形成整體的結構。

3 施工工藝

3.1 水下溝槽土方開挖

沉管水下施工環節，水下溝槽開挖深度在6m 左右，兩側的岸坡土方可通過使用陸地挖掘機開挖作業，挖出來的土合理管理，根據實際情況合理應用，滿足施工效果和質量的要求，提高資源利用率；水下溝槽開挖、邊坡修整等工作，液壓抓斗挖泥船是主要施工設備，將溝槽內的泥土直接裝載到底駁上，一部分泥土運輸到臨時拋泥區待用，其他的土方則直接卸載到河邊港地上。通過挖掘機從水中撈出，卸載到岸邊，在晾干后直接裝載到車輛上，并運輸到棄土場處理。液壓抓斗挖泥船施工中，采取單側縱挖施工方式，在現場先進行岸邊開挖施工，然后開挖中間結構，在現場使用基槽軸線控制。為了不對通航產生影響，采取“先挖左邊、后挖右邊”的施工方式。因為，此次工程的管道設置中，采用雙管并排的方法施工，為了減少溝槽回填的回淤情況，可以采取兩管溝同時開挖方式，溝槽的坡比為1∶2.5 以上。因為，溝槽開挖施工是水下環境中進行的，不可預測的因素較多，所以必須隨時監測水下開挖情況，并且結合現場情況做出調整，以提高開挖質量水平。

3.2 水下碎石墊層鋪設

在溝槽碎石墊層拋填施工中，通過抓斗挖泥船開展施工作業，溝槽內鋪設一層0.15～0.2m 厚度的碎石材料，然后進行水下整平處理，也是通過抓斗挖泥船完成，進行粗平作業，再由潛水員開展細平處理；最后測量水面參數，紅外線測量儀開展測量工作，保證平整度合格。墊層施工后，立即開展沉管施工，水下基槽土方開挖時間、墊層鋪設施工時間與鋼管注水下沉時間是一致的，有效避免出現內部淤積的情況。

3.3 鋼管水面浮運

焊接施工后鋼管，進行兩側封堵處理，并設置排水管與閥門，鋼管通過自身浮力漂浮在水面，水面整體浮動的方式浮運作業，再應用拖船拖行到施工部位。管道運輸到施工位置后，先進行一端管道安裝，中心線達到精確性要求后，通過水上起重船、鋼絲繩等固定處理，然后將管道水平旋轉到中心線部位上。鋼管水面浮運時，盡量減小拖管運行的速度，保持浮運條件符合要求，為施工提供基礎條件。

3.4 鋼管穩管定位、確定輔吊點

管道拖運到施工位置后，管道在基槽內浮于表面，通過三艘起吊能力為100t 的起吊船拋錨牽引固定，管道準確安裝到中軸線上，直到管道完全處于基槽的上部。管道下沉的環節，通過使用整體吊沉法施工，計劃選擇使用5 個吊點，岸上兩側各布置一臺100t的履帶起重機，水上布置三艘起吊能力為100t 的起重船，使鋼管下沉順利施工，且總起吊能力必須超過管重，以保證施工安全性、穩定性，不會引發安全事故。

3.5 鋼管注水沉放

3.5.1 沉放前準備工作

沉管施工中容易受到自然環境、水文條件干擾影響，施工時應該選擇天氣晴朗、少雨的條件施工。沉管作業中管道與防腐層容易發生損壞問題，出現這些問題禁止投入使用，且要保證溝槽斷面與槽底高程都達到設計標準。管道安裝施工中在兩岸中心線各設置一臺全站儀，以確保管道中心線達到設計標準。

3.5.2 管道注水計劃

在管道注水前需要計算分析各項技術參數，確保管道注水施工順利進行。檢查現場兩臺潛水泵，管道兩側同時注水，潛水泵的功率、性能達到施工要求。鋼管定位工作結束后，開啟兩側排水閥與進水口，并由兩臺潛水泵分別從管道兩側向內部注水，且每一側都要安裝水表，做好注水量的記錄與控制。管道注水時應做好排水處理及時將內部空氣排出，還要保持平衡性以滿足持續性注水的要求。根據理論數據計算注水時間管道的狀態符合要求，且隨時處于水中懸浮的情況。在注水時應落實現場觀察和控制一旦存在事故問題及時處理。

3.5.3 折線段垂直劃弧

折線段管道在表面漂浮時保持水平的狀態，且管道下沉后按90旋轉，陸地上應用100t 吊裝機進行折線管道吊裝，管道可漂浮在水面。通過注水量、起吊力的控制，確保折線段施工順利進行，工程質量達標。

3.5.4 管道垂直下沉

管道下沉施工環節，應用三臺水上浮吊船開展進行，施工現場兩側岸邊各布置一臺履帶吊裝機進行折線段吊裝，避免管道傾斜。管道進水環節，每個吊點受力是均勻，管道浮力小于管道自重時，緩慢向下沉入，隨著注水量的增大，管道不斷下沉，同時松動鋼絲繩，管段下沉順利進行。下沉時，應用GPS 測量系統監測管道軸線位置，并加強控制，確保沉放軸線符合設計要求。

3.6 水下鎮墩混凝土澆筑

鋼管下沉預定位置后，經過檢驗符合要求，開始水下鎮墩混凝土澆筑施工。在水下混凝土澆筑環節，需要保證管道固定效果合格，避免發生偏移、起拱等問題，確保進入槽段后不會發生偏移。在施工結束后及時覆土回填，以保證結構的性能合格。

3.6.1 模板設計

為了使得水下混凝土結構的尺寸、質量符合要求，并且盡量減少潛水員下水的次數，模板的剛度性能合格，鎮墩模板應用拼裝鋼模板的方式，一般為厚度5mm 的鋼板焊接制作，兩側預留直徑為180mm 的半圓形孔洞，鋼管順利穿入鋼模板內，且模板按設計方案加工成型。澆筑結束后，鋼模板不再取出，永久安裝在水下。

3.6.2 模板安裝

鋼模板材料運輸到作業現場后，在岸上加工使用螺栓固定，模板之間應用內襯加強筋與對拉螺栓的方法來保障模板性能合格。模板拼裝結束后，應用履帶式吊裝機把組合模板轉移到船上，在模板周邊應用定位纜繩固定，水面工作人員、潛水員相互配合施工，模板施工位置精度合格，且應用螺栓固定。經過尺寸檢測后發現，完全符合工程設計方案。此外，還要做好各個部位的封堵處理，防止發生漏漿的問題，結構的性能符合標準要求，對提高施工效果重要價值。

3.6.3 水下混凝土澆筑

水下鎮墩施工中選擇C25 素混凝土施工材料，通過導管法將拌和合格的混凝土澆筑到水下部位上，并且輸送到規定部位上。混凝土澆筑環節通過導管進行施工，其內徑為250mm，壁厚為4mm，每個節段的導管應用法蘭連接，并且使用橡膠密封圈密封處理，導管頂部制作為錐形漏斗的形式容量大約是1m。一旦澆筑開始保持連續性施工，避免水給混凝土結構產生不利影響。在現場施工中防止水流、雜物等進入管道內，同時還要及時封閉導管下部，使用第一斗混凝土自重將塞子沖開。

3.7 壓力試驗

鋼管水下進行臨時固定后，需要及時水壓試驗檢測，保證壓力鋼管試驗壓力達到1.0MPa。

3.7.1 試驗準備

鋼管下水之前，將鋼管兩側管口使用20mm 厚的盲板封堵，避免施工中發生管口變形，且盲板上焊接短管，并安裝閥門，各個結構進行水壓試驗檢測，確保結構性能合格。

3.7.2 試驗過程

充水時在系統最高位置設置排氣閥門，加壓的環節必須排氣。加壓施工中應用分級加載的方法施工，速度控制在0.05MPa/min 以內。加壓時緩慢上升，保證壓力的穩定性，達到工作壓力后，保持30min；現場人員對鋼管檢測，當檢測質量合格以后，持續升壓到實驗壓力，保持30min，此時壓力表恒定；合格后逐步下降到工作壓力，再保持30min。

3.8 水下溝槽回填

按照設計方案的要求，溝槽采用分層拋填的施工方式，先應用素土回填，其次拋石回填，最后進行素土拋填。

3.8.1 管道周邊素土回填

在水下鎮墩混凝土澆筑結束后，即可進行溝槽回填，先進行管道兩側回填，達到管道固定的效果，使用抓斗挖泥船聯合作業，回填施工質量合格。

3.8.2 拋石回填

管道周邊進行素土回填工作結束后，即可進行拋石回填施工，石塊通過船舶運輸到指定位置，并應用水上液壓抓斗挖泥船拋填作業。拋填前，沿著河道中心線拉上一根繩索，運輸船停留在繩索一側，但是不能直接觸碰繩索。船舶拋錨到作業現場，結合現場的情況，使用定點定量的方式拋填，根據每艘駁船應用石料量大小，確定拋填面積。

3.8.3 溝槽素土回填

拋石到設計高程后，從水上使用液壓抓斗挖泥船從原堆土區挖泥船裝駁，管道中心線符合設計要求，并且拋填后可以恢復到原先的狀態，潛水員隨時檢查，高程達到設計標準為止。

4 質量控制要點

鋼管在水面浮運的情況下，保護外防護層，一旦存在損壞的問題，要及時采取措施處理。做好測量定位處理，在管道下沉速度加強控制，均勻性合格，達到均勻性的標準。由于容易導致鋼管彎曲應力超出標準，自然沉放的管道必須加強注水、排氣速度的控制，通過吊點力控制以保證下放速度，不能過快，也不能過慢，還要達到均勻性，每一次下沉0.2m 即可。應用起重設備輔助下沉，管道水平度合格，各級人員相互協調作業，統一開展施工，緩慢下放管道，直到到達施工位置。加強施工設備的管控，尤其是起重機等關鍵設備，性能合格，避免在施工中出現突然故障而損壞。現場施工中，做好注水量、吊力、沉放量、管位的記錄工作，加強質量控制。

5 結語

在航道工程施工中，水下沉管施工極為重要，管道下水、浮運、沉管以及施工現場復雜性較高，水下作業施工難度高會影響工程的質量、進度與安全。因此，在航道大管徑壓力鋼管水下沉管技術施工，為保證下沉施工效果，應嚴格執行設計方案，按照工藝流程作業，并且在施工過程中需要做好現場的質量與安全控制，這樣才能提升整體工程施工效果。