南澳岛供水工程海底管槽开挖施工

(中国人民武装警察部队 水电第一总队，广西 南宁 530028)

图1 施工总平面布置示意

南澳岛位于广东省汕头市，是广东省唯一的海岛山区县，全岛总面积109 km2。南澳岛主要新建供水工程施工项目包括：①莲阳取水泵站；②澄海区供水管线(约11.64 km)；③澄海培陇至南澳岛长山尾海域供水管线(约6.97 km)；④南澳岛供水管线(约11.31 km)；⑤北面坑净水厂(日净水6万t)；⑥配水管网。供水工程施工难度最大的是跨海管理铺装，最为关键的工序是海底管槽开挖，有必要对其技术进行探讨。

1 施工工作内容及装备选型

1.1 施工工作内容

海底铺管施工主要工作内容包括：预制构件制作、水下基础槽开挖、箱涵安装、管道热熔连接、配重块安装、管道沉放安装、沟槽回填、沉排安装、感潮段双绞格网石笼安装。施工设备布置见图1。

1.2 开挖设备选型

海底开挖施工常用装备主要有耙吸挖泥船、绞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、斗轮式挖泥船、吸扬式挖泥船、链斗式挖泥船、反铲式挖泥船。该工程施工海域由于地质条件复杂、开挖断面大、成槽要求高，经过对比并综合考虑施工进度和成本控制等因素，确定使用抓斗式挖泥船作为海底管槽开挖机械。抓斗式挖泥船使用广泛，不仅适用于各种土质，还可以抓取水下石块及部分障碍物[1]。

根据南澳工程工期要求，施工主要装备有敷管船、抓斗式挖泥船、交通艇等海上船泊20余艘，用于挖槽和敷管施工。详细装备数量和型号见表1。

表1 装备配置数量及型号

2 施工方法

2.1 施工测量

水下沟槽开挖施工为隐蔽性工程，测量工作是保障施工质量的关键环节。该工程施工测量工作主要包括开挖前平面高程控制测量、挖前水深测量、施工放样、挖中槽深测量、竣工测量等。

平面坐标系统采用北京1954年坐标系，施工船舶通过DGPS定位系统为导航定位[2]。DGPS差分台设在发包人提供的平面控制点上，误差控制按照《疏浚工程施工技术规范》(JTJ319-99)执行，水下沟槽开挖边线误差为水下+0.6 m，岸边+1.0 m，挖槽中心线误差不超过±1.0 m。挖泥船开挖前在设计中心线、开口线、开挖起、讫点、弯道顶设立清晰标志，包括标杆、浮标或灯标等，每隔50 m设一组横向标志。施工标志要定期对导标精度进行校准，并符合下列各项规定：①在开阔水域施工时，各组标志应使用不同形状标牌间隔设置，同组标志上应安装颜色相同的单面发光灯，相邻组标志应以不同颜色灯光区别；②水下卸泥区应设置浮标、灯标或岸标等标志，指示卸泥范围和顺序；③在挖泥区通往卸泥区、避风锚地的航道上设置临时性航标，在航行条件差、水道狭窄处的转向区增设转向标志，便于船舶紧急停泊；④DGPS接收机经发包人和监理工程师检验合格后，供工地挖泥船和测量船使用。

挖泥船上安装南方测绘公司生产的S82T型GPS接收机和供水工程电子图形控制系统，在计算机上显示挖泥机具的实时动态坐标，指示挖泥船精确地进行施工。

在测量船上配备南方测绘公司生产的S82T型RTK-GPS接收机、水深测量自动化成图系统，并安装该公司水深测量软件为测量船精确定位，从而提高测图质量。

(1)高程控制系统。工程使用珠基高程，施工前根据发包人提供的水准点，利用GPS与测深仪联合作业，为挖泥船和测量船提供实时水深。

(2)挖深控制。在各挖泥船上安装潮位遥报仪接收机，为其提供实时潮位，操作人员根据潮位及时调整抓斗下放深度，保证施工质量。挖泥船在开挖施工区内作业必须满足《疏浚工程施工技术规范》(JTJ319-99)要求，底高程开挖控制在+0.6 m范围内，底面开挖后应较为平顺，不得出现陡坎。

2.2 施工过程

水下沟槽开挖施工时遵照的引用标准和规程规范主要有：《土工试验规程》(SD128-87)、《水利水电工程施工测量规范》(SL52-93)、《疏浚工程质量检验评定标准》(JTJ334-96)、《疏浚工程施工技术规范》(JTJ319-99)和《水利水电建设工程验收规程》(SL223-2008)。抓斗式挖泥船沿开挖边线方向作业，开挖单元长度为100 m，每个开挖时段间重叠区不小于3 m[3]，条宽按照设计开挖断面(南澳工程条宽为 30.5～40.5 m)，开挖施工范围自南澳岛长山尾登陆点至澄海培陇下海点方向。

抛石采用10 m3抓斗船进行分层开挖，将质地坚硬且未风化的石料堆放在开挖断面两侧，待箱涵及管道安装完毕，再将石料恢复原位。

挖泥船施工时垂直于管沟槽轴线锚泊定位，锚泊范围需满足该挖宽范围区段挖泥施工需要，钢丝绳缆抛锚时应尽可能抛足，以减少移锚次数。为使挖泥船横移灵便，前缆一段用钢丝缆。挖泥船下导轮与堑口泥层接触，使泥斗充足，确保挖出的槽边比较整齐，且不易脱缆。施工过程中，挖泥船横轴线与挖槽中心线平行，卷扬机绞动锚缆横向移船，从槽的一侧横挖至另一侧，每横挖一次，船向前移动一段距离。横移速度视泥斗充泥情况而定，泥斗充泥少时，应加大横移速度，反之则减小。前移距离视泥层的厚度和土质而定，泥层厚或土质硬时，前移距离宜小，避免主机超负荷运行，造成跳闸、停车。泥层薄或土质松软时，前移距离可适当增大，但以泥斗装泥不超过其斗容量为度。挖泥厚度与抓斗开口宽度和土质有关，当抓斗开口宽度一定以后，则完全取决于土质，抓斗开口宽度应以抓斗充泥满而不外溢为限。为了提高平整度，应根据水位控制下抓斗的深度。根据土质控制下抓斗的间距(重叠1/4～1/3的抓斗宽度)，挖泥施工分层挖泥，避免挖泥施工时出现陡坡造成塌坍现象。

挖宽为挖泥船抓斗向两边甩出的宽度，每层挖泥的内边线通过机动舢板泊至定位进行控制，具体尺寸通过拉尺控制。挖泥全部结束后，逐步向外侧移船，因为高差较大，最初挖泥施工时应向上下游两侧多挖边坡，正常挖泥时应注意基槽高程，并尽量多重迭，避免漏挖。槽挖质量控制需要把握几个要点:

(1)挖泥施工时应及时掌握水位变化情况，换算挖泥后水深，及时用测深仪测量挖泥区域的水深，避免挖不到位或过度超挖。

(2)挖泥施工期间可能会有少量回淤，可考虑适当超深。挖泥开沟一段距离后，挖泥船回到起点位置，用测深仪测量沟槽深度，必要时，通过潜水员水下配合，估算回淤速度。结合工程的进度、经济性确定一个适合的超挖深度，并根据工程挖泥实测情况随时调整。

(3)严格控制挖泥的泥面标高，使误差控制在设计或规范规定的范围内。

(4)挖泥船的两侧均可使用泥驳装泥，泥驳装满后，解缆自航至弃泥区卸泥。泥驳来回装、运、抛泥，挖泥船、泥驳基本可满负荷工作。泥驳抛泥时务必抛弃至海事指定抛泥点，将泥土放至海底暂存。不得随意乱抛泥土，以免影响船只航行。挖泥时采用DGPS定位，测深仪测量沟槽底高程，当达到设计要求后移至下一断面继续开挖。

(1)根据深槽位置，测量人员分别在深槽和抛泥平台边线上设置浮标。

(2)根据深槽浮标标志，派船只引导泥驳到指定的位置依次进行抛卸。

(3)尽量选在平潮时进行抛卸。

3 结 语

以汕头市南澳岛供水工程为背景，简要介绍了跨海供水管线施工的工作内容、设备布置选型。通过DGPS定位技术进行施工测量放样，使施工精度大大增加。根据现场工况特点，选用抓斗式挖泥船进行海底管槽开挖，有效解决了施工海域地质条件复杂等问题。抓斗式挖泥船结构简单，维护成本低，取得了良好的经济效益。该施工方法对长距离跨海供水工程管道铺装施工有参考和借鉴价值。