沉管施工法在污水干管工程中的应用

摘 要：本文结合沉管施工法在污水管道穿越南京秦淮新河工程的实例，阐述了沉管施工中的施工工艺和技术控制要点，以供同类工程借鉴。

关键词：沉管 污水管道 质量控制

中图分类号：TU712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0074-01

1 工程概述

宁丹路南段污水管道是南京城东污水处理厂三期污水收集系统工程的组成部分，主要收集铁心桥南部片区污水并输送至城东污水处理厂，管道采用D1000钢筋混凝土管道顶管施工。该管道需在铁心桥西侧穿越秦淮新河，根据前期调查和工程勘察报告显示，秦淮新河为人工河道，河床底部为中风化安山岩，顶管施工极为困难。设计单位将过河段管道调整为2根DN630钢管并排铺设，单根管道长度127 m，间距500 mm，采用沉管施工法。根据河道管理部门要求，管顶埋深在河床以下2 m，施工期为枯水期，水深约5.5 m。

2 施工工艺

本工程施工工艺流程如下：施工准备→测量定位→基槽浚挖→水下岩石爆破→基槽清理修整→钢管陆上焊接→水上浮运→管道吊装定位→注水下沉→稳管回填→岸坡段管道连接→护坡基坑回填。

2.1 基槽浚挖

根据岩土工程勘察报告和设计文件，钢管穿越河床段所处岩层为中风化安山岩，属较硬岩，需爆破作业。拟爆破岩层顶面宽10.7 m，淤泥层厚约0.8～1.5 m，爆破作业前先对拟爆破段河床底部淤泥疏浚，挖除抛石护底和块石护坡。针对本工程现状，水下基槽开挖采用了加长臂水上挖掘船。由于是水下作业，为尽量减少回淤量，水下基槽浚挖淤泥边坡按1∶4放坡，浚挖端面顶宽约17～23 m。开挖前在两侧岸坡上设置四对测量标杆，作为挖泥船浚挖淤泥断面控制边线，开挖过程中经常测量复核，以便更好控制开挖断面。基槽底部挖到岩层面，淤泥直接装船运往管理部门指定弃淤场。因航道较窄，淤泥浚挖前必须征得海事、航道管理部门许可，施工期航道半幅封闭。

2.2 基槽水下爆破

委托专业爆破工程单位拟定爆破专项方案，根据设计要求和实测的岩层顶面高程，对爆破孔位和用药量进行验算，确保基槽深度、宽度和坡度的要求。分两段实施爆破，先采用钻孔船进行钻孔，钻孔船船身宽5 m，桩平台超出船体1.5 m，总宽不超过7 m，钻孔船自带四脚支撑固定船体。钻孔清孔完成后，潜水员水下填放炸药，分段爆破到位。爆破方案需提前取得公安部门行政许可，且每次爆破前需地方海事管理部门配合，对本段河道进行封航，同时做好周边大桥、河堤等构筑物的沉降和位移监测

2.3 基槽清理

本工程分两段爆破，爆破一段清理一段，跟踪测量验收，绘制断面图，分段清理时，采用加长臂水上挖掘船，除将基槽内爆破残渣清理干净外，基槽两侧边坡仍需重复清理，防止爆破作业时大量飞石溅落两侧。

清理作业全部结束后，对整段基槽底高程和底宽进行测量复核。测量时用20 mm厚钢板制作测量平台，宽2.7 m，四周弧形上翘，钢板中间垂直焊接25 mm螺纹钢，钢身用多种彩漆做好刻度标识，露出水面2 m以上，顶端带弯钩。在河道两侧架设两台2 t卷扬机，将钢板放进基槽底部，来回拖拽，测量船同步跟进，同时测量爆破后基底高程。发现障碍物时，潜水员下水详细检查，若发现有局部有岩石突出，影响管道安放，爆破组需根据障碍情况，拟定爆破方案，实施二次爆破。

2.4 基槽基础回填整平

基槽清理完毕验收合格后，对河床段基槽立即实施回填作业，回填材料为3∶7粗砂碎石，采用船运至基槽上方，由潜水员在水下人工配合导管进行粗砂碎石垫层的铺设和整平。回填由一端向另一端逐步推进，运输下料船移位不得过大，尽量减少补填工作量。

2.5 钢管焊接

本次过河钢管较长，采取一根水下钢管一次性焊接成型，一次性下沉的方式。沉管所在地两侧岸坡较陡，因此在河道上游选取一块自然滩地作为焊接场地，搭设焊接平台。由于管道较长，本工程将厂家订制的6m长钢管运输至焊接平台进行焊接，钢管的管道防腐处理在加工厂完成，验收合格后再运至现场安装。开始焊接前明确设计及施工交底，每个接口都需打磨除锈后才能焊接。使用符合设计要求的焊接材料进行焊接，各工序要进行严格的质量控制，弯头处进行加固处理。管道焊接完成并把焊渣清理干净后，待管材冷却，需及时进行焊接部位的内外管壁防腐处理，并按要求进行外观及内部探伤检查。

2.6 管道浮运就位

管道下水前两端管口采用堵板封堵，并在堵板上设置进水管、排气管和阀门。用两艘浮吊船将钢管从平台吊至水面，管道两端均固定在船上，前面使用一条拖船，用于牵引管道，后面的浮吊船用于控制管道的方向，以防止管道浮运过程中碰撞桥墩、船舶及其它设施而造成损失。管道吊装下水、拖运过程中注意采取保护措施防止管道防腐层损伤。

2.7 管道下沉

管道运至沉管现场后，用浮吊船就位。通过计算选择合适的起吊点，避免因钢管长度和自重产生不合理挠度，对钢管接口产生不良影响。准确定位测量后，通过注水孔向管道内注水，使管道下沉，通过控制排气阀来控制注水量及注水速度，注水应缓慢、适量，并保证排气畅通。下沉过程中注意速度不得过快，确保管道整体均匀、缓慢下沉，两端起重设备在吊装时保持管道水平，并同步沉放于漕底就位。待管道稳定后，再撤走起重设备。检查管底与沟底接触的均匀度和紧密性，管下如有冲刷，应采用粗砂碎石填充。第二根钢管下沉时应注意与第一根钢管的水平间距。

2.8 稳管回填

单根管道下沉到位经检查合格后，应及时进行稳管和回填，防止管道漂移，先采用水下抛填袋装砂压管稳管。使用网兜起吊砂袋，用浮吊将网兜吊移到抛点上方，抛放砂袋，抛填至管顶以上500 mm。沟槽回填采用碎石回填（粒径50～80 mm），厚度1000 mm，以上采用块石回填至规划河底标高，以防止河水流动带走沟槽内回填的中粗砂。管道铺设完成后，应在管道上、下游河堤上设置禁止下锚标志。

2.9 岸坡段钢管施工

岸坡段管道沟槽选用大开挖施工，采用挖掘机施工，按设计坡度埋设钢管，并与水下钢管采用焊接方式连接。管道试压检验合格后，采用黄土回填，回填时分层分段进行，使用电动夯机层层夯实，最后恢复河道浆砌块石护坡。

3 质量控制要点

（1）测量定位质量控制。在基槽开挖、吊管沉管及回填全过程中抓好放线测量控制。

（2）基槽开挖质量控制。严格执行提前拟定的沟槽宽度和边坡坡度进行开挖，管道下沉前必须全面复测，保证沟槽参数不超过允许偏差。

（3）钢管焊接及防腐质量控制。水下钢管焊缝应严格检查验收，按要求进行外观及内部探伤检查，并进行水压试验。

（4）吊管下沉质量控制。吊机统一指挥协调，严格控制起吊和下沉速度，避免管道变形，防止管道水平位移。

4 结语

沉管施工比顶管施工难度小，费用亦可降低，但缺点是焊接要求、防腐要求及材料的要求较高，完工后管道隐蔽水下维修不方便，要求严格控制施工质量，一次成功。本工程的沉管施工完全达到了设计要求，取得了较好的效益。这次沉管施工的成功为以后管道施工提供了宝贵的施工经验。