给排水钢管管道穿越江河水下安装施工技术

李勇 曾治国 周超 刘维

湖南省第二工程有限公司 湖南 长沙 410015

随着我国的城市化进程发展越来越快，市政工程的完善一方面给人民带来了极大的便利，但同时也对市政工程施工提出了更高的要求。在市政给排水工程建设中，管道常常要穿越河流、湖泊。目前，过河管道水下安装一般采用倒虹管作业、架空管过河、拱管过河等技术，这些施工技术的开发和应用，促进了城市市政给排水工程不断完善，进而给城市美好发展打下了坚实的基础。

1 工程概况

衡南县云集镇污水工程项目，总投资2.5亿，过江污水管道采用涂塑钢管直径为φ377*10，单管总长为440m，河床地形条件复杂，弯管多，施工水深15-21m，且当地河道属于航道主干道，运输船只较多[1]。

2 施工难题及方案选择

衡南县云集镇污水工程项目所处位置河道跨度大，地形复杂，且当地政府要求施工水域范围内河道封航不得超过8天。鉴此，如何在工期紧迫的条件下高质量完成过河给排水钢管管道施工是本工程的难题。目前，过河管道的施工方法主要有倒虹管法、架空管法与拱管过河技术，其中架空管道、拱管过河方法虽具有施工难度低，安全性高，质量有保障的特点，但其施工成本高，所需人力、物力大，且施工周期长，不适用于本工程。综合考虑下，最终决定采用倒虹管施工方法，通过浮沉管道的方式下沉。

浮沉管法下沉施工，是在底部挖沟，通过水上漂浮布置管道，最后整体下沉至已挖好的沟槽内。其优势在于不影响两岸的景观，同时对两岸的施工工况没有过高的要求，但此方法施工难度大，下沉精度要求高，同时对航道也存在一定的影响。因此，本文在浮沉管法的基础上进行改良，通过地面钢管焊接与水下安装相结合的方式，形成了一种新的给排水管道水下安装技术，成功解决了工程难题。

3 工艺原理

给排水钢管管道穿越江河水下安装施工技术是根据过河管道总长在岸上分段焊接好钢管，钢管两端焊装法兰并采用盲板临时封堵。将封闭管道浮于水面，下沉时钢管一端进水，一端排气，通过控制进水速度解决管道在水中下沉的速度问题。钢管下沉到位后，潜水员进行水中法兰拧接，并拍摄影像，安装完成后进行压力试验，试压合格后，采用导管法浇筑水下混凝土对管道进行包管保护和管槽的回填[2]。

4 工艺流程及现场应用

4.1 工艺流程

施工准备→施工现场测量→管道分段制作及防腐工作→水下管道沟槽开挖→管道拖航吊装→管道水下安装→水下管道包管砼的施工→基槽回填、恢复河床。

4.2 现场应用

以下结合衡南县云集镇污水工程项目，详细介绍本技术施工流程中操作要点及注意事项。

4.2.1 施工现场测量

水下安装工程的施工测量是施工的重要组成部分，测量的精确度直接关系到安装工程的施工质量，施工现场测量包括平面控制测量、高程控制测量、水位控制测量、水深控制测量、测绘开挖水域地形图。

4.2.2 管道分段制作及防腐

1.本工程管道分段制作在河滩上进行，根据管道过江总长度做管道的分段制作，其制作工艺与陆上常规管道安装基本一致。但沉管的管段制作需要确保管道的制作质量、挠度、抗扭能力，需要做好以下几点措施：

（1）管道焊口处采用不锈钢内圈补口补伤，管道外焊接头处采用环形抱箍加强。

（2）吊环位置采用环形抱箍，做好加强措施。

（3）管道两端用封板封闭。

（4）管道在陆上分段进行水压试验，保证分段管道制作合格。

2.本工程管道防腐内外均采用涂塑方式，即成品涂塑钢管。管道制作完成后，对焊口部位进行防腐的补口补伤；及补口补伤按特加强级防腐要求进行。在内圈进行不锈钢内防腐圈焊接防腐[3]。

4.2.3 水下管道沟槽开挖

1.基槽开挖宽度和深度：底宽每侧根据管外径加0.8-1.0m。开挖深度一般为管径的3-4倍，以避免船只抛锚，河床冲刷等影响，边坡系数根据河床的土质确定，一般为1:2-1:4。粘土河床的回淤情况并不严重开挖边坡系数选1:2，沙土回淤迅速开挖边坡系数选1:4。本工程钢管管径为377mm，回淤情况较好，选择沟槽开挖深度为1.2m，边坡系数为1:2。

2.为提高工效，挖泥时采取扇形挖泥方式，保证槽内不留死角。针对不同的泥层厚度，应进行分层开挖。在开挖过程中采用测深杆或测深绳测量水深，以便随时掌握挖泥断面的底标高情况。当遇到岩石层时，可采用凿岩机、风镐破除开挖或水下爆破方式。

3.为不影响挖槽高程和抛石基床的密实性，需对挖泥和清碴后残留的泥沙和可能的回淤泥沙进行冲吸泥，冲吸泥采用空气压缩机和吸管吸头进行，并派潜水员下潜摆动吸头进行配合。水下开挖（包括冲吸泥）完成后，用回声测深仪进行测量验槽，基坑基槽断面尺寸必须符合《疏浚与吹填工程施工规范》JTS 207的要求。

4.由于水下开挖后的基坑和管基槽不平，且高程不满足设计要求，必须进行基槽抛石整平。包括抛块石粗整平、抛砂卵石基床细平、基床精平，其中基床经平采用混凝土块（内铺高强度的铁丝网），并配合潜水员完成。水下基床整平最终应达到平整度精度在±30mm以内。

4.2.4 管道拖航吊装

为了检验钢管焊接质量，应进行水面气压试验，检验合格后方可进行吊装施工。

钢管不能由吊船直接起吊，钢管底部应分段铺设枕木，并以钢板将钢管隔开，让钢管在枕木上滑移，以免钢管防腐层破坏。

当钢管吊离地面足够高度后，调整各边的起吊高度和受力，各吊船在统一指挥下绞锚同步向后平移，将钢管平移至水面上方处于自浮状态后，两端各留一艘吊船固定钢管。

管段横管就位后，管段在河面上通过法兰拧接对接。

4.2.5 管道水下安装

1.管内注水

当横管完成后，拆开两管端的法兰封板，打开进水口。一侧管头注水，岸滩一侧管头设排气阀排气，注水速度不可过快，每小时控制在10m3-15m3之间，在统一指挥下将钢管吊起成形，各吊船同时收紧或放松锚缆与钢管同步移动，直至钢管完全处于基槽上方，将管道呈半成型就位基槽的状态。

2.基于浮力沉管

通过往管内不断注水使钢管逐渐下沉，每次下沉0.2m。随着水不断灌入，管道逐渐下沉，各吊点同时不断进行调整，以保证各吊点的合理分布。在管道有序地沉放过程时，进行管中线与基槽轴线校正的测量监控工作，各吊船移动以达到逐步对准基槽轴线及两岸起止点位置，直至基本符合设计要求（沉管下沉时潜水员检查管道着床位置时停止注水）。

3.管道水下对接

当管底距基槽有0.3m时停止下沉，利用两岸边设立的三个手拉葫芦，分上下及轴线将钢管重新调整，确保管道位于中轴线上，水面用船舶利用吊环对管道中间定位，全站仪两台配合精确定位，直至准确无误后，在统一指挥下两端起重设备同步沉放管道于槽底就位，各吊船将吊索放松至预紧状态。钢管下沉到位后，潜水员进行水中法兰拧接，将全部过江管理全部联接成整体，并拍摄影像形成验收资料。

图1 管道下沉就位

图2 水下钢管法兰连接

4.2.6 水下管道包管砼的施工

水下砼浇筑采用水下导管法现浇压灌砼,水下砼浇筑分二步进行，包括钢模稳管混凝土浇筑，稳管后基槽满槽混凝土浇筑。

沉管后应及时进行水下砼稳管浇筑，为确保管道水下安全、在水下混凝土浇筑时不得对已入槽管道产生扰动，防止管道偏移轴线、管道起拱，变形及应力集中。

本工程水下混凝土浇筑模板采用永久性钢模，钢模尺寸为4m×2.5m×2m，间隔为12m，钢模内侧应设置加强筋，钢模外侧采用沙石袋加固。水下混凝土采用导管法进行浇筑，浇筑时导管的长度应随水位变化及作相应的调整，导管顶部盛料漏斗可做成锥形，其容量为2m3左右。钢模尺寸选择以及钢模是否回收利用可根据工程实际情况合理选择即可。

水下混凝土强度等级应比设计高出一个强度等级，坍落度保持在18-24cm之间，并掺入一定比例的不分散絮凝剂、抗渗化工聚丙烯纤维。本工程水下混凝土设计等级为C30，实际施工时选用C35混凝土，不分散絮凝剂比例为1.6%，聚丙烯纤维为1.0kg/m3。

4.2.7 基槽回填、恢复河床

基槽可采用块石、砂卵石以及砂袋进行回填，受水流和浮力的影响，为保证回填石确保能够落入管槽内，应预先进行定位，定点抛填，并配合潜水员叠放。管槽回填完成以后应进行水下河床测量，对未到原河床标高的区段必需采取淤泥回填，达到设计要求后才可恢复通航。

5 质量保证措施

1.为保证水下混凝土的质量，采用钢模板，模板不再拆除。

2.测量保证管槽轴线及沉管过程轴线必须精确控制。

3.由于管道沉入水底埋设,安装好后几乎不能维修，因此必须严格控制钢管的焊接质量、防腐质量，严格进行的焊缝外观及内部探伤检查。

4.管线制作保证，各弯管必须确保角度及轴线。

5.轴线保证，各翻转吊点必须保证在同一轴线上。

6.沉放速度保证，沉放速度必须控制在计划轴线曲线上。

7.水下回填保证，水下回填不得有大石块，不得有架空部分。

8.钢管吊入河中吊点布置适当，钢管要均匀受力，避免变形甚至折断。

6 安全保证措施

1.施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。

2.各船舶必须配备完整的水上安全救援设备，所有水上施工人员在船仓面操作时必须穿戴救生衣。船上应做好清洁防滑工作，并设置防滑条等防滑设施，以防止操作人员不慎滑倒跌入河中。

3.所有船舶灯光、声响系统及信号旗齐全，特别是夜间施工时，所有船舶打开信号灯以防止过往船舶驶入施工区域。

4.施工水域必须设置水上施工标志-水上浮标，以防止过往船舶误入施工水域。

5.在施工船舶靠近航道一侧，船舶定位不准采用钢丝绳，而应采用锚链沉入河底，以防锚缆挂坏过往船舶。

6.密切注意天气变化和水位变化，当水位上涨迅猛流速加快时，所有施工船舶应暂停作业驶向岸边，并加固锚缆，防止走锚；当江水位下落时，应防止船舶因退水而搁浅。

7.开工前在河道以及港监等有关部门办理水上作业施工许可证，并发布航行公告。

8.所有潜水员必须在劳动部门或中国潜水运动协会或其他有关部门培训合格，持证上岗。

9.潜水员进行水下作业时，潜水工作船上悬挂潜水员水下施工标志，严禁其他船舶驶入潜水作业区。

10.潜水员执行下潜任务前禁止饮酒、禁止带病下潜、禁止下潜时间超过规定作业时间和疲劳作业。

11.潜水员下潜前，必须认真检查所有潜水机具、供气设备是否完好。

12.当水流速度超过1.5m/s时，禁止潜水员下水作业。

7 施工效果

以衡南县云集镇污水过江管道穿越湘江水下安装工程为例，采用本技术施工，不需要大型施工设备，不受场地影响，施工准备时间为7天，沉管施工为4天，相较于其他过河管道施工技术，节约工期约15～20天，满足当地政府对于航道封航8天的要求，节省施工综合成本近100万元。另外，本技术具有施工质量高，操作安全等优点，至今我司多个污水管道项目应用了该技术，未出现管道渗漏、管道破坏等质量问题和人员伤亡的安全事故[4]。

8 结语

给排水钢管管道穿越江河水下安装施工技术适用于钢管类给排水管道穿越江河的管道安装工程。该技术能实现深水域、大跨度、地形复杂管道安装一次沉放，相较于传统施工技术，具有工期短，对航道运输影响较少，施工成本低的优势。同时，该技术采用焊接连接与水下法兰连接相结合，可确保钢管管道的挠度，弯曲度及抗弯、抗扭、抗折、抗剪应力在安全值内及管道精确定位，保证了工程质量，具有良好的推广价值和应用前景[5]。