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摘要：由于埋深大、覆土浅、土质复杂、地下水位高等不利因素,过河顶管施工技术一直是施工中的难题。本文结合某自来水厂过河管道施工为例，对施工技术的方法及步骤进行分析探讨。
关键词：过河管道；施工方法；浮沉法
Abstract: Because of the great depth, soil, groundwater, shallow soil complex of higher unfavorable factors, construction technology across the river is always a difficult problem in the construction of pipe jacking. This paper combines the waterworks river pipeline construction as an example, methods and steps of the construction technology is discussed.
Key words: cross river pipeline; construction method; floatation method
中图分类号：TQ639.2文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
南方某自来水厂供水能力合计120万m3, 占本市区供水量的31.6%。为保障这两大水厂的供水，该自来水公司决定在在两大水厂附近建设取水泵站，设计取水能力30万m3 /d。项目包括取水设施工程及原水输水管道工程, 项目总投资约4.65 亿元。其中, 输水管道长约20km (DN2000mm, DN2200 mm, DN2400mm 管)，全线输水管道工程通过河流5次，总长度约2984 m。
2 设计要点及计算
采用倒虹管方式在河床下面穿过河沟,管材及管子接口采用半球型承插式钢管(如图1所示) 。
图1半球型承查式钢管焊接示意图
2.1管道吊装计算。需计算的内容有钢管的强度、挠度、扭转,从而确定吊环的距离与位置(通过管道成型图表示)，计算及最后吊环的间距都选取较大的安全系数,以达到确保吊装工程安全进行的目的。
2.2 进水口直径计算。按无压( 沉管时每次下沉或提升控制在0.2 m) 考慮。
2.3 排气孔。进水与排气的关系直接影响成型管能否稳妥下沉及下沉的速度, 这样排气孔的口径及位置要视施工实际情况合理确定。即使这样施工时也要做好进水量与透气的平衡控制工作,进水量要适当,不要过快,使管内水位全面平稳上升,管渐渐下沉。
排气孔口径按进水条件排气,根据水和空气容积平衡的原理计算,在成型管的两端各设置一个排气孔。
2.4 管沟。a.水下管沟的沟底宽度和边坡根据土壤性质、水流速度、回淤情况、施工条件确定; b.水下管沟的挖深,根据工程等级与冲刷情况确定大于(D+1) m; c.过河管入沟后,先填20cm厚的碎石,再将管沟回填到原河床高程。
2.5 钢管基础计算。在河床下敷管需考虑防止冲刷的措施,即当河床的河水流速因过快超过河床的不冲刷流速时,则河床土质将不稳定,需做管道基础, 遇有流砂时还需设固定桩。
这次设计基础采用单个支墩的形式。基础上设矩形钢筋混凝土支承梁, 其大小和外形考虑潜水员水下安装的方便与可能。由于施工条件限制,各个支墩位置不可能做到完全在同一条直线上,故在基础计算时按偏心受压作核算。
2.6 水下穿越管道的稳定。水下管道与陆上管道不同, 二者铺设环境不一样, 水下管道多了一个水流影响因素。水流不仅对管道产生多种作用力( 如浮力、动水上抬力、水平推力以及对流对悬空管道引起的振动等) ，而且对于敷设管道的河床边会引起冲刷,冲刷剧烈会危及管道的安全。为避免产生漂浮和位移, 采取焊接钢管楔子稳定管道。
2.7钢管的外防腐。先采用橡胶沥青类冷施工防腐胶带/ RD-60型; 后联合保护措施。管道外防腐绝缘与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防腐蚀措施。故本设计计划在适当的时候再加设阴极保护。
2.8管道试验。倒虹管道的试压和严密性试验(试压介质用水, 严密性试验用氮气、空气) 分管段和整体两阶段,管段的分段试压在管段组装、焊接完并经检验合格后进行,整体试压在倒虹管道全部完成后进行。两阶段共进行四次试验。
3 方案选择
首先根据工程的情况，确定对比方案的范围和内容，各方案的作用应是相同的，即各方案应具有可比性；其次列出对比方案所有可能实行的技术方案。即不能漏掉实际可能的技术方案，又不能把技术上不能成立或技术上尚未过关的方案列出来作为备选方案，避免选出的方案不是最优方案或选出的最优方案在实际上无法实施或兑现；再次对每个技术方案的优缺点进行详细的分析，并根据口径对应一致的原则，对各方案的效益及费用包括初期投资和运营费用进行细致全面的计算，分析计算得愈细致、愈透彻、愈全面，对每个技术方案的评价就准确；最后根据各方案的投资和运行费用数据，选择合适的计算方法，对备选方案进行排队分析，选出最优方案。
4 施工准备
(1)施工前，应对开槽范围的地上、地下障碍物进行核查，逐项清查障碍物构造情况，以及与管网工程的相对位置关系；(2)按设计规划红线进行放线，按放坡系数确定每段开挖宽度；(3)土方开挖前，必须先测量放线，测设高程，在挖掘土方施工过程中，应进行中线、槽断面、高程的校核；(4)管桩设计上，由于广州地层含砂、含砾的地层较多，大多数为砂性土或砂粘土，因此，管桩设计时应按摩擦桩计算。
5沉管施工过程
5.1 钢管制备
将制造厂制作好的钢管分段运到现场先在陆上进行拼接,做成整条两端带弯头的管, 本工程过河处没有够条件的场地, 为此在河下游1km 处找到一处靠河岸、够长、平整的场地,场地沿河岸走向, 钢管可以方便地吊入河中。
由于管道沉入水底约10m 埋设, 安装好后几乎不能维修, 对钢管的焊接质量、防腐质量要求很高, 需严格控制。
钢管拼接前要根据设计图画好详细的施工分解图, 作好工艺评定, 确定好施工工艺, 各工序要进行严格的质量控制, 河中焊缝的质量要比陆上焊缝的质量提高一个等级进行控制, 防腐要求也要提高一个等级。
由于钢管还要进行吊运、拖移等操作, 焊缝的延展性要好, 为此最好用碱性焊条进行现场焊缝的焊接; 沉管过程中, 如沟槽有塌方, 弯头处将会承受较大弯矩, 因此弯头处要进行加固处理。
5.2 钢管检查
过河钢管要按要求进行严格的焊缝外观及内部探伤检查,保证焊接质量, 先在岸上进行水压试验, 检查钢管的强度及严密性, 然后在1.2 倍工作压力下稳压24h 以消除焊缝应力, 最后对管道进行内外防腐处理。钢管两端的堵头及灌水排气装置不要拆除, 放干试压的水后关紧各阀门待用。
5.3 测量放线、沟槽开挖
由于河道宽,要用GPS定位仪定出左、右两岸的坐标点。河床中管沟的开挖设备采用水上抓斗挖掘船,运泥船运走,不能将淤泥抛于河道中阻塞航道; 由于水流作用, 挖掘船会移位,开挖过程中要经常调整船位,同时要在两岸用醒目的标杆作出管道轴线标记供操作员目测定位, 岸上指挥员也要注意轴线不能偏移。
在水中开挖, 由于水流的作用, 沟槽容易塌方, 因此沟槽的边坡及底宽要比在陆上开挖大得多, 且不容易控制, 这要求操作员提高操作技能, 操作员要与指挥员密切配合。
沟槽底高程的控制是一个难点, 在两岸要作好醒目的标记外, 测量人员要随时在开挖过程中检查, 用探杆探测, 作好记录,指挥操作员调整开挖位置。
沟槽的开挖是水下进行, 不可见性较大。潜水员要经常下水检查沟槽开挖情况, 是否有未挖到的残泥阻碍施工, 未达到要求的必须及时反馈给开挖人员重新补挖至设计要求以确保沉管的顺利进行。
由于管道沉入河中后很难再吊起来进行再次开挖, 因此全段沟槽开挖完毕后, 潜水员要检查并对沟槽进行清理、平整, 保证沟槽符合要求, 合格后才能进行沉管。
5.4 拖管、沉管
钢管吊入河中及沉管时吊入管沟都用船吊, 要根据钢管的刚性适当布置吊点, 使钢管均匀受力, 避免变形甚至折断, 我们选用4 台吊装船进行吊装, 每个吊点用3 条钢丝绳, 捆绑用钢丝绳是用胶管套住的专用钢丝绳,防止吊装时防腐的损坏及吊装的牢固。
管吊入水中浮起, 用拖船沿河道拖运到施工现场就位。沉管前首先进行定位线的标识, 在两岸用油漆标注好管道里程位置, 并清晰可见, 弯头起弯点要定位准确; 轴线利用开挖时作的标杆, 沉管前要进行校准。
沉管时速度要均匀, 两端要平衡, 为了便于观测, 在两端弯头的弯起段每间隔200mm 标注高程点, 并清晰可见, 这样通过两端的高程点的控制而控制管下沉的速度及管道的平衡。
本工程沉管处靠近河流入海口, 水面高程受潮汐影响, 沉管要选择最高潮位时, 以便吊船能够靠近岸边。同时涨到最高水位时有1h 左右的时间水位是较稳定的, 沉管在该段时间内完成容易保证质量, 沉管速度要根据这个时间来控制。
管道灌水下沉时, 必须定位准确无误, 并在沉管中经常核测。充水时及时排气, 使管内空气排尽不得产生夹生现象, 以防止管产生扭转变形, 下沉的速度不得过快, 通过两端弯头上高程线控制, 吊装时应保持管道的平衡, 同步均匀沉放槽底就位。
管道铺设后, 潜水员下水检查管底与沟底的接触均匀程度和紧密性, 管下如有冲刷应用砂或砾石铺填, 同时检查接口情况及测量管顶高程和位置, 并由当地航道局验收管顶高程和位置,验收合格后将管稳固撤走吊机。
稳固采用3~ 7cm 的碎石先将两侧部位及中部直至管顶高程。潜水员检查合格后再次进行水压试验。
经过1.0MPa 强度试验合格, 采用2~ 4cm 碎石整条管道进行回填, 满足设计要求及航道局要求, 将两岸管割掉堵头接通, 安装管道附件, 完成沉管施工。
6 保证措施
6.1 质量保证
(1)开工前组织施工人员学习有关标准、规范，掌握施工圖纸及设计要求，使管理人员及操作者按标准、规范指挥施工，并使之良好的运行实施; (2)加强对原材料的管理，确保材质无误; (3)加强施工管理，做到开工前有报告，工序有交接，验收有标准，隐蔽有检查，竣工有评定，交工有资料;(4)认真做好各项质量检查制度，记录做到齐、全、准、实，做好自检工作。
6.2 安全保证
在安全保证问题上，应注意三点：一是要认真贯彻有关部门劳动生产安全的文件，执行《建安安全操作规程》。二是要在开工前进行技术交底，使操作者掌握有关的安全操作技术。三是要充分认识工程的特点，结合施工方案，坚持安全第一的原则组织施工，文明施工。
7 小结
综上所述，在管道的施工实践中，要正确把握工程现场环境、地质地貌、气候状况、设计要求及选用管配件材料，正确把握好施工工程的技术措施，以提高工程造价的合理与经济性。
参考文献
[1] 季本银.过河管道的选型及其施工注意事项[J].西南给排水,2003(25).
[2] 荆彤彤,孔令红.浅析给水管道施工中的管道试压[J].黑龙江科技信息,2007(8).
[3] 王彦.给水管道施工中的管道试压董广滨[J].黑龙江科技信息,2000(4).
关键词：过河管道；施工方法；浮沉法
Abstract: Because of the great depth, soil, groundwater, shallow soil complex of higher unfavorable factors, construction technology across the river is always a difficult problem in the construction of pipe jacking. This paper combines the waterworks river pipeline construction as an example, methods and steps of the construction technology is discussed.
Key words: cross river pipeline; construction method; floatation method
中图分类号：TQ639.2文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
南方某自来水厂供水能力合计120万m3, 占本市区供水量的31.6%。为保障这两大水厂的供水，该自来水公司决定在在两大水厂附近建设取水泵站，设计取水能力30万m3 /d。项目包括取水设施工程及原水输水管道工程, 项目总投资约4.65 亿元。其中, 输水管道长约20km (DN2000mm, DN2200 mm, DN2400mm 管)，全线输水管道工程通过河流5次，总长度约2984 m。
2 设计要点及计算
采用倒虹管方式在河床下面穿过河沟,管材及管子接口采用半球型承插式钢管(如图1所示) 。
图1半球型承查式钢管焊接示意图
2.1管道吊装计算。需计算的内容有钢管的强度、挠度、扭转,从而确定吊环的距离与位置(通过管道成型图表示)，计算及最后吊环的间距都选取较大的安全系数,以达到确保吊装工程安全进行的目的。
2.2 进水口直径计算。按无压( 沉管时每次下沉或提升控制在0.2 m) 考慮。
2.3 排气孔。进水与排气的关系直接影响成型管能否稳妥下沉及下沉的速度, 这样排气孔的口径及位置要视施工实际情况合理确定。即使这样施工时也要做好进水量与透气的平衡控制工作,进水量要适当,不要过快,使管内水位全面平稳上升,管渐渐下沉。
排气孔口径按进水条件排气,根据水和空气容积平衡的原理计算,在成型管的两端各设置一个排气孔。
2.4 管沟。a.水下管沟的沟底宽度和边坡根据土壤性质、水流速度、回淤情况、施工条件确定; b.水下管沟的挖深,根据工程等级与冲刷情况确定大于(D+1) m; c.过河管入沟后,先填20cm厚的碎石,再将管沟回填到原河床高程。
2.5 钢管基础计算。在河床下敷管需考虑防止冲刷的措施,即当河床的河水流速因过快超过河床的不冲刷流速时,则河床土质将不稳定,需做管道基础, 遇有流砂时还需设固定桩。
这次设计基础采用单个支墩的形式。基础上设矩形钢筋混凝土支承梁, 其大小和外形考虑潜水员水下安装的方便与可能。由于施工条件限制,各个支墩位置不可能做到完全在同一条直线上,故在基础计算时按偏心受压作核算。
2.6 水下穿越管道的稳定。水下管道与陆上管道不同, 二者铺设环境不一样, 水下管道多了一个水流影响因素。水流不仅对管道产生多种作用力( 如浮力、动水上抬力、水平推力以及对流对悬空管道引起的振动等) ，而且对于敷设管道的河床边会引起冲刷,冲刷剧烈会危及管道的安全。为避免产生漂浮和位移, 采取焊接钢管楔子稳定管道。
2.7钢管的外防腐。先采用橡胶沥青类冷施工防腐胶带/ RD-60型; 后联合保护措施。管道外防腐绝缘与阴极保护的联合使用是最经济、最合理的防腐蚀措施。故本设计计划在适当的时候再加设阴极保护。
2.8管道试验。倒虹管道的试压和严密性试验(试压介质用水, 严密性试验用氮气、空气) 分管段和整体两阶段,管段的分段试压在管段组装、焊接完并经检验合格后进行,整体试压在倒虹管道全部完成后进行。两阶段共进行四次试验。
3 方案选择
首先根据工程的情况，确定对比方案的范围和内容，各方案的作用应是相同的，即各方案应具有可比性；其次列出对比方案所有可能实行的技术方案。即不能漏掉实际可能的技术方案，又不能把技术上不能成立或技术上尚未过关的方案列出来作为备选方案，避免选出的方案不是最优方案或选出的最优方案在实际上无法实施或兑现；再次对每个技术方案的优缺点进行详细的分析，并根据口径对应一致的原则，对各方案的效益及费用包括初期投资和运营费用进行细致全面的计算，分析计算得愈细致、愈透彻、愈全面，对每个技术方案的评价就准确；最后根据各方案的投资和运行费用数据，选择合适的计算方法，对备选方案进行排队分析，选出最优方案。
4 施工准备
(1)施工前，应对开槽范围的地上、地下障碍物进行核查，逐项清查障碍物构造情况，以及与管网工程的相对位置关系；(2)按设计规划红线进行放线，按放坡系数确定每段开挖宽度；(3)土方开挖前，必须先测量放线，测设高程，在挖掘土方施工过程中，应进行中线、槽断面、高程的校核；(4)管桩设计上，由于广州地层含砂、含砾的地层较多，大多数为砂性土或砂粘土，因此，管桩设计时应按摩擦桩计算。
5沉管施工过程
5.1 钢管制备
将制造厂制作好的钢管分段运到现场先在陆上进行拼接,做成整条两端带弯头的管, 本工程过河处没有够条件的场地, 为此在河下游1km 处找到一处靠河岸、够长、平整的场地,场地沿河岸走向, 钢管可以方便地吊入河中。
由于管道沉入水底约10m 埋设, 安装好后几乎不能维修, 对钢管的焊接质量、防腐质量要求很高, 需严格控制。
钢管拼接前要根据设计图画好详细的施工分解图, 作好工艺评定, 确定好施工工艺, 各工序要进行严格的质量控制, 河中焊缝的质量要比陆上焊缝的质量提高一个等级进行控制, 防腐要求也要提高一个等级。
由于钢管还要进行吊运、拖移等操作, 焊缝的延展性要好, 为此最好用碱性焊条进行现场焊缝的焊接; 沉管过程中, 如沟槽有塌方, 弯头处将会承受较大弯矩, 因此弯头处要进行加固处理。
5.2 钢管检查
过河钢管要按要求进行严格的焊缝外观及内部探伤检查,保证焊接质量, 先在岸上进行水压试验, 检查钢管的强度及严密性, 然后在1.2 倍工作压力下稳压24h 以消除焊缝应力, 最后对管道进行内外防腐处理。钢管两端的堵头及灌水排气装置不要拆除, 放干试压的水后关紧各阀门待用。
5.3 测量放线、沟槽开挖
由于河道宽,要用GPS定位仪定出左、右两岸的坐标点。河床中管沟的开挖设备采用水上抓斗挖掘船,运泥船运走,不能将淤泥抛于河道中阻塞航道; 由于水流作用, 挖掘船会移位,开挖过程中要经常调整船位,同时要在两岸用醒目的标杆作出管道轴线标记供操作员目测定位, 岸上指挥员也要注意轴线不能偏移。
在水中开挖, 由于水流的作用, 沟槽容易塌方, 因此沟槽的边坡及底宽要比在陆上开挖大得多, 且不容易控制, 这要求操作员提高操作技能, 操作员要与指挥员密切配合。
沟槽底高程的控制是一个难点, 在两岸要作好醒目的标记外, 测量人员要随时在开挖过程中检查, 用探杆探测, 作好记录,指挥操作员调整开挖位置。
沟槽的开挖是水下进行, 不可见性较大。潜水员要经常下水检查沟槽开挖情况, 是否有未挖到的残泥阻碍施工, 未达到要求的必须及时反馈给开挖人员重新补挖至设计要求以确保沉管的顺利进行。
由于管道沉入河中后很难再吊起来进行再次开挖, 因此全段沟槽开挖完毕后, 潜水员要检查并对沟槽进行清理、平整, 保证沟槽符合要求, 合格后才能进行沉管。
5.4 拖管、沉管
钢管吊入河中及沉管时吊入管沟都用船吊, 要根据钢管的刚性适当布置吊点, 使钢管均匀受力, 避免变形甚至折断, 我们选用4 台吊装船进行吊装, 每个吊点用3 条钢丝绳, 捆绑用钢丝绳是用胶管套住的专用钢丝绳,防止吊装时防腐的损坏及吊装的牢固。
管吊入水中浮起, 用拖船沿河道拖运到施工现场就位。沉管前首先进行定位线的标识, 在两岸用油漆标注好管道里程位置, 并清晰可见, 弯头起弯点要定位准确; 轴线利用开挖时作的标杆, 沉管前要进行校准。
沉管时速度要均匀, 两端要平衡, 为了便于观测, 在两端弯头的弯起段每间隔200mm 标注高程点, 并清晰可见, 这样通过两端的高程点的控制而控制管下沉的速度及管道的平衡。
本工程沉管处靠近河流入海口, 水面高程受潮汐影响, 沉管要选择最高潮位时, 以便吊船能够靠近岸边。同时涨到最高水位时有1h 左右的时间水位是较稳定的, 沉管在该段时间内完成容易保证质量, 沉管速度要根据这个时间来控制。
管道灌水下沉时, 必须定位准确无误, 并在沉管中经常核测。充水时及时排气, 使管内空气排尽不得产生夹生现象, 以防止管产生扭转变形, 下沉的速度不得过快, 通过两端弯头上高程线控制, 吊装时应保持管道的平衡, 同步均匀沉放槽底就位。
管道铺设后, 潜水员下水检查管底与沟底的接触均匀程度和紧密性, 管下如有冲刷应用砂或砾石铺填, 同时检查接口情况及测量管顶高程和位置, 并由当地航道局验收管顶高程和位置,验收合格后将管稳固撤走吊机。
稳固采用3~ 7cm 的碎石先将两侧部位及中部直至管顶高程。潜水员检查合格后再次进行水压试验。
经过1.0MPa 强度试验合格, 采用2~ 4cm 碎石整条管道进行回填, 满足设计要求及航道局要求, 将两岸管割掉堵头接通, 安装管道附件, 完成沉管施工。
6 保证措施
6.1 质量保证
(1)开工前组织施工人员学习有关标准、规范，掌握施工圖纸及设计要求，使管理人员及操作者按标准、规范指挥施工，并使之良好的运行实施; (2)加强对原材料的管理，确保材质无误; (3)加强施工管理，做到开工前有报告，工序有交接，验收有标准，隐蔽有检查，竣工有评定，交工有资料;(4)认真做好各项质量检查制度，记录做到齐、全、准、实，做好自检工作。
6.2 安全保证
在安全保证问题上，应注意三点：一是要认真贯彻有关部门劳动生产安全的文件，执行《建安安全操作规程》。二是要在开工前进行技术交底，使操作者掌握有关的安全操作技术。三是要充分认识工程的特点，结合施工方案，坚持安全第一的原则组织施工，文明施工。
7 小结
综上所述，在管道的施工实践中，要正确把握工程现场环境、地质地貌、气候状况、设计要求及选用管配件材料，正确把握好施工工程的技术措施，以提高工程造价的合理与经济性。
参考文献
[1] 季本银.过河管道的选型及其施工注意事项[J].西南给排水,2003(25).
[2] 荆彤彤,孔令红.浅析给水管道施工中的管道试压[J].黑龙江科技信息,2007(8).
[3] 王彦.给水管道施工中的管道试压董广滨[J].黑龙江科技信息,2000(4).