复杂条件下高精度排污管道过江沉管施工技术

覃瑞荣 孔德辅

广西建工第一建筑工程集团有限公司 广西 南宁 530001

水下施工有不确定性和施工盲区，水下特殊的水压，水下岩石爆破产生的振动、冲击、飞石等对周围环境影响较大，施工不易控制[1]。

过江管道工程主要为水上、水下施工作业，水下工程由于受到水位、地质等各种不利因素的综合条件影响，施工过程中受到难以预料问题的影响较多[2-4]，尤其是复杂地质条件下的水下管槽开挖施工、管道整体下沉就位安装，其施工技术值得研究。

1 工程概况

邕宁老城区控源截污改造工程新建邕高污水提升泵站压力过江管道工程，位于广西南宁市邕宁区五象大道八尺江大桥下游350 m处的八尺江水域，上游已建有大王滩、凤亭河等水库。

八尺江是邕江在邕宁区境内最大的支流，流域面积2 144 km2，年平均流量27.6 m3/s，河宽60～100 m，深10～15 m，河壁为泥沙，河床为粗砂、卵石、岩石，过江管道管径为1 000 mm，起止节点编号为J-26、J-36，管道长度为180 m，管材为Q235B焊接螺旋钢管，壁厚为14 mm。

2 重难点分析

1）水下管槽位于岩层，但是又不能使用爆破技术进行开挖。水下管槽开挖施工是一道关键的工序，其质量直接影响管道的安全运行和寿命。如何控制水下管槽基坑的底标高，并按设计要求完成水下开挖，这是本工程的一大难题。

2）整条管道配重下沉过程涉及多种应力共同作用，受力条件较为复杂，必须做好受力分析与合理的吊点布置，制定管道下沉安装具体实施方案，如何保证整管下沉精准安装就位和防止下沉过程管道被破坏，是本工程施工控制的重点。

3 施工过程控制要点

3.1 工艺流程

施工测量→管道除锈施工→管道防腐施工→管道的分段焊接与拼装施工→管道气密性试压→水下管槽砂卵石开挖施工→非爆破式水下管槽岩石开挖施工→水下管槽清理施工→水下管槽垫层抛设及整平施工→过江管道浮运下沉就位埋设→管道闭水试验→支墩、管道回填

3.2 施工要点

3.2.1 施工测量

建立平面控制网，对施工范围进行施工放线，根据高程水准基点引出高程控制网格点，确定管槽位置、宽度和深度，水下管槽开挖标高用测深仪检测。施工平面控制系统和高程控制系统各基点均采用混凝土基础将其固定并做好保护桩，防止控制基点发生位移及损坏，并做好明显的标志。

在管槽开挖前，将过河水管的埋设轴线标出，并在河道两岸设置导杆，在水面上每隔约30 m抛1个浮标，以此作为挖泥船进行管槽开挖的平面位置依据，并在过河管道轴线的河水边设立水尺1把，作为控制挖槽各断面标高的依据。

3.2.2 管道除锈、防腐施工

1）采用角磨机、钢丝轮清刷干净管道表面的铁锈、泥土、油渍等，去除金属表面缺陷。除锈等级达Sa2.5级，并保持30～80 μm的粗糙度。

2）用干布将管道清抹干净后，采用IPN系列互穿网络高分子防腐底漆和GZ-2新型高分子防腐涂料进行管道的防腐作业，底漆涂层结构为 两底两面 ，即2道IPN系列互穿网络高分子防腐底漆，总干膜厚度＞70 μm，2道系列互穿网络高分子防腐涂料，总干膜厚度＞300 μm。防腐处理必须在管道除锈后12 h内完成。

3）管道两端50～100 mm处，应待管道焊接完成并检查合格后，一起刷涂防腐涂料。

3.2.3 管道焊接与拼装施工

1）焊缝采用多层多道焊接，单层焊缝厚度应小于5 mm。每条焊缝宜一次性连续焊完，避免裂纹产生。

2）管道接口需加焊加强包箍和吊环，用于管道沉放，焊接钢管外壁的吊环数量应根据计算确定，应满足管道冲水下沉吊装与定位的需要。

3）管节端部应按设计坡口切割成形后才能焊接，管节端部内外电焊不少于3层。在管节两端加焊设置厚14 mm钢板条加强焊接缝，钢板条采用分层焊接。

4）每道焊缝必须100%经超声波探伤检查及外观检查，每个现场焊接接口做油渗试验及射线探伤。

3.2.4 管道气密性试压

钢管对接施工平台焊接拼装及全面防腐完毕后，即可按设计要求进行气压试验，管道试压值达到规范要求后，方可进行下一步工序施工。

3.2.5 水下管槽砂卵石开挖施工

1）水下管槽开挖前，做好工程地质、水文的调查，将输水管道穿越河底轴线的平面位置标出，并在两岸轴线处埋设明显的定位标志。

2）为了避免欠挖、漏挖和复挖的现象，应准确测量定位挖泥船，从而保证挖泥船落斗点及开挖断面位置的准确，提高水下管槽开挖效率，并保证水下管槽的开挖质量。

3）水下管槽的开挖应根据河段流速、流态、水位、管槽基层性质等因素，进行综合分析。开挖前，每隔50 m在水面上设置浮标以显示管槽中心线，并在两岸各设置水尺1把，作为各断面开挖标高的测量依据。砂卵石开挖边坡为1∶3，超深0.4 m，两边超宽各2 m。挖泥船施工示意如图1所示。

图1 挖泥船施工示意

4）水下管槽开挖过程中应当严格控制槽底标高，开挖完成后进行水下管槽检测。管槽超挖时，采用粗砂或砾石填补并整平，整平后及时下沉铺设管道，使管道均匀受力。

3.2.6 非爆破式水下管槽岩石开挖施工

水下管槽开挖施工是一道关键的施工工序，该工序技术及质量要求高，其质量的好坏直接关系到日后管道的安全运行和寿命。

1）在施工水域抛设主锚缆及八字锚缆，利用抛设的锚缆控制船位。主锚（前后主锚）钢丝缆长度约50 m，控制船舶纵向移动；八字锚（左右边锚）钢丝缆长度约50 m，控制船体左、右移位。锚缆设置如图2所示。

图2 施工船舶锚缆设置示意

2）管槽断面处水下岩石非常坚硬，采用特制的水下液压锤分段破碎岩石，每段长约50 m。当岩层开挖厚度大于1 m时，应进行分层开挖，分层厚度为0.5～0.8 m。按照梯形分层开挖，岩石开挖坡比为1∶0.5，每超深0.4 m，两边超宽各2 m。

水下岩石破碎前，首先测放开挖控制标，控制管槽轴线和边线，设立导标，标出挖槽平面位置。反铲破碎船采用 三缆法 定位，用锚缆法或带岸缆法实施。施工过程中设立施工水尺，水位高程由该断面上的水尺确定，由此确定施工作业区的深度，保证破碎开挖深度。

3.2.7 水下管槽开挖施工

挖泥船的移船定位、开挖控制作业是水下清渣的关键。采用抛设主锚缆及八字锚缆的方式对挖泥船进行平面位置控制，主锚缆用以控制船体上下移位，八字锚缆（或横锚缆）用以控制船体左右移位，锚位必须设浮标标志。采用分条分层的施工方法进行水下管槽开挖，分条宽约20 m。在2个分条之间要保证1～2 m的重叠部分。开挖过程中，需对开挖管槽进行监测，及时调整移位落尺、落斗深度。

开挖完成后采用超声波回声测深仪进行水下管槽检测，检测水下管槽的位置、深度、宽度，均满足要求后，对水下管槽抛设天然级配砂卵石并整平。

3.2.8 管道下沉、就位

1）管道焊接拼装、防腐及试压合格后，采用封板临时密封每段管道的两端。在管道的吊放、浮运过程中，禁止在管身上系钢丝绳，钢丝绳必须系在吊环上，防止损坏防腐层。

2）整根管道焊接拼装完后，两端采用封板临时密封，在两端封板上设置2个排气闸阀和1个注水闸阀，并按要求进行整管气压检测，检测合格后即可进行充水下沉、就位安装。

3）由于整根管道在注水下沉、翻转、就位的过程中，管道受力复杂，为防止出现个别吊点突沉而产生落体冲击力或扭力附加造成管道断裂或变形，保证整根管道下沉、翻转、入槽过程中均匀受力，必须配置足够的吊具，控制安全下沉翻转需要配置的浮吊数量与吊重能力。应根据整管自重、长度和下沉时各吊点的受力情况，合理布设吊点，并计算其承载能力，本工程管道吊点设置间隔约为30 m。

4）定位船必须采用超重锚固，保证管道平稳有序地逐步下沉就位。检查定位船平面位置、整根管道与管槽轴线位置准确无误，各吊点与管道之间的钢丝缆连接牢固后，方可注水下沉。使用1台供水量50～100 m3/h的潜水泵从管端封板注水闸阀处注水，并打开另一管端封板处的排气阀门。随着注入管道水量的增加，随时记录各吊点的下沉情况，各吊点应协调作业，逐步松缆使管道翻转、下沉。在沉管过程中，先下沉设计标高最低处的管道，必须严格控制管道的轴线位置，避免管道排气不顺畅、充水不均匀、下沉速度不同而引起的倾斜、偏位等问题。

5）在管道注水下沉过程中，以每充水10～30 m3为一个阶段，每完成一个充水阶段，应按照现场实际情况进行调整各吊点管道的标高。待管道翻转下沉至距离槽底1 m位置时，再次检查复核管道的平面位置准确无误后，继续充水下沉，直至整管下沉入槽就位。

3.2.9 支墩、管道回填

管道下沉就位后，检查调平。用砂砾石支垫管道底部，避免管道悬空。在水下管道转弯头处每间隔40～50 m设置一个稳管点，浇筑水下毛石混凝土进行稳管，有效避免了在水压试验过程中管道产生的变形和位移。稳管采用C25混凝土支墩，支墩尺寸为5.4 mh 3.0 mh 3.5 m。稳管后进行水压试验，本工程试验压力为1.0 MPa。

在管道按设计就位并试压合格后立即进行水下管槽砂卵石回填，抛填覆盖至管顶0.3 m以上，然后用机动驳船装运、抛填块石，抛填块石至原河床高程以下0.8 m，预留石笼压面的厚度。最后铁丝石笼压面至原河床高程，铁丝石笼以φ8 mm@400 mm作骨架、用φ3 mm@80 mm镀锌铁编织，规格为800 mmh 800 mmh 800 mm。

4 结语

复杂条件下高精度排污管道过江沉管施工技术的应用对提升工程的质量和施工效率有着非常重要的实际意义。通过工程实践，在复杂条件下过江沉管施工过程中引入水下液压破碎岩石、整管充水下沉施工技术，工程施工更加高效且有针对性，工程质量进一步提高，施工效果良好，具有较高的应用推广价值。