1 工程概況

本工程為大學(xué)路過可利江段DN1 000 給水管連通工程，該段DN1 000 給水管管道總長約410 m， 管道走向?yàn)闁|西走向，過江管段采用沉管施工，岸上綠化帶及市政道路采用開挖施工。 DN1 000 管施工完畢后，連通原有D500 給水管，并設(shè)置閥門控制水流。 本工程北側(cè)設(shè)計(jì)敷設(shè)φ1020mm×12 mm 螺旋焊縫鋼管，管道長度約210 m。

經(jīng)鉆探查明，場地內(nèi)的巖土層主要為填土、淤泥、黏性土、碎石土，其中填土及具脹縮性黏性土為特殊土。 在勘察深度范圍內(nèi)，場地內(nèi)有兩層地下水，即上層滯水及孔隙潛水。

2 施工工藝技術(shù)

擬建給水過江管道采用沉管施工，管材為Q235B 螺旋焊縫鋼管，壁厚12 mm，給水主管管徑DN1 020 mm，總長410 m；其中φ1 020 mm×12 mm 螺旋焊接鋼管水下管長210 m， 岸上管長200 m。

由于本工程水下開挖較淺，水下開挖深度超過3.5 m 左右，擬投入組合式反鏟挖泥船進(jìn)行水下管槽開挖，管槽開挖完成后進(jìn)行水下基槽整平，過江管道吊裝下沉就位埋設(shè)，河岸段管道管槽回填雜砂石至路基底面，并按現(xiàn)狀恢復(fù)路面，河床段管道管槽回填圓礫至管頂設(shè)計(jì)高度后，再回填賓格石籠壓實(shí)。

2.1 工程施工測量

為了保證施工控制網(wǎng)的準(zhǔn)確性， 在工程施工過程中設(shè)置了測量控制網(wǎng)， 每個(gè)控制點(diǎn)在施工過程中分別是一個(gè)永久坐標(biāo)樁和一個(gè)水平參考點(diǎn)樁。 控制點(diǎn)作為測量控制和校正管道的軸線和標(biāo)高，保證工程施工質(zhì)量。

業(yè)主單位首先提供測區(qū)內(nèi)原基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線的基本數(shù)據(jù)，經(jīng)檢查驗(yàn)收后提交監(jiān)理工程師審批確認(rèn)， 建立和部署平面控制系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。

水下管槽開挖前，用GPS 標(biāo)記軸線，在岸邊設(shè)導(dǎo)桿，在水面拋出浮標(biāo)，作為施工船開挖平面位置的依據(jù)，在水邊設(shè)置水尺，作為測量控制各段高程的依據(jù)。 在管槽開挖時(shí)，水深測量必須持續(xù)進(jìn)行，只有不間斷跟蹤測量，才能保證管槽的開挖質(zhì)量。

2.2 水下管槽開挖施工技術(shù)

2.2.1 水下管槽開挖施工流程

水下管槽開挖施工流程如圖1 所示。

圖1 水下管槽開挖施工流程圖

2.2.2 反鏟挖泥船施工方法

水下管槽土石方采用反鏟挖泥船開挖，采用40 m3開體泥駁船裝、運(yùn)、卸。 水下清碴施工關(guān)鍵是挖泥船的移船定位、浚深控制作業(yè)。 反鏟挖泥船在施工中采用定位樁控制平面位置，在施工水域用全站儀定位反鏟挖泥船，設(shè)放定位樁。 在挖泥船施工過程中，挖掘時(shí)要檢測挖掘后的水深。 挖泥船操作員根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整鏟斗的位移和深度，并采用測深儀進(jìn)行測量，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。

為了控制施工質(zhì)量， 大功率反鏟挖泥船應(yīng)采用了條形開挖的方法。條帶寬度根據(jù)挖掘機(jī)的實(shí)際開挖能力確定。在施工過程中，根據(jù)每個(gè)開挖區(qū)域的實(shí)際范圍確定條帶數(shù)，并確保每個(gè)條帶截面之間以及斗與斗之間有一定的重疊， 以避免遺漏開挖。 挖掘機(jī)的開挖深度由斗臂上的刻度控制。 當(dāng)開挖完成后，即用GPS 定位儀和測深儀自測驗(yàn)收。 對欠挖部位組織反鏟挖泥船清除，直至完全合格。

2.2.3 開挖后淤泥黏土上岸的施工方法

根據(jù)項(xiàng)目的地形情況， 水下開挖的全部淤泥及黏土通過泥駁船運(yùn)到上游2.0 km 處管道預(yù)制場地的岸邊上岸， 在管道預(yù)制場進(jìn)行曬干，曬干后由挖掘機(jī)裝車，通過施工便道再轉(zhuǎn)運(yùn)至工程后方業(yè)主指定的地點(diǎn)堆放。

2.3 水下管槽整平施工技術(shù)

水下管槽開挖完畢后， 使用超聲波回聲探測儀對水下管槽進(jìn)行探測。 當(dāng)深度和寬度滿足設(shè)計(jì)要求后，水下管槽就可以進(jìn)行整平施工。

根據(jù)設(shè)計(jì)斷面拋設(shè)砂礫石墊層對水下管槽進(jìn)行整平。 砂礫石采用漏斗或串筒駁船拋卸， 潛水員按設(shè)計(jì)要求的高程在水下進(jìn)行細(xì)平工作，整平的具體做法如下。

1）由潛水員在水下根據(jù)測量的結(jié)果和實(shí)際勘探的水下管槽情況， 指揮水上工作人員配合潛水員對水下管槽通過導(dǎo)管進(jìn)行拋填砂礫石。 拋填的砂礫石應(yīng)比設(shè)計(jì)的整平頂面高度稍高，然后潛水員沿著水下管槽的中心線推動(dòng)刮尺，以便將較高的部分刮平。 潛水員在尺子旁來回走動(dòng)，發(fā)現(xiàn)水下管槽底部有低凹部位就通過連接導(dǎo)管與安裝在船上的漏斗，將砂礫石（墊料需滿足設(shè)計(jì)要求，最大粒徑不得超過10 mm）卸到水下管槽的低凹位置， 補(bǔ)填處砂墊層的頂部標(biāo)高與刮尺的底部標(biāo)高要一致，由潛水員做好控制，一直到基床平整后的平整度達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。

2）水下管槽底墊層鋪墊厚度及材料規(guī)格要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，墊層底標(biāo)高不能高過設(shè)計(jì)管道底高程值，鋪墊時(shí)通過測量人員測量來控制墊層頂標(biāo)高。 水下管槽底整平后，用測深儀測量和潛水員水下相結(jié)合檢查整平情況， 如發(fā)現(xiàn)模糊或可疑部位，應(yīng)進(jìn)行抽查檢查。 派潛水員找到對應(yīng)的位置，給潛水員鐵卡尺，讓潛水員放在可疑的位置，用全站儀確定位置，并檢查回填后的高度。 如果高于底部標(biāo)高，則由潛水員進(jìn)行清理；如果低于底部標(biāo)高，則由潛水員進(jìn)行填充，直至達(dá)到水下管槽的總體設(shè)計(jì)要求為止。 檢查后若工程區(qū)域水下能見度良好，可進(jìn)行水下攝影，并由專家對水下平整結(jié)果進(jìn)行評定，直至符合設(shè)計(jì)要求評定合格為止。 然后向監(jiān)理單位提交水下管槽的驗(yàn)收報(bào)告，驗(yàn)收通過后，方可進(jìn)行后續(xù)的施工作業(yè)。

2.4 管道防腐焊接預(yù)制施工技術(shù)

2.4.1 管道防腐

管材采購成品管段為12 m/節(jié)，管道在工廠進(jìn)行除銹、防腐處理，現(xiàn)場僅做管節(jié)接口的除銹、防腐處理，并符合設(shè)計(jì)及GB 50126—2008《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程施工規(guī)范》[1]的要求。

2.4.2 管道分段焊接施工

成品管道防腐后，在管道裝配現(xiàn)場采用吊車輔助焊接。 在焊接之前，應(yīng)對進(jìn)料管的外觀進(jìn)行重新檢查，查看管道在運(yùn)輸過程中是否造成防腐層損傷或管道變形等缺陷。 鋼管焊接采用手工電弧焊，焊接施工前，要把電焊作業(yè)人員資格證、焊接設(shè)備資料和焊接作業(yè)工藝等報(bào)監(jiān)理工程師審批， 并由合格的焊工執(zhí)行。

焊接前應(yīng)除去焊縫鐵銹、油漆、油污、雜質(zhì)等，當(dāng)溫度較低時(shí)用乙炔火焰清洗鐵銹，手持電動(dòng)砂輪機(jī)清洗根部。 仔細(xì)清理焊縫底部的熔渣，焊后應(yīng)打磨焊縫，對不規(guī)則焊縫進(jìn)行修整。經(jīng)過外觀檢查和內(nèi)部檢驗(yàn)合格后， 應(yīng)及時(shí)對焊縫接頭外部進(jìn)行防腐，要求與成品管防腐相同。 這樣反復(fù)進(jìn)行，直到裝配好所需的管段長度為止。 長管段裝配完成后，兩端焊接封板，封板焊好后開孔設(shè)置排氣管、進(jìn)水管及閥門。 同時(shí)要做好管道拖運(yùn)準(zhǔn)備工作和措施，然后等管道接口防腐層固化后，將鋼管吊入水中。

2.5 過江管道分段焊接、下水、水上對接施工技術(shù)

2.5.1 過江管道焊接制作

本工程水下管長210 m， 受可利江兩岸岸線縱深不夠影響，過江管需分為3 段進(jìn)行預(yù)制組裝，分段預(yù)制管長度分別為70 m、80 m、60 m。

預(yù)制場地主要為過河鋼管的焊接成型、檢驗(yàn)與試驗(yàn)而設(shè)。預(yù)制場地選在可利江右岸靠江易將管道吊至水面對接的地方，需要提前對地坪進(jìn)行整平加固，滿足鋼管預(yù)制及下水地坪不下沉要求。 預(yù)制場地尺寸為60 m×80 m。

2.5.2 管道下水

管道焊接、防腐和壓力試驗(yàn)后，可在管道底部設(shè)置多個(gè)滑動(dòng)滾筒，每根管道可由多臺浮吊或卷揚(yáng)機(jī)拉至水面，管道在水上漂浮拖運(yùn)和吊放至管槽的作業(yè)中， 鋼絲繩必須綁在提升環(huán)（吊耳）上，嚴(yán)禁將鋼絲繩直接系在管體上，以免防腐層受損。

2.5.3 管道水上對接

管道分段焊接組裝后， 用密封板將各分管段的兩端暫時(shí)密封，然后拖至水面。 由于跨江管道由3 段組成，共兩個(gè)接口，需要在河道水面進(jìn)行管道對接，并進(jìn)行整體下沉。 針對這種情況，采用一種新型的水面焊接方法——浮箱水面焊接法，也就是根據(jù)管道的外徑預(yù)先設(shè)計(jì)一個(gè)帶蓄水池和排水泵的鋼制浮箱（浮箱焊接平臺為圓形箱體，直徑1.8 m，底板、環(huán)板均采用厚度12 mm 左右的鋼板，頂部敞開），將需要連接的管道兩端拼對在一起，浮箱內(nèi)裝滿水，用吊船將浮箱固定在管道連接口的中間，然后將浮箱內(nèi)的排水泵開啟進(jìn)行排水，使浮箱浮起來托住管道接口位置，等水抽干后就可在浮箱內(nèi)進(jìn)行焊接作業(yè)，焊接完成后對接口進(jìn)行防腐處理。

整個(gè)管道焊接組裝后，兩端仍然暫時(shí)用密封板密封，兩端密封板上設(shè)置一個(gè)注水閘閥和兩個(gè)排氣閘閥。 按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求進(jìn)行整管氣壓檢測，經(jīng)專業(yè)監(jiān)理工程師見證檢測合格后，方可將整管充水并進(jìn)行沉管安裝。

2.6 沉管施工技術(shù)

2.6.1 船舶的選擇及吊點(diǎn)的確定

本次沉管施工采用船舶浮吊設(shè)備， 為保障沉管施工的安全，根據(jù)本次沉管管道自身重量，對浮吊船舶最大吊力進(jìn)行核算，并應(yīng)達(dá)到沉管施工的要求。

為了保證充水下沉和翻轉(zhuǎn)過程中整個(gè)管道不會(huì)受到破壞，需要安裝足夠的吊具。 在整個(gè)管道充水時(shí)，應(yīng)根據(jù)整個(gè)管道的長度和自重，以及下沉過程中對提升點(diǎn)的作用力，計(jì)算確定安全下沉和翻轉(zhuǎn)所需的浮吊數(shù)量和提升能力， 以保證管道的均勻受力，避免管道在充水下沉過程中受到破壞，管道每間隔約70 m 設(shè)一艘起吊船，通過起吊船定位使管道置于管槽軸線的水面上，本次沉管施工共設(shè)置5 個(gè)吊點(diǎn)（左、右兩岸各一個(gè)A 型支架，河中3 處浮吊），各吊點(diǎn)布置圖如圖2 所示。

圖2 沉管各吊點(diǎn)船機(jī)平面布置圖

為了預(yù)防大風(fēng)天氣情況下， 確保整個(gè)船隊(duì)不被大風(fēng)吹散偏移，方案在3#起吊點(diǎn)和4#起吊點(diǎn)處分別配置船舶，并前后配置大鐵錨，以穩(wěn)定整個(gè)船隊(duì)。

2.6.2 整管橫管作業(yè)

大部分的吊船應(yīng)該在橫管作業(yè)時(shí)錨定并就位， 橫管時(shí)間需根據(jù)水文氣象資料選定， 宜在江面水流較平緩并在其轉(zhuǎn)流前1 h 開始作業(yè)。 先將管道的西端用吊車固定，保持管端與河堤之間有一定的安全距離， 避免管端的管件在橫管作業(yè)時(shí)損壞。 然后用一艘29.4 kW（40 馬力）的拖輪把鋼管的西端從右岸朝左岸拖行，當(dāng)整管被拖至河面的2/3 時(shí)，拖輪的速度應(yīng)該減慢，靠自然的水流使整管緩慢地流向左岸。

由于整管的水平長度超過兩側(cè)岸邊之間的距離， 不能使整個(gè)管道自然地橫于管槽上方。 當(dāng)整個(gè)管道的兩端即將接觸到兩側(cè)的岸邊時(shí)，應(yīng)暫停橫管作業(yè)。 指揮各吊船行駛到整管邊緣的吊點(diǎn)位置時(shí)，原地待命。 直到所有吊船的吊點(diǎn)與管道連接起來時(shí)，在總指揮的統(tǒng)一指揮下對管道施加預(yù)應(yīng)力，并根據(jù)各吊船的位置協(xié)調(diào)吊裝高度， 保持中直線管段的吊船處于預(yù)受力狀態(tài)，當(dāng)兩個(gè)管端的底部被提升到兩岸的高度時(shí)，方可繼續(xù)橫管作業(yè)，直到整管的兩端處于管道基槽內(nèi)。

2.6.3 管道注水自然沉放

1）定位：當(dāng)管道漂浮于管槽上方的水面時(shí)，在岸上設(shè)置3個(gè)手拉葫蘆，從上、下、軸向進(jìn)行調(diào)整，保證整管在管槽軸線上的正上方。 水面船舶采用吊環(huán)定位管道中部，兩岸設(shè)置兩臺全站儀配合協(xié)調(diào)精確定位。

2）注水：整條供水管道用起吊船橫在水面后，檢查各吊點(diǎn)和輔助吊點(diǎn)的吊鉤與吊耳之間、吊繩連接是否牢固，定位船只平面位置是否準(zhǔn)確。 為確保整管在注水下沉就位過程中的安全，使用的定位船必須錨穩(wěn)，以保證管道平衡有序逐步下沉就位。 完成準(zhǔn)備工作后，由現(xiàn)場總指揮下令向管內(nèi)注水沉管。 可用一臺每小時(shí)供水量60 m3的潛水泵（另安裝一臺備用）于右岸管端封板上的充水閘閥處充水， 同時(shí)打開兩岸管端封板上的排氣閥。

3）下沉：當(dāng)管道注水時(shí)，現(xiàn)場總指揮統(tǒng)一指揮各吊點(diǎn)對管道產(chǎn)生輕微的上升力， 管道吊點(diǎn)上升方向與水面形成90°角。注水后，管道下沉，其重力向下，吊點(diǎn)受力向上，管道在自重作用下自然下沉，避免管道翻轉(zhuǎn)。 并根據(jù)管道兩端的排氣情況，各吊船在統(tǒng)一指揮下分多次將吊繩放松，使管道緩慢下沉，每次下沉0.2 m 為宜。 在水不斷注入，管道逐漸下沉的過程中，各吊點(diǎn)要不斷進(jìn)行調(diào)整，以保證各吊點(diǎn)受力分布合理， 同時(shí)進(jìn)行管道中線與管槽軸線校正的監(jiān)控測量工作，并指揮各吊船移動(dòng)使整管對準(zhǔn)管槽軸線及兩岸起止點(diǎn)位置，直至符合設(shè)計(jì)要求。

4）入槽：管道的自然沉降通過控制注水和排氣速度，利用各吊點(diǎn)的提升力來控制管道下沉的速度。 須先將管道的彎曲部分注滿水，重心要向下與管道中線垂直，彎曲部分由南向北推進(jìn)，使整管自然下沉入槽。

2.6.4 管道試驗(yàn)

管道施工須按GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行試壓驗(yàn)收[2]，本工程設(shè)計(jì)施工圖過江段管氣壓試驗(yàn)壓力為0.6 MPa，試驗(yàn)壓力為1.0 MPa。

2.7 水下管槽回填及管線標(biāo)志施工技術(shù)

河岸段管道管槽應(yīng)回填雜砂石至路基底面， 并按現(xiàn)狀恢復(fù)路面。 河床段管槽回填圓礫 （粒徑不小于20 mm 且不大于40 mm）至管頂設(shè)計(jì)高度后，安放賓格石籠將管頂壓實(shí)。 管槽回填作業(yè)均可在江面上實(shí)施， 應(yīng)根據(jù)回填部位以及要求的不同填料，按設(shè)計(jì)斷面和分層厚度分別采用相應(yīng)的施工方法。

管溝回填所用材料采用船舶裝載運(yùn)輸至沉管水域， 然后由反鏟式挖泥船從貨船內(nèi)勾取或放入水下后拋填， 而最上層的原土回填則采用該段管溝開挖出的臨時(shí)寄存于可利江灘區(qū)水下的土方，同樣采取反鏟式挖泥船勾取、泥駁船裝載、駁運(yùn)和拋卸至管溝的施工方式。

管溝回填時(shí)，應(yīng)先將管道水下兩處彎頭進(jìn)行回填，且管溝回填時(shí)應(yīng)對稱回填，不能僅在兩管中間或一側(cè)進(jìn)行回填，即采用挖掘設(shè)備拋填或采用泥駁運(yùn)輸船拋卸時(shí)應(yīng)使船身垂直于管線，將回填部位同步均勻堆高，防止在一處過多拋填導(dǎo)致管道產(chǎn)生位移或變形。 管道回填應(yīng)自下而上分層拋填，即應(yīng)先同步回填兩管中間和管側(cè)、再進(jìn)行管頂回填。

管槽回填完成后，由潛水員對管槽進(jìn)行整平，然后進(jìn)行水下石籠回填施工。 為保證石籠的質(zhì)量， 石籠需在岸邊預(yù)制好后，由吊車吊裝至泥駁船，通過泥駁船運(yùn)輸至管道軸線上方，采用起吊船平衡的吊下水并由潛水員輔助安放就位， 每個(gè)石籠安放需緊密平行，上層的需與下層的交錯(cuò)擺放，石籠的長邊與水流方向一致。

工程竣工后， 在河岸上按規(guī)范設(shè)置管線標(biāo)志及禁止拋錨區(qū)域，以警示存在管道保護(hù)區(qū)，禁止在河底管道保護(hù)區(qū)內(nèi)從事挖砂、鉆探、打樁、拋錨、拖錨、底拖捕撈、張網(wǎng)、養(yǎng)殖或者其他可能破壞管道安全的水上作業(yè)。

3 結(jié)語