汪有紅，郭鳳舞 （安徽省引江濟(jì)淮集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

引江濟(jì)淮工程江水北送段阜陽城市供水工程通過新建茨淮新河插花站，提水至茨河鋪閘下，再經(jīng)加壓站加壓后通過管道輸水至阜陽第四水廠（規(guī)劃中），向阜陽城區(qū)供水。輸水管道工程從阜陽加壓站施工至阜陽第四水廠，采用壓力管道輸水，全長4.83km，設(shè)計(jì)流量7.74m/s，雙管并排。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸水管道工過沙潁河段（樁號(hào)0+712.38～0+918.84）采用沉管法施工，沙潁河沉管工程平面、剖面詳見圖1。

圖1 沙潁河沉管工程平面位置示意圖

沉管工程共布置 A、B兩根DN1800mm鋼管（A管在上游側(cè)、B管在下游側(cè)），沉管垂直河道布置，兩管中心距離8m，管材為Q235螺旋焊接鋼管，壁厚22mm，沉管軸線距離長217m，單根管道總重量約220t。沉管下部鋪設(shè)15cm厚碎石（瓜子片）墊層找平，管道四周采用素土回填，回填至管頂以上0.5m，上部拋石厚度1.5m，最上部采用素土回填至原河底高程。管道中心高程為13.0m，槽底高程12.00m，水下溝槽土方開挖深度約6m。沉管工程回填斷面如圖2所示。

圖2 水下沉管工程斷面圖

2 工程施工條件

2.1 場內(nèi)外交通條件

2.1.1 場外交通

沉管工程位于阜陽市潁泉區(qū)，工程施工區(qū)域附近有 G105國道、S308、S202、S224、S305 省道及 X028 縣道，陸運(yùn)交通便利。

工程施工區(qū)域緊鄰沙潁河，沙潁河常年通航，上可至安徽亳州、阜陽和河南省周口等地，下通淮河，水路交通便利。

2.1.2 場內(nèi)交通

沉管工程施工便道采用40cm厚5%石灰改善土+20cm厚泥結(jié)碎石，路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，滿足重載通行需要。單車道的施工便道寬度4.5m，并設(shè)置錯(cuò)車道，錯(cuò)車道設(shè)置在視野開闊地段，間距不大于500m。

2.2 水文條件

潁河，是淮河流域北側(cè)的一條重要水系，發(fā)源于河南省西部的外方山及伏牛山山脈，全長620km，在安徽省淮南市壽縣正陽關(guān)附近匯入淮河，是淮河最大的支流。穎河沉管施工部位兩岸灘涂地面高程 30.50～32.50m，水面高程28.00m左右，水位常年穩(wěn)定，河道水流較平緩，河底高程28.00m，水深約10m，常年為通航狀態(tài)，航道規(guī)劃等級(jí)為III級(jí)。

2.3 工程地質(zhì)

沉管穿越潁河段涉及地層有第②1層輕粉質(zhì)壤土、第②2層重、中粉質(zhì)壤土、第④層輕粉質(zhì)壤土。第②2層重、中粉質(zhì)壤土呈可塑狀態(tài)，屬弱透水性，抗沖刷能力一般；第②1層輕粉質(zhì)壤土、第③層粉細(xì)砂、第④層輕粉質(zhì)壤土呈松散～稍密狀態(tài)，屬弱～中等透水性，抗沖刷能力差。根據(jù)地勘報(bào)告，穎河地質(zhì)情況詳見圖3。

圖3 穎河地質(zhì)剖面圖

3 施工方法

3.1 工藝流程

水下沉管工程主要工作內(nèi)容包括鋼管組裝焊接、水下溝槽開挖、水下瓜子片碎石鋪設(shè)、鋼管拖運(yùn)就位、鋼管注水下沉、水下鎮(zhèn)墩混凝土澆筑、素土回填、拋石回填等，施工工藝流程詳見圖4。

圖4 沉管工程施工工藝流程圖

3.2 鋼管加工生產(chǎn)及運(yùn)輸

3.2.1 鋼管生產(chǎn)

鋼管管節(jié)為工廠生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長度12m，委托有相應(yīng)生產(chǎn)資質(zhì)的專業(yè)廠家進(jìn)行制造，確保管節(jié)的材料、規(guī)格、壓力等級(jí)、加工尺寸等符合設(shè)計(jì)及驗(yàn)收規(guī)范要求。

3.2.2 鋼管運(yùn)輸

①鋼管運(yùn)輸采用陸運(yùn)運(yùn)至施工現(xiàn)場。

②運(yùn)輸成型的管節(jié)時(shí)，在管節(jié)內(nèi)加設(shè)內(nèi)支撐。另鋼管安放在鞍形支座或加墊木梁上，以保護(hù)管節(jié)及其坡口免遭破壞。

③管道運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后采用汽車起重機(jī)吊放至鋼管臨時(shí)存放區(qū)域，鋼索捆扎吊運(yùn)鋼管時(shí)，在鋼索與鋼管接觸部位加設(shè)軟墊，避免損壞涂層。

3.2.3 鋼管組焊

3.2.3.1 焊接基礎(chǔ)軌道布置

①鋼管焊接施工前，沿河岸邊布置軌道作業(yè)平臺(tái)，間隔40cm放置1根路枕，并在其上安置2根平行軌道，軌道按15%的坡度坡向水面，兩根軌道在同一垂直斷面上的高程誤差不大于2mm。

②用平板運(yùn)輸車將已防腐完成的合格管材運(yùn)至現(xiàn)場，由汽車起重機(jī)將其依次放置在焊接平臺(tái)上。

3.2.3.2 焊接

①坡口打磨

施焊前，用手提式砂輪機(jī)將坡口及其兩側(cè)10～20mm范圍內(nèi)的表面清除干凈，將坡口表面的熔渣、毛刺等打磨掉，確保在距坡口內(nèi)、外20mm范圍內(nèi)不得有油漆、毛刺、銹斑、氧化皮及其他對(duì)焊接質(zhì)量有害的物質(zhì)，以使坡口表面平整，并露出金屬光澤。

②焊口組對(duì)

a.鋼管組對(duì)安裝前，對(duì)口人員再次復(fù)核管材壁厚、防腐層規(guī)格及坡口加工質(zhì)量，管節(jié)應(yīng)逐根測量、編號(hào)，宜選用管徑相差最小的管節(jié)組對(duì)焊接。

b.鋼管對(duì)口采用汽車起重機(jī)吊裝，調(diào)準(zhǔn)上下和平整，進(jìn)行對(duì)口校對(duì)，檢查合格后方可進(jìn)行點(diǎn)焊。

c.焊口禁止強(qiáng)力組對(duì)，更不允許用熱膨脹法對(duì)口，以防引起附加應(yīng)力。

d.焊件組裝時(shí)，應(yīng)將待焊管子（件）墊置牢固，以防止在焊接和熱處理過程中發(fā)生變形和附加應(yīng)力。

e.管子或焊件對(duì)接焊縫組對(duì)時(shí)，內(nèi)壁錯(cuò)邊量不應(yīng)超過母材厚度的10%，且不應(yīng)大于2mm。管道對(duì)口應(yīng)檢查對(duì)口接頭各部尺寸，全部符合要求后即可進(jìn)行定位焊固定，拆除外對(duì)口器再全面施焊。

③定位焊

定位焊時(shí)除其焊接材料、焊接工藝等應(yīng)與正式焊接相同外，還應(yīng)滿足下列要求：

a.定位焊應(yīng)能保證焊縫在正式施焊過程中不致開裂，其長度宜為10～15mm，高宜為 2～4mm，且不超過壁厚的2/3。定位焊縫兩端應(yīng)修磨成緩坡狀。

b.定位焊不得有裂紋及其他缺陷，如有缺陷應(yīng)徹底磨除重新進(jìn)行定位焊。

④打底

鋼管焊接采用多層多道焊進(jìn)行逐層焊接，其中氬弧焊打底的焊層厚度不小于3mm，坡口焊縫打底焊道允許最大厚度為6mm。

⑤填充蓋面

填充蓋面采用半自動(dòng)藥芯焊絲自保護(hù)焊，平焊各層焊縫的允許最大厚度為3mm，立、橫、仰焊為4mm。焊口為單面V型坡口，正面焊縫在管外壁。

⑥焊口清理

焊口焊完應(yīng)進(jìn)行清理，立即去除殘?jiān)帮w濺物，清理干凈焊縫表面，然后進(jìn)行焊縫外觀檢查。

3.2.3.3 現(xiàn)場防腐

①外防腐

外防腐采用涂刷環(huán)氧底漆120μm～150μm，干燥后進(jìn)行纏繞熱收縮套，以確保管道防腐的連續(xù)性。

②內(nèi)防腐

內(nèi)防腐采用內(nèi)襯不銹鋼焊接免修補(bǔ)技術(shù)，管端接口內(nèi)襯不銹鋼板寬120mm，厚度1.5mm，材質(zhì)為不銹鋼（304）。

3.2.4 壓力試驗(yàn)

鋼管拼裝焊接完成后，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)，壓力鋼管試壓壓力為1.0MPa，合格后方可進(jìn)行管節(jié)接口的防腐處理和沉管鋪設(shè)。

3.2.5 溝槽開挖

①兩岸陸上開挖

兩端岸上開挖采用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，開挖時(shí)注意保證基槽軸線位置準(zhǔn)確，陸地開挖出的土根據(jù)實(shí)際情況存以后用。兩岸要開挖形成扇面，為鋼管水平翻轉(zhuǎn)提供作業(yè)空間，保證管道旋轉(zhuǎn)空間。

②水下溝槽開挖

由于河床土層松軟，水下溝槽開挖采用長臂挖掘機(jī)，把基槽內(nèi)的泥土裝到平板駁船上，泥土利用自航泥駁船運(yùn)走，泥土運(yùn)至岸邊裝車送至指定的棄土場。

由于基槽的開挖是在水下進(jìn)行，具有很大的不可見性，要經(jīng)常下水對(duì)基槽開挖情況進(jìn)行檢查，對(duì)開挖情況進(jìn)行適時(shí)的調(diào)整，以保證基槽開挖質(zhì)量。

3.2.6 碎石墊層鋪設(shè)

溝槽碎石墊層整平采用平板駁船進(jìn)行，由駁船進(jìn)行拋填，溝槽內(nèi)鋪設(shè)0.15～0.2m厚瓜子片碎石，最后由水面控制測量，用高壓水泵進(jìn)行吹掃，用紅外線探測儀進(jìn)行平整度檢測。

3.3 鋼管沉放

3.3.1 定位樁施工

為確保鋼管在水面精確定位，漂浮過程中不產(chǎn)生位移，提前施工定位樁。因考慮河道為通航河道，為避免對(duì)過往船只的影響，在兩岸往河中心30m位置設(shè)置定位井架（5m×5m），井架由4根Φ160mm鋼管組成，打入河床中5m，井架露出水面2m，井架露出水面部分采用槽鋼進(jìn)行焊接，防止鋼管在水中晃動(dòng)，沉管完成后井架立即拆除。

因有A、B兩根鋼管，井架在A、B兩管中間位置，如圖5所示。

圖5 定位樁示意圖

3.3.2 鋼管水上浮運(yùn)

①鋼管采用整體水面浮運(yùn)法，兩端封閉的管段浮在水面上，利用船舶進(jìn)行拖航。

②當(dāng)鋼管拖至河面2/3時(shí)，應(yīng)減慢拖管的速度，應(yīng)隨時(shí)根據(jù)水流方向控制管段在水中的浮運(yùn)狀態(tài)，利用尚有的水流慢慢將管流至對(duì)岸，此時(shí)的拖輪應(yīng)控制鋼管橫管的速度。拖運(yùn)管段的控制纜點(diǎn)應(yīng)根據(jù)管段受力計(jì)算數(shù)據(jù)布置，使管段在浮運(yùn)過程中受力均勻。

③水平劃弧線：當(dāng)管道浮運(yùn)至管設(shè)計(jì)中心線附近，先將管道一端牽引至中心線定位、固定，再將管道在水面上水平旋轉(zhuǎn)至管線中心的過程（如圖6所示）。

圖6 鋼管水面水平旋轉(zhuǎn)示意圖

④當(dāng)鋼管整體浮運(yùn)所承受浮力不足以使管漂浮時(shí)，在管兩旁系結(jié)剛性浮筒、柔軟浮囊等。

3.3.3 穩(wěn)管定位

管道拖運(yùn)就位后，利用岸邊設(shè)立的三個(gè)手拉葫蘆，分上下及軸線調(diào)整，確保管道準(zhǔn)確定位于中軸線上，直至鋼管完全處于基槽上方。把管段與定位樁鎖牢，以清除鋼管的橫向撓度，同時(shí)消除水流對(duì)管道的漂移作用，防止發(fā)生位移。

3.3.4 鋼管注水沉放

①管道注水

當(dāng)定位完成后，打開兩管端的排氣閥，打開進(jìn)水口，用1臺(tái)潛水泵由管道一端向管內(nèi)注水，并各設(shè)水表一塊，計(jì)量注水量，做好注水量記錄，另一端排氣。在進(jìn)行管道注水過程中，同時(shí)進(jìn)行排氣工作，直到水平段的空氣全部排出，然后調(diào)整平衡，繼續(xù)注水。

②垂直翻轉(zhuǎn)

將折線管道兩端點(diǎn)固定，由漂浮在水面上的狀態(tài)，通過控制注水量和調(diào)節(jié)吊力，使管道圍繞兩個(gè)端點(diǎn)在水中垂直旋轉(zhuǎn)至管中線位置。

③管道垂直下沉

管道下沉采用整體吊沉法。管道下沉前，設(shè)兩條吊車船，分別吊住管道兩端位置。根據(jù)現(xiàn)場場地和管道長度設(shè)置合理的吊點(diǎn)，保證管道在下沉過程中的平衡，有效地控制鋼管下沉?xí)r的彎曲應(yīng)力。

根據(jù)管道兩端的排氣情況，分多次指揮各吊船放松鋼絲繩，使鋼管逐漸下沉，每次下沉0.2m。管道在進(jìn)水時(shí)，各吊點(diǎn)對(duì)管道略有吊力，隨著水不斷灌入，所有吊點(diǎn)同時(shí)松繩使管道逐漸下沉，各吊點(diǎn)同時(shí)不斷進(jìn)行調(diào)整，以保證各吊點(diǎn)的合理分布。

下沉過程中務(wù)必控制下沉速度，不得過快也不得過慢，要均勻有效，自然沉放的管道通過控制進(jìn)水和排氣的速度，利用各吊點(diǎn)的起吊力來控制管道下沉的速度。同時(shí)各施工人員應(yīng)相互協(xié)調(diào)，使管道均勻下沉，使管道受力控制在容許范圍內(nèi)。管道下沉應(yīng)均勻、平穩(wěn)，無軸向扭曲、環(huán)向變形和明顯軸向突彎等現(xiàn)象。應(yīng)及時(shí)做好注水量、吊力、沉放量、管位測量等沉管記錄。

3.3.5 鋼管臨時(shí)固定措施

鋼管水下沉放就位后，澆筑水下混凝土及回填前為防止鋼管上浮或移動(dòng)，需采取以下措施對(duì)水下鋼管進(jìn)行臨時(shí)固定：

①鋼管內(nèi)水不得外排，依靠鋼管的自重防止鋼管上??；

②在鋼管水上斜管段位置與水中定位樁連接，防止管道位移。

3.4 水下混凝土澆筑

沉管施工完畢后經(jīng)檢驗(yàn)合格后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行水下鎮(zhèn)墩澆筑，固定水下兩個(gè)轉(zhuǎn)角，以防止管道偏移軸線、管道起拱，避免對(duì)已入槽管道擾動(dòng)，鎮(zhèn)墩施工完畢后再對(duì)溝槽及時(shí)覆土回填。

3.5 管道周圍素土回填

水下鎮(zhèn)墩混凝土施工完畢后開始進(jìn)行溝槽回填，進(jìn)行管側(cè)、管上土方回填固定管道（回填區(qū)域詳見圖7），水下部分素土回填由挖泥船配合駁船完成。

圖7 溝槽底部素土回填示意圖

3.6 拋石回填

管道周圍素土回填后，將事前準(zhǔn)備好的塊石裝在平板駁船上，由平板駁船將塊石裝運(yùn)到溝槽上方。拋填前在河道上沿管道中心線拉設(shè)一根繩索，施工運(yùn)輸船停置于繩索近旁，但不能碰觸管道吊裝鋼纜。拋錨定位，根據(jù)現(xiàn)場條件，采用定點(diǎn)定量拋填的方法進(jìn)行拋填作業(yè)。

3.7 溝槽回填土

拋石回填至15.90m高程后，由挖泥船從原堆土區(qū)或取土場挖泥裝駁，根據(jù)管道中心線標(biāo)志、基槽邊線標(biāo)志進(jìn)行拋填，直至達(dá)到原河床標(biāo)高，回土完畢再由潛水員進(jìn)行水下檢查。

3.8 水壓試驗(yàn)

①充水時(shí)，在其最高處應(yīng)設(shè)置排氣管閥，加壓前必須排氣。

②加壓時(shí)應(yīng)分級(jí)加載，加壓速度不宜大于0.05MPa/min，先緩緩升至工作壓力保持30min以上，此時(shí)壓力表指針應(yīng)保持穩(wěn)定，沒有顫動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)鋼管進(jìn)行檢查，情況正?？衫^續(xù)加壓，升至最大試驗(yàn)壓力保持30min以上，此時(shí)壓力表指示的壓力應(yīng)無變動(dòng)，然后下降至工作壓力保持30min以上。

3.9 監(jiān)測監(jiān)控

確保精確地測量定位，在進(jìn)行管道下沉過程中，要進(jìn)行動(dòng)態(tài)校核。精確測量觀察并合理控制管道下沉幅度和速度，隨時(shí)了解沉放過程中鋼管的變形情況，當(dāng)應(yīng)力出現(xiàn)異常情況時(shí)，及時(shí)調(diào)整各吊點(diǎn)的沉放量及采取其他措施，保證管道不出現(xiàn)裂縫和突發(fā)性斷裂。

在下沉過程中，跟蹤測量，及時(shí)調(diào)整鋼管的下沉位置，根據(jù)水面高程及測繩的讀數(shù)來測量控制沉管下沉的速度及平衡，保證沉管下沉到位。在管道有序地沉放過程中，進(jìn)行管中線與基槽軸線校正的測量監(jiān)控工作。

施工期間加強(qiáng)監(jiān)測，設(shè)立臨時(shí)水位、流速觀測站，加強(qiáng)對(duì)水文參數(shù)的監(jiān)測。

3.10 檢查驗(yàn)收

沉管基槽浚挖及管基處理應(yīng)符合下列規(guī)定。

①主控項(xiàng)目

a.沉管基槽中心位置和浚挖深度符合設(shè)計(jì)要求；

b.沉管基槽處理、管基結(jié)構(gòu)形式應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

②一般項(xiàng)目

a.浚挖成槽后基槽應(yīng)穩(wěn)定，沉管前基底回淤量不大于設(shè)計(jì)和施工方案要求，基槽邊坡不陡于本規(guī)范的有關(guān)規(guī)定；

b.管基處理所用的工程材料規(guī)格、數(shù)量等符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

在我國，隨著社會(huì)的發(fā)展，跨越江河的管道也會(huì)增多，在內(nèi)河航運(yùn)河道上安裝水下埋管的優(yōu)越性將會(huì)突出地表現(xiàn)出來，并必將促進(jìn)水下管道工程的建設(shè)，從而推動(dòng)水下管道建設(shè)技術(shù)的發(fā)展。本工程沉管作業(yè)已按期順利沉放到位，效果良好。記述的沉管工藝方法，希望能為類似水上沉管施工作業(yè)提供些許的借鑒。