摘要：城市污水處理的排放，對(duì)開(kāi)槽埋管海上施工技術(shù)要求特別高，尤其大口徑長(zhǎng)管道在海上所涉及的深水基槽開(kāi)挖、墊層施工、鋼管制作、下灘、浮運(yùn)及沉管、回填等施工技術(shù)。本文闡述的開(kāi)槽埋管施工技術(shù)可解決大口徑長(zhǎng)管道存在的運(yùn)輸困難、水下焊接成本高、施工難度大等問(wèn)題,可確保工程質(zhì)量及施工進(jìn)度,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
　　關(guān)鍵詞：管道施工；開(kāi)槽埋管；施工技術(shù)
　　0前言
　　我國(guó)管道施工工程大多數(shù)為陸地開(kāi)槽埋管工程,水中施工一般采用沉管、頂管或隧道掘進(jìn)法施工,海上開(kāi)槽埋管則較少見(jiàn)。由于海上開(kāi)槽受潮汐及季風(fēng)的影響較大,管道入槽定位困難,施工技術(shù)及質(zhì)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(shù)的要點(diǎn)，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(shè)2根管徑為1000mm的鋼管,一根為正常排放管,總長(zhǎng)為422.67m，沿長(zhǎng)度方向設(shè)置3個(gè)DN400的柔性鴨嘴止回閥作垂直排放口，埋深最低標(biāo)高為-9.63m。另一根為緊急排放管,總長(zhǎng)為99.66m,沿長(zhǎng)度方向設(shè)置1個(gè)DN400的柔性鴨嘴止回閥作垂直排放口。
　　2主要施工技術(shù)
　　2.1施工原理
　　開(kāi)槽埋管的施工原理是利用潮水漲落和管道的自身浮力進(jìn)行大口徑長(zhǎng)管道的浮運(yùn)。由于管道自身重力大,在自然灌水下沉?xí)r沉速大而無(wú)法控制,所以需配合起重船掛輕質(zhì)浮子平衡一部分重力,避免對(duì)基底產(chǎn)生太大的沖擊而引發(fā)質(zhì)量事故。海上開(kāi)槽埋管工藝新、施工風(fēng)險(xiǎn)低，可節(jié)約投資，加快施工進(jìn)度,且無(wú)環(huán)境污染。但海上施工受季風(fēng)及洋流等影響較大，施工時(shí)最好錯(cuò)開(kāi)季風(fēng)季節(jié)；同時(shí)，還需與當(dāng)?shù)?a href='http://www.optiwork.cn/qxxx/' target='_blank' class=infotextkey>氣象臺(tái)保持密切聯(lián)系,時(shí)刻關(guān)注臺(tái)風(fēng)及潮汐洋流情況。在開(kāi)槽前測(cè)定海底的回淤速率,開(kāi)槽時(shí)嚴(yán)格控制好施工進(jìn)度,以便在回淤前將基槽開(kāi)挖完成。管道浮運(yùn)和下沉?xí)r測(cè)定海水流速,以調(diào)整管道浮運(yùn)時(shí)的狀態(tài)和下沉?xí)r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(kāi)槽埋管施工工藝流程圖
　　2.3基槽開(kāi)挖
　　采用一艘抓斗式挖泥船(4m3)進(jìn)行管道基槽的開(kāi)挖，抓斗挖泥船沿溝槽軸線從遠(yuǎn)岸位置逐步向近岸施工，錨纜布設(shè)，艏錨與海床走向一致。通過(guò)在堤壩上建立全球定位系統(tǒng)進(jìn)行平面控制,施工船位則由監(jiān)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(guān)重要,對(duì)此采用激光測(cè)距儀、GPS和導(dǎo)標(biāo)相結(jié)合的方法開(kāi)展施工平面控制，確保施工質(zhì)量。平面位置控制由挖泥船參照中心導(dǎo)標(biāo)和岸上架設(shè)經(jīng)緯儀相結(jié)合的方式進(jìn)行導(dǎo)向,以確保管道基槽軸線的準(zhǔn)確。在岸上設(shè)置水報(bào)房隨時(shí)監(jiān)測(cè)水位變化,當(dāng)潮位變化約為0.1m時(shí),用高頻對(duì)講機(jī)告知挖泥船上的操作人員,使其根據(jù)水位變化隨時(shí)調(diào)整開(kāi)挖深度,控制基槽開(kāi)挖深度及平整度在規(guī)定范圍內(nèi),船艏當(dāng)班水手用測(cè)繩隨時(shí)復(fù)測(cè)挖深情況。開(kāi)挖時(shí)船要把穩(wěn)慢移,根據(jù)挖泥導(dǎo)標(biāo)和水尺記錄確保基槽軸線準(zhǔn)確、槽底平整。
　　基槽開(kāi)挖時(shí),要有專人對(duì)已挖基槽進(jìn)行自檢并記錄備查,基槽軸線、寬度、深度、平整度、坡比應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。基槽開(kāi)挖完成后,及時(shí)通知業(yè)主及監(jiān)理工程師進(jìn)行驗(yàn)收,提供完整的基槽施工驗(yàn)收資料,驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一道工序施工。
　　基槽要求表面平整,無(wú)局部凸起或凹陷,基槽軸線與管道設(shè)計(jì)軸線一致,縱向坡度符合設(shè)計(jì)要求。故要求在基槽開(kāi)挖時(shí),尤其是挖泥班交接班時(shí)要將位置、深度等數(shù)據(jù)交接清楚,防止產(chǎn)生漏挖、偏線等情況。基槽開(kāi)挖要經(jīng)過(guò)基槽回淤試驗(yàn),測(cè)定回淤速率,根據(jù)回淤量調(diào)整基槽開(kāi)挖的原始深度,防止回淤影響基槽的施工質(zhì)量。
　　2.4塊石及砂墊層施工
　　基槽檢測(cè)合格后進(jìn)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(jìn)行砂墊層施工,根據(jù)設(shè)計(jì)墊層數(shù)量計(jì)算拋填量,采用船舶的方式進(jìn)行拋填,在陸上經(jīng)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(jù)基槽底寬,在陸上架設(shè)邊線標(biāo),工作船根據(jù)邊線標(biāo)調(diào)整船位。陸上設(shè)置水尺和紅外線測(cè)距儀,由專人記錄并與工作船聯(lián)系,工作船根據(jù)水尺記錄和測(cè)距儀數(shù)據(jù)調(diào)整平整耙的吊纜長(zhǎng)度,保證平整耙保持在要求的砂墊層標(biāo)高。平整耙隨同工作船緩慢向前移動(dòng)平整,同時(shí)潛水員在水下進(jìn)行檢查找平,并根據(jù)水下情況指揮工作船的前進(jìn)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(shè)計(jì)要求,以防砂墊層高低不平而影響管道的安裝質(zhì)量。墊層施工完成后通過(guò)測(cè)量水位、經(jīng)緯儀、測(cè)深儀、聲納等綜合測(cè)量手段,對(duì)基槽進(jìn)行驗(yàn)收。
　　2.5鋼管制作及下灘
　　用吊車把成品管吊放至組裝預(yù)制場(chǎng)的柔性可調(diào)管座上,采用小型龍門架進(jìn)行成品管的對(duì)口焊接。長(zhǎng)管道組裝完成后,兩端封盲板。利用管座的可調(diào)作用,使已拼接組裝的長(zhǎng)管道在高平潮時(shí)依靠自身浮力平順下灘、下水,該方式既可保證管道的質(zhì)量又可保證施工安全。
　　2.6鋼管浮運(yùn)
　　長(zhǎng)管道的水上浮運(yùn)為海上管道工程的施工難點(diǎn)之一，其難度體現(xiàn)在漂浮于水面上的長(zhǎng)管道受波浪、潮流的沖擊可能造成損傷。對(duì)于組焊完成已下水的管道,根據(jù)水文、水深條件及管道質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算確定所需安裝的調(diào)節(jié)浮子,然后選擇有利的氣象和水流條件,在風(fēng)浪小時(shí)利用拖船將管道運(yùn)至安裝軸線位置就位。拖運(yùn)中,務(wù)必注意緩速逆流拖運(yùn),盡可能使管道直線浮運(yùn)。拖運(yùn)管道的拖拉點(diǎn)應(yīng)根據(jù)管道受力計(jì)算數(shù)據(jù)而布置,使管道在浮運(yùn)過(guò)程中受力均勻。除了主拖船舶外,中間和末尾的助拖船舶應(yīng)隨時(shí)根據(jù)水流方向作出調(diào)整,以控制管道在水中的浮運(yùn)狀態(tài)。管道浮運(yùn)時(shí)易受水流作用而發(fā)生彎曲變形,根據(jù)施工前計(jì)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(yùn)時(shí)對(duì)其彎曲矢高跟蹤觀測(cè),并及時(shí)通知各拖運(yùn)船舶做好相應(yīng)調(diào)整。拖運(yùn)管道控制纜點(diǎn)應(yīng)合理布置,尤其在管道就位過(guò)程中管道軸線會(huì)與水流方向垂直,因此必須按照最小應(yīng)力原理布設(shè)控制纜點(diǎn),保證管道各點(diǎn)應(yīng)力在最小狀態(tài)下且在允許范圍內(nèi),并使管道在浮運(yùn)過(guò)程中受力均勻。
　　2.7沉管施工
　　海上管道工程距離長(zhǎng)、口徑大,需對(duì)水下鋼管實(shí)行全線質(zhì)量調(diào)節(jié),其方法是利用輕質(zhì)浮子根據(jù)不同的水深調(diào)節(jié)鋼管在水下的質(zhì)量,使其在相應(yīng)水深下沉過(guò)程中的曲率和應(yīng)力保持在允許范圍內(nèi)。
　　在陸上經(jīng)緯儀與測(cè)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(jìn)行管道沉放作業(yè)時(shí),應(yīng)控制好管道的形態(tài)及應(yīng)力(控制管道的應(yīng)力<120MPa)。經(jīng)模擬計(jì)算,可利用調(diào)節(jié)浮子配合3艘沉放船舶施工。
　　在陸上經(jīng)緯儀和測(cè)距儀的控制下,通過(guò)定位纜與起重船只調(diào)整管道位置,使管道與安裝軸線及位置準(zhǔn)確配合。管道位置調(diào)整正確后打開(kāi)管道兩端的進(jìn)水閥和排氣閥,遠(yuǎn)岸端進(jìn)水,近岸端排氣。3艘起重船和控制纜協(xié)同控制管道的自然進(jìn)水,此時(shí)管道要保持好適當(dāng)?shù)奈恢眯螒B(tài),使管道在一端進(jìn)水時(shí)另一端排氣順暢,防止氣阻或水錘的產(chǎn)生。在管道下沉過(guò)程中,起重船主要控制好管道形態(tài),管道應(yīng)力控制由質(zhì)量調(diào)節(jié)浮子實(shí)現(xiàn)。當(dāng)管道下沉接近起重船時(shí),各起重船即可協(xié)同管道下沉,下沉過(guò)程中務(wù)必控制下沉速度,同時(shí)3艘起重船的吊鉤應(yīng)相互協(xié)調(diào)使管道均勻下沉,使管道受力控制在容許范圍內(nèi)。此時(shí)用陸上經(jīng)緯儀不斷復(fù)核管道的軸線位置,以確保管道能準(zhǔn)確就位。管道下沉完成后,請(qǐng)潛水員進(jìn)行管道水下檢查處理,檢查整根管道的貼基情況,對(duì)局部架空、翹起處進(jìn)行鋪填和沖吸砂處理,保證管道貼基、受力良好。如發(fā)現(xiàn)特殊問(wèn)題,及時(shí)與水面指揮船舶聯(lián)系,研究處理方法。若水下檢查未發(fā)現(xiàn)不良現(xiàn)象,則盡快拆除質(zhì)量調(diào)節(jié)物,完成管道的沉放工作。管道沉放時(shí),一定要注意該管道的垂直度,以免影響擴(kuò)散器的正常使用。沉管到位后,應(yīng)立即進(jìn)行穩(wěn)管。根據(jù)設(shè)計(jì),穩(wěn)管采用砂子回填至設(shè)計(jì)標(biāo)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(xiàng)與塊石、砂墊層的施工相同。
　　3實(shí)施效果
　　該污水處理廠尾水排放管工程原設(shè)計(jì)為頂管施工，需資金約580萬(wàn)元，而且在海底浮泥中頂管施工存在反穿孔等危險(xiǎn),工期約需180d。而采用開(kāi)槽埋管施工可規(guī)避許多風(fēng)險(xiǎn),實(shí)際投入約450萬(wàn)元,工期僅用了100d。開(kāi)槽埋管施工技術(shù)解決了距離長(zhǎng)、大口徑管道存在的運(yùn)輸困難、水下焊接成本高、施工技術(shù)難度高等問(wèn)題,提高了工作效率,確保了管道的施工質(zhì)量和工期,規(guī)避了施工風(fēng)險(xiǎn),降低了施工成本,并且不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞,具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。工程實(shí)踐表明,開(kāi)槽埋管施工技術(shù)同樣適用于新建或改(擴(kuò))建水中管道工程的施工和地下水位較高的陸上開(kāi)槽埋管施工(不排水)。
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