杨俊甲 中交海洋建设开发有限公司
本工程中,放流管道为重点施工内容,管道总长4704m,管径分DNI200和DN900两种,长φ2.0m,其中包含陆上部分1997m、水下顺岸部分1765m、垂岸部分834m、扩散器108m。水下顺岸放流管施工采用顶管法,从高位井开始,沿着与正北呈20°交角的方向穿堤,在距堤脚50m处延伸(要求与大堤呈平行的位置关系),最终到达基础平台处。管道为Q235B材质,具有较佳的防腐效果,具体布置见图1。
管线敷设区域位于江海交界处,同时存在降水、海潮的影响,最大潮位可达到4.22m,涨潮、落潮的平均流向分别为295°、115°,涨潮、落潮的平均流速分别为1.03m/s、0.81m/s,年平均潮位2.22m,存在较明显的落差。总体上,水域条件特殊,不利于施工作业的顺利开展。
管槽开挖层以淤泥居多,局部存在淤泥质粘土夹粉砂,承载力偏低。沿工业区边沿敷设管线时,得益于海堤较宽的特点,可以规划大面积的临时作业场地,用于堆放钢管。由于海堤的西面有规模化的工业区,受空间的限制,因难以开辟纵深的施工场地;而相较之下,海堤外侧分布有大面积的漫滩,且具备一定的地基承载力,可供施工所用,所以可于该处规划钢管组焊场地,以完成钢管的前期加工作业。
具体工艺流程为:施工准备→管道起浮→拖运定位→管道海上对接→注水沉放→水下管段对接→水下管道与井部连接。
3.2.1 基槽开挖
在基槽开挖前需落实准备工作,测量基槽轴线,并根据所得的结果绘制施工图纸。以轴线为基准,在基槽的边线处分别设置一对线标,于轴线处设置中心标,要求其具有发光的功能,以免在夜间出现无法清晰观察的情况。基槽开挖所用设备为2艘2m³的抓斗式挖泥船,沿沟槽轴线有序施工;同时配备差分信标接收机和GPS装置来精准确定船位,并根据实际情况采取控制措施,从而提高平面定位精度。
在导流槽边缘处用竹竿打桩定位(合理选择位置,不可对周边的正常通航条件带来影响)。定位采取的是“激光测距仪+GPS+导标”相结合的方法,以切实提高施工平面位置的准确性。根据管道基槽轴线的定位要求,参照中心导标和经纬仪,联合定位。
根据深度控制要求,需在岸上建设观察点,且随着现场环境的变化,潮位每涨落0.1m时,均随即告知挖泥船的工作人员,以便根据所掌握的水位情况动态调整开挖深度,从而全程保持信息高度畅通的状态,尽可能减小基槽的平整度误差。
开挖遵循的是“缓慢与匀速”的原则,需综合考虑挖泥导标以及水尺记录,灵活调整作业参数,保证基槽的轴线具有准确性、槽底具有稳定性与平整性。由于开挖期间会产生大量的土方,因此需在泥驳和拖轮的配合下将其转至指定堆放点。在基槽开挖过程中,要安排专员检查质量情况(如基槽的宽度、深度、平整度等),并详细记录各项信息。
3.2.2 砂垫层施工
施工船舶沿基槽前移,根据设计用量要求将材料抛填至基底上,用平整耙粗平;潜水员及时进入现场进行检验,明确砂垫层的坡度、平整度、宽度及厚度,再根据检验结果适当采取处理措施,直至砂垫层可满足各项要求为止。
3.2.3 土工布基础施工
排海管道L3730-L3930段采用的是水下土工碎石加强基础,该设施以土工布和土工格栅为基础材料而构成,上铺砂、石垫层,构成稳定且完整的整体基础结构。为保证铺设施工质量,先在岸上设定铺设边线导标,用经纬仪复核,精细化调整偏差,确保铺设的轴线和边线均可满足要求。铺设施工应重视如下几点:
(1)遵循连续性原则,接头搭接处应满足稳定性与平整性要求。
(2)严格控制片石夹砂垫层的施工质量,片石含量以70%为宜,级配均匀。
(3)对于土工布的进场检验,基本要求为质量≥350 g/m2,厚度≥3 mm,宽度达7.5 m,经向、纬向的伸长率分别为30%~80%、30%~60%,渗透系数(1.4~1.9)×10-2cm/s。
此外,诸如经向和纬向的抗拉强度等指标均要满足要求,否则不可投入使用。
3.3.1 长管段下滩、下水
垂岸段、顺岸段的下滩管段长度分别为942m、1765m(共包含两段,即900m和865m)。管段的长度较大,线形要求较高,若缺乏有效的控制措施,则容易出现扭转、局部变形等问题,甚至产生永久性缺陷。
对此,要将柔性管垫至高潮位以上,并于该处组织管道的拼接作业,从而巧妙地避开潮汐的影响,给管道组焊作业创设良好的条件;同时,依托于柔性管垫的可调作用,灵活控制管道,确保下水和下滩作业的安全性。
3.3.2 垂岸段钢管沉放
图1 管道铺设平面示意图
侧向水流冲击力易影响钢管的正常沉放,出于安全层面的考虑,测得最大平潮流速取1.03m/s。在此条件下展开计算,求得管道的最大侧向力,即350kN/m,以所得结果为参考,对管道采取固定措施,避免失稳。
从应用效果、施工便捷性等方面展开分析,最终选择采用搭设φ 300 mm钢管定位桩的方法,按40m的间距依次设置,打设深度为15m;此外,沿管道按2只/m的方式依次设置轻质浮子。
3.3.3 挡桩
沉管到位后,启用打桩机,利用该装置将挡桩打入指定的位置,并在期间加强控制,意确保挡桩可保持垂直的状态。待挡桩达到设计标高位置后,安排潜水员检查,若无误则用锚链将挡桩与管道连接,从而切实提高其稳定性。
3.3.4 水下抛填
外海管段施工期间需采取水下抛填措施,材料为砂和碎石,利用土工布袋装好,该袋分别注1/2容积的砂子,经吊装后将其置于水中,由潜水员辅助逐层堆叠。加强对材料质量的控制,抛填砂袋过程中可利用探测仪测量,对于尺寸不合理或存在其它问题的断面,则适度修整,直至其满足要求为止。
砂袋抛填到位后,再抛填碎石袋,但在此之前需检查砂袋表面,判断其是否存在淤泥,若有较明显的回淤现象,用高压水枪清理,此后方可抛填碎石袋,使其逐层叠加。碎石采用的是非强风化石,规格为3cm~6cm,含泥量不超过5%,需保证级配良好。
3.3.5 顺岸段沉放及安装
根据前述分析,顺岸段管道总长为1765m,共包含2个节段,按顺序依次组装。管段浮运至轴线位置后,拼接两段管子,使其构成整体后再同步灌水下沉,此后安装锚索式柔性基础平台,并利用钢锚链将其与钢锚桩稳定连接,构成完整的整体,以免出现失稳现象。
在前述基础上,再派潜水员深入施工现场去做全面的水下检查,具体需考虑到喷头的安装情况(该处的紧固螺栓是否具有稳定性、是否遗漏)、喷头的使用情况(该装置的出水量是否达标)等,若存在质量问题,则根据实际情况及时处理,并再次检查,直至满足要求为止。
综上所述,深海的海域环境复杂,于该处开展排海管道的安装作业时难度较大,需兼顾地形、地质、气候等多方面的条件;此外,还需考虑施工单位的技术水平以及工程质量要求来制定出完善的施工方案,并将其作为工作的依据,合理地配套材料、设备,组建专业的施工队伍,施工人员携手并进,从而将排海管道安装到位。