摘要：城市污水處理的排放，對開槽埋管海上施工技術要求特別高，尤其大口徑長管道在海上所涉及的深水基槽開挖、墊層施工、鋼管制作、下灘、浮運及沉管、回填等施工技術。本文闡述的開槽埋管施工技術可解決大口徑長管道存在的運輸困難、水下焊接成本高、施工難度大等問題,可確保工程質量及施工進度,取得了良好的經濟和社會效益。
　　關鍵詞：管道施工；開槽埋管；施工技術
　　0前言
　　我國管道施工工程大多數為陸地開槽埋管工程,水中施工一般采用沉管、頂管或隧道掘進法施工,海上開槽埋管則較少見。由于海上開槽受潮汐及季風的影響較大,管道入槽定位困難,施工技術及質量要求高。筆者以上海某污水處理廠尾水排放管的海上施工為例,介紹該施工技術的要點，以供參考。
　　1工程概況
　　上海市某污水處理廠尾水排放管工程,海上部分為平行敷設2根管徑為1000mm的鋼管,一根為正常排放管,總長為422.67m，沿長度方向設置3個DN400的柔性鴨嘴止回閥作垂直排放口，埋深最低標高為-9.63m。另一根為緊急排放管,總長為99.66m,沿長度方向設置1個DN400的柔性鴨嘴止回閥作垂直排放口。
　　2主要施工技術
　　2.1施工原理
　　開槽埋管的施工原理是利用潮水漲落和管道的自身浮力進行大口徑長管道的浮運。由于管道自身重力大,在自然灌水下沉時沉速大而無法控制,所以需配合起重船掛輕質浮子平衡一部分重力,避免對基底產生太大的沖擊而引發質量事故。海上開槽埋管工藝新、施工風險低，可節約投資，加快施工進度,且無環境污染。但海上施工受季風及洋流等影響較大，施工時最好錯開季風季節；同時，還需與當地氣象臺保持密切聯系,時刻關注臺風及潮汐洋流情況。在開槽前測定海底的回淤速率,開槽時嚴格控制好施工進度,以便在回淤前將基槽開挖完成。管道浮運和下沉時測定海水流速,以調整管道浮運時的狀態和下沉時的位置。
　　2.2工藝流程
　　埋管工藝如圖1所示。
　　
　　圖1海上深水開槽埋管施工工藝流程圖
　　2.3基槽開挖
　　采用一艘抓斗式挖泥船(4m3)進行管道基槽的開挖，抓斗挖泥船沿溝槽軸線從遠岸位置逐步向近岸施工，錨纜布設，艏錨與海床走向一致。通過在堤壩上建立全球定位系統進行平面控制,施工船位則由監控電腦控制,以提高平面控制精度。沉管工程的施工定位至關重要,對此采用激光測距儀、GPS和導標相結合的方法開展施工平面控制，確保施工質量。平面位置控制由挖泥船參照中心導標和岸上架設經緯儀相結合的方式進行導向,以確保管道基槽軸線的準確。在岸上設置水報房隨時監測水位變化,當潮位變化約為0.1m時,用高頻對講機告知挖泥船上的操作人員,使其根據水位變化隨時調整開挖深度,控制基槽開挖深度及平整度在規定范圍內,船艏當班水手用測繩隨時復測挖深情況。開挖時船要把穩慢移,根據挖泥導標和水尺記錄確保基槽軸線準確、槽底平整。
　　基槽開挖時,要有專人對已挖基槽進行自檢并記錄備查,基槽軸線、寬度、深度、平整度、坡比應符合設計要求�；�槽開挖完成后,及時通知業主及監理工程師進行驗收,提供完整的基槽施工驗收資料,驗收合格后方可進行下一道工序施工。
　　基槽要求表面平整,無局部凸起或凹陷,基槽軸線與管道設計軸線一致,縱向坡度符合設計要求。故要求在基槽開挖時,尤其是挖泥班交接班時要將位置、深度等數據交接清楚,防止產生漏挖、偏線等情況。基槽開挖要經過基槽回淤試驗,測定回淤速率,根據回淤量調整基槽開挖的原始深度,防止回淤影響基槽的施工質量。
　　2.4塊石及砂墊層施工
　　基槽檢測合格后進行塊石墊層的施工,由施工船舶人工拋填塊石。塊石拋填工作完成后進行砂墊層施工,根據設計墊層數量計算拋填量,采用船舶的方式進行拋填,在陸上經緯儀指引下沿基槽軸線拋填砂墊層,然后用平整耙配合潛水員找平。
　　根據基槽底寬,在陸上架設邊線標,工作船根據邊線標調整船位。陸上設置水尺和紅外線測距儀,由專人記錄并與工作船聯系,工作船根據水尺記錄和測距儀數據調整平整耙的吊纜長度,保證平整耙保持在要求的砂墊層標高。平整耙隨同工作船緩慢向前移動平整,同時潛水員在水下進行檢查找平,并根據水下情況指揮工作船的前進速度。平整后的砂墊層寬度、平整度、墊層頂面高程等均需符合設計要求,以防砂墊層高低不平而影響管道的安裝質量。墊層施工完成后通過測量水位、經緯儀、測深儀、聲納等綜合測量手段,對基槽進行驗收。
　　2.5鋼管制作及下灘
　　用吊車把成品管吊放至組裝預制場的柔性可調管座上,采用小型龍門架進行成品管的對口焊接。長管道組裝完成后,兩端封盲板。利用管座的可調作用,使已拼接組裝的長管道在高平潮時依靠自身浮力平順下灘、下水,該方式既可保證管道的質量又可保證施工安全。
　　2.6鋼管浮運
　　長管道的水上浮運為海上管道工程的施工難點之一，其難度體現在漂浮于水面上的長管道受波浪、潮流的沖擊可能造成損傷。對于組焊完成已下水的管道,根據水文、水深條件及管道質量進行計算確定所需安裝的調節浮子,然后選擇有利的氣象和水流條件,在風浪小時利用拖船將管道運至安裝軸線位置就位。拖運中,務必注意緩速逆流拖運,盡可能使管道直線浮運。拖運管道的拖拉點應根據管道受力計算數據而布置,使管道在浮運過程中受力均勻。除了主拖船舶外,中間和末尾的助拖船舶應隨時根據水流方向作出調整,以控制管道在水中的浮運狀態。管道浮運時易受水流作用而發生彎曲變形,根據施工前計算好的管道允許彎曲半徑(控制鋼管曲率半徑>800m)、極限矢高,在浮運時對其彎曲矢高跟蹤觀測,并及時通知各拖運船舶做好相應調整。拖運管道控制纜點應合理布置,尤其在管道就位過程中管道軸線會與水流方向垂直,因此必須按照最小應力原理布設控制纜點,保證管道各點應力在最小狀態下且在允許范圍內,并使管道在浮運過程中受力均勻。
　　2.7沉管施工
　　海上管道工程距離長、口徑大,需對水下鋼管實行全線質量調節,其方法是利用輕質浮子根據不同的水深調節鋼管在水下的質量,使其在相應水深下沉過程中的曲率和應力保持在允許范圍內。
　　在陸上經緯儀與測距儀的控制下,起重船舶在沉放位置拋錨定位后,垂直于管道的安裝軸線,拋八字錨固定。在進行管道沉放作業時,應控制好管道的形態及應力(控制管道的應力<120MPa)。經模擬計算,可利用調節浮子配合3艘沉放船舶施工。
　　在陸上經緯儀和測距儀的控制下,通過定位纜與起重船只調整管道位置,使管道與安裝軸線及位置準確配合。管道位置調整正確后打開管道兩端的進水閥和排氣閥,遠岸端進水,近岸端排氣。3艘起重船和控制纜協同控制管道的自然進水,此時管道要保持好適當的位置形態,使管道在一端進水時另一端排氣順暢,防止氣阻或水錘的產生。在管道下沉過程中,起重船主要控制好管道形態,管道應力控制由質量調節浮子實現。當管道下沉接近起重船時,各起重船即可協同管道下沉,下沉過程中務必控制下沉速度,同時3艘起重船的吊鉤應相互協調使管道均勻下沉,使管道受力控制在容許范圍內。此時用陸上經緯儀不斷復核管道的軸線位置,以確保管道能準確就位。管道下沉完成后,請潛水員進行管道水下檢查處理,檢查整根管道的貼基情況,對局部架空、翹起處進行鋪填和沖吸砂處理,保證管道貼基、受力良好。如發現特殊問題,及時與水面指揮船舶聯系,研究處理方法。若水下檢查未發現不良現象,則盡快拆除質量調節物,完成管道的沉放工作。管道沉放時,一定要注意該管道的垂直度,以免影響擴散器的正常使用。沉管到位后,應立即進行穩管。根據設計,穩管采用砂子回填至設計標高,然后在其上填埋砌塊石,水下回填粗砂、塊石埋砌的施工步驟及注意事項與塊石、砂墊層的施工相同。
　　3實施效果
　　該污水處理廠尾水排放管工程原設計為頂管施工，需資金約580萬元，而且在海底浮泥中頂管施工存在反穿孔等危險,工期約需180d。而采用開槽埋管施工可規避許多風險,實際投入約450萬元,工期僅用了100d。開槽埋管施工技術解決了距離長、大口徑管道存在的運輸困難、水下焊接成本高、施工技術難度高等問題,提高了工作效率,確保了管道的施工質量和工期,規避了施工風險,降低了施工成本,并且不會對環境產生破壞,具有良好的經濟和社會效益。工程實踐表明,開槽埋管施工技術同樣適用于新建或改(擴)建水中管道工程的施工和地下水位較高的陸上開槽埋管施工(不排水)。
　　參考文獻:
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