河道出流提升工程施工技術研究

王先芹WANG Xian-qin

（中國水利水電第一工程局有限公司，長春 130000）

1 工程特性

昆明市?？诤映隽魈嵘こ淌┕ろ椖课挥诶ッ魇形魃絽^?？阪偤？诤印１臼┕热轂榈诙硕?，河道范圍為?？阪偤？陂l至石龍壩，全長3.15 公里（樁號K2+150～K5+300）。昆明市?？诤映隽魈嵘こ萄芯颗c運用，以?？诤雍拥狼逵俸蛯Я鞴こ淌┕檠芯繉ο螅槍鹘y河道清淤工程施工速度慢、精確度及生產效率低、環境保護要求高等問題，河道導流導流鋼管安裝采用“沉管法”進行施工。完成一段后，封堵導流管兩頭，利用浮力讓導流管漂浮，然后拖拽至下一段，減少了上一段導流管拆除的費用及下一段安裝的費用。并形成一套完整的大型橫縱向圍堰的填筑及分段清淤和導流的施工工藝及方法。

2 施工技術內容

2.1 導流方式的選擇

根據水文特征及地質地形條件，結合本工程性質和施工條件及施工進度，采用枯期導流方式。為滿足導流能力和圍堰施工布置要求，施工導流將采用沿水流方向由上而下分段導流，采用橫向圍堰堵水（如圖1），導流涵管過流的方式，圍堰之間河段采用兩根φ2.0m 螺旋鋼管導流，兩根鋼管全都架設于河道右側河堤保護范圍內，管道安裝坡度為2‰，圍堰處鋼管埋深不低于1.0m，對圍堰滲漏采用泵站抽排以確保基坑內可以干地施工。

圖1 圍堰橫斷面圖

兩個橫向圍堰填筑間距約500m 左右。根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL303-2004）、《堤防工程施工規范》（SL260-2014）的規定，并結合本工程的特點，確定導流建筑物級別為5 級建筑物，相應設計洪水標準采用5 年一遇枯期洪水，各控制斷面流量見表1。

表1 ?？诤痈骺刂茢嗝婵荻卧O計洪水

表2 損頭系數值表

表3 施工導流水力計算表

整體上布置1#～6#橫向圍堰（分別布置在HZ2+250、HZ2+670、HZ3+450、HZ4+220、HZ4+720、HZ5+300 附近）。每個施工段的上、下游橫向圍堰（含一期及二期圍堰）均采用土石圍堰，同時兼做施工道路，1#橫向一期圍堰作為本標段第一個施工的橫向圍堰，按照先戧堤截流再填筑拓寬的方法進行施工。截流時，采用從右岸單向進占、單戧堤立堵截流的方式，堤頭拋投采用直接拋投的方法：即自卸汽車運料至堤頭后直接卸料入水中，少量棄渣料由推土機配合推入水中。其他各施工段上游圍堰即為上一施工段的下游圍堰，無需再采用截流方案。

2.2 大型導流鋼管安裝及“沉管法”施工工藝

導流鋼管采用內徑φ=2.0m，壁厚16mm 的螺旋鋼管，每3m 設一道加筋環，兩端配帶法蘭片，安裝方式采用“沉管法”，先將導流鋼管的一端端頭進行封堵，放入河中，另一端搭在施工平臺上與下節鋼管對接安裝，在地面安裝完成一節，利用水陸挖掘機及水的浮力將鋼管在河道中移位，待導流鋼管安裝長度達到要求后，將堵頭拆除，鋼管下沉至河底，再將上下游圍堰填筑后完全利用鋼管導流[1]。待該段施工完成后，再將兩端端頭封堵，在鋼管頂部開孔，利用水泵將管中的水抽排，水排完后鋼管自動上浮，再利用水陸挖掘機牽引至下段施工區導流。導流鋼管安裝前，應先確定導流鋼管布置在哪側，具體可根據實際情況調整，具體施工步驟如下：

①導流鋼管安裝時，先沿管線利用船挖將河床底部進行平整，圍堰埋管位置清至設計清淤高程，清除的淤泥及石方可先堆放在河中，待該區域開始施工時再進行裝車運走。②圍堰填筑完成后，在安裝導流鋼管的那一側，預留坡度安放工字鋼軌道，焊接工字鋼軌道，兩軌道距離1.2m，高40cm（兩層工字鋼焊接），長為9m，中間按1m 間距、0.3m 排距焊接工字鋼加固，并在鋼管安裝部位焊接4.5m高的工字鋼支架，頂部安裝手拉葫蘆，方便鋼管安裝時的吊拉。③將導流鋼管從材料堆放處運至施工現場后，第一節導流鋼管先吊放在軌道上，安裝堵頭定制鋼板，定制鋼板與法蘭片相匹配，堵頭安裝完成后，保證密封完好不滲水；將堵頭側利用25t 汽車吊或挖掘吊于河中，另一側架在軌道上，保證不能進水，然后安裝第2 節導流鋼管，安裝時依然架在軌道上，利用25t 汽車吊，挖機配合，繼續吊裝，每安裝完成一節，利用10t 卷揚機借助水的浮力將其牽引至河中，挖機配合，卷揚機固定在下道圍堰上，拖鋼管時留端頭在軌道上方便下節鋼管安裝，待安裝完成30～50m 后，將軌道上的端頭利用定制鋼板堵頭封堵，再利用10t 卷揚機、挖機配合將其全部拖入至河中，借助水的浮力漂浮在水面上，根據以上步驟，繼續進行下一段導流管安裝（如圖2）。④此施工區域鋼管按30～50m 分段安裝過程中，河道中漂浮的鋼管利用2 臺40t 龍門吊將每一段導流鋼管利用橡膠軟管連接，橡膠軟管河道直線段每隔30～50m 安裝一個，河道轉彎處可根據彎度大小確定軟管數量，至少保證有一個軟管，人工鋪助安裝。每安裝完成一段，龍門吊向前移動一段，直至施工段內的導流鋼管總長度達到設計長度。⑤沉管：所有導流鋼管安裝完成后，導流鋼管位置確定好，保證圍堰處導流鋼管底部已清到設計清淤高程，然后將兩段堵頭取掉，鋼管進水后自動沉到河床底部，圍堰處填筑土石將導流鋼管兩端固定，填筑厚度不小于1m，導流鋼管成功導流后，在導流鋼管頂部適當開孔，增大管道內水流速度，再將臨時過水鋼管封堵，進行下道工序施工。⑥水位較深處利用20a 工字鋼支撐，63*63*7角鋼斜拉的方式，工字鋼支架由現場施工人員實際量測后進行拼裝焊接，工字鋼全部支腿底部通過人工配合機械摁立在基巖上，淤泥較深部位可適當在支腿上焊接橫向工字鋼增大受力面積，支架兩兩連成一個整體，支腿兩側可適當利用工字鋼做斜撐，工字鋼支架焊接完成后通過人工配合25t 汽車吊或人工利用筏子托運按照3m 的間距提前放于河中。施工區域內的泄水口，根據實際泄水流量，采取相應的排水措施，對泄水量大的泄水口利用鋼管導流（如圖3），排至施工區域外，小的可利用水泵抽排。⑦導流鋼管拆除。待施工區域清淤及河床開挖完成，驗收合格后，將臨時過水鋼管堵頭打開，導流鋼管兩端封堵，鋼管兩端圍堰進行拆除，河道有水后鋼管將會漂浮在河面上，由人工坐船，龍門吊配合進行拆除，如果鋼管未漂浮，在鋼管沿線低的部位，鋼管頂部利用氧氣乙炔進行切口，將鋼管中的水利用水泵排出，再利用龍門吊拆除，拆除后的鋼管用卷揚機運至圍堰處，25t 汽車吊吊裝至運輸車運至下一段安裝。有工字鋼支架的部分，待鋼管拆除后，將工字鋼由人工裝船運走。

圖2 導流管安裝示意圖

圖3 導流管支架圖

2.3 浮船牽引浮管分段施工

針對導流鋼管施工的影響因素，在事前設置好經緯度坐標對施工區水域內進行浮標點試放定位，采取分段臨時管制，根據天氣情況，掌握河水位情況及施工安裝節奏，確保浮標施工安裝位置，用測量安裝船上的GPS 導航儀經緯度和控制儀的控制引導下，至坐標點附近約1-2m 處進行初始定位，同時測量此點處水深推算水位高程來復核此處河床標高，是否滿足不小于設計規定的河床底高程，否則重新校核調整定位[2]。分析浮管由浮船牽引分段施工對工期的優勢，分析研究浮管過程中河水位與鋼管之間的關系，加強施工過程中控制，進行數據整理分析，確保工程順利施工。

針對導流鋼管施工的影響因素，通過分析浮管由浮船牽引分段施工對工期的優勢，監測枯期流量在10.75-14.07m3/s，經過試驗對比、河水位的監測分析，總結浮管過程中河水位與鋼管之間的關系，進行數據整理分析，保證本工程的工期要求。

2.4 GPS 定位系統及水下監測儀器等現代科技手段

通過利用GPS 定位系統及水下監測儀器等現代科技手段，進行動態測量，采用數值模擬操作，實時測量誤差＜0.2m，用測量安裝船上的GPS 導航儀經緯度和控制儀的控制引導下，至坐標點附近行初始定位，當該臨時點符合圖紙設計要求時，開始進行正式定點拋石，即進行測量定位鎖定，再次復核浮標點位經緯度并調整到位后，吊放臨時浮標，將臨時泡沫標、小型沉石安裝點位。在浮標船體中心位置，進行復查此標的經緯度與設計位置的誤差，如有誤差就進一步調整，直至符合設計要求。并采用浮船、水陸兩棲長臂挖掘機、自卸車、環保淤泥專用運輸車、污泥固化設備（壓濾機）等環保疏浚設備，深水清淤設備等，提高清淤施工速度與精確度、提高生產效率、降低工程成本等，同時盡可能在各種惡劣情況條件下，保證施工時人員與設備的安全，使工程建設與環境保護協調一致。

3 施工技術應用效果

根據國內外相關資料統計，雖然河道清淤技術在市政工程施工中已被廣泛應用，在定性分析方面已經在行業內達成認知共識，但如何確定最經濟、合理、環保的施工方法及工藝是一個較為復雜的問題，理論上還不夠成熟，目前仍處于不斷的探索階段[3]。本工程河道出流提升技術的應用，提高了清淤施工速度與精確度、提高生產效率、降低工程成本，既保證工程安全生產，又節省投資，并加快施工進度，通過施工方案的優化提高工程的經濟性，使工程建設與環境保護協調一致。

采用枯期導流方式分段導流，橫向圍堰堵水兩根φ2.0m 螺旋鋼管導流，每個施工段的上、下游橫向圍堰（含一期及二期圍堰）均采用土石圍堰，同時兼做施工道路，其他各施工段上游圍堰即為上一施工段的下游圍堰，無需再采用截流方案。

通過方案優化采用“沉管法”進行施工，利用水陸挖掘機及水的浮力將鋼管在河道中移位，形成了螺旋鋼管焊接施工工藝及施工方法，減少了每節導流鋼管的安拆，大大加快了施工效率，減少了成本，保證了工期，并取得了一定的經濟效益和社會效益。

通過分析浮管由浮船牽引分段施工對工期的優勢，經過試驗對比、河水位的監測分析，總結浮管過程中河水位與鋼管之間的關系，進行數據整理分析，保證本工程的工期要求。

通過利用GPS 定位系統及水下監測儀器等現代科技手段，進行動態測量，采用數值模擬操作，實時測量誤差<0.2m，采用環保疏浚設備，深水清淤設備等技術標準并采用數值模擬操作，提高清淤施工速度與精確度、提高生產效率、降低工程成本等。

4 結語

通過本項目的研究，對傳統工藝做出了調整、優化，由壁厚10mm 厚螺旋鋼管代替壁厚16mm 厚螺旋鋼管，導流鋼管的安裝采用“沉管法”進行施工，形成了螺旋鋼管焊接的施工工藝及施工方法；通過利用GPS 定位系統及水下監測儀器等現代科技手段，采用環保疏浚設備，深水清淤設備等技術標準并采用數值模擬操作，提高清淤施工速度與精確度，通過分析浮管由浮船牽引分段施工對工期的優勢，監測枯期流量在10.75～14.07m3/s，經過試驗對比、河水位的監測分析，總結浮管過程中河水位與鋼管之間的關系，進行數據整理分析，形成大型河道清淤和導流施工工藝，提出具體措施和施工方案，在滿足規范要求的前提下，需要增加水下勘測、規劃、設計等相關標準。既保證工程安全生產，又節省投資，并加快施工進度，通過施工方案的優化提高工程的經濟性。