河岸整治项目跨河给水管的吊装及沉管施工技术分析

邱 灿

(惠州市水电建筑工程有限公司，广东 惠州 516000)

0 引 言

河岸整治项目跨河给水管工程施工中，如果采取传统截流、围堰的施工方法，不但耗时长、成本大，而且不利于保证施工的安全性和质量。而采用吊装和沉管施工技术相互结合的方法，则可以有效解决传统施工存在的弊端。而且工程量比较小，可有效缩短施工工期，更好的保障施工质量和进度。基于此，开展河岸整治项目跨河给水管的吊装及沉管施工技术的分析研究就显得尤为必要。

1 工程概述

惠州市西枝江连通东江(新开河)河岸整治工程以“河畅、路通、水清、岸绿”为目标，按照“防洪排涝、截污治污、景观美化、生态修复”的治水理念，实施“防洪排涝、水质改善、景观美化和道路交通”四大工程，在提高河道防洪排涝能力的同时，完善两岸截污管道，营造两岸滨水景观，完善沿河交通设施，将新开河改造成集防洪排涝、休闲游乐、人水和谐、亲水宜居的生态河流。

本次沉管施工位置位于新开河北桥向新开河方向上游约100m处，河段水文环境良好，既不受过往通航船舶干扰影响，又具备通航条件，船舶可直达施工现场，有利对施工船舶选定、组织进场及沉管施工布置。因新开河整治需要拓宽河面，沉管施工属于管道改造，沉管两端上岸后与原旧管道碰接，然后将原过河段旧管道拆除。沉管分别为DN1600和DN600两条，DN1600×16沉管段长240.2m ,DN1600×16陆地明控施工段为94.5m ,DN600×14沉管段长240.2m ,DN600×10陆地明挖施工段357m。现场钢管布置图如图1所示。

图1 现场钢管布置图

2 给水管吊装施工

2.1 吊装方案和施工流程

案例工程整治需要拓宽河面，沉管施工属于管道改造，沉管两端上岸后与原旧管道碰接，然后将原过河段旧管道拆除，为提升给水管吊装的便捷性，采取了汽车吊和船吊相互穿插配合吊装方案，在统一的指挥下，统一起吊。

吊装施工的主要流程为：在正式吊装施工之前，对吊装施工地面的强度、承载力的等进行详细检验和核实，达到汽车吊和船吊相互穿插配合吊装的要求之后，摆放汽车吊和船吊的具体位置，再核实汽车吊和船吊相互穿插配合吊装的工作半径，达到设计要求之后，挂钩和试吊，确定吊装的相关参数，开始正式吊装管道下水，吊装到设计位置后就是摘钩，完成本次给水管的吊装操作[1]。

2.2 吊装过程控制

本工程在正式吊装之前，先将焊接好的钢管安置到施工现场，且DN1600和DN600的钢管分开摆放，二者相隔1m距离。且进行全面的技术交底，并掌握吊装过程中存在的各种安全隐患，按照试吊的参数和指标进行吊装操作。

本工程汽车吊和船吊相互穿插配合吊装的起吊点布置情况如图2所示。

图2 汽车吊和船吊相互穿插配合吊装起吊点布置图(mm)

工程共布设了8台机械设备，一字排开，同时准备两台相同型号的起重机应对吊装施工中发生的突发情况。为保证吊装的安全性，按照图2所示的吊点分布情况对DN1600钢管吊装进行验算，验算公式如下：

Q=K1×[0.02466t(D-t)×1+Q2]

(1)

式中：Q为单个吊装的荷载，t；K1为动载系数，本工程吊装中取1.1；t为钢管壁厚，mm，本工程取值为16mm；D为钢管外径，mm，本工程取值为1620mm；l为吊装均布荷载长度，m；Q2为100t起重配件重量，本工程取1.6t，这些数值带入到上述公式中，可得到Q为22.64t。

根据三一STC1000T-Ⅱ吊车支腿伸出最大距离3.9m与钢管距离保持1m的距离，现场两根钢管摆放间隔长度为3.3m，最外侧钢管靠近新开河河岸边2m距离，考虑河岸边坡按1∶1的坡比放坡距离为1m，额外考虑船吊吊装时预留长度，根据该起重机性能表工作幅度取14m，最优工况下最大荷载可达33t。工况情况为：工作幅度14m；出杆长度为33m，起重能力是33t>22.64t，船吊为200t，可以满足吊装要求。

2.3 吊装水下处理

管道吊装在水下基础开挖完成后进行，且在岸上气压试验检验合格后开始，下水后再在岸边进行二次水压试验。并对钢管进行下水后取整个悬浮在水中浮力演算，浮力计算公式如下：

F浮=ρ液gV排

(2)

式中：F浮为浮力，N；ρ液为水的密度，取103kg/m3；g为重力加速度，取9.8kg/m2；V为管道排水体积。就本工程而言浮力为：

F浮=1000×9.8×
(3.14×0.82×240.2)=473051.81N

(3)

经过验算F浮远>G自，管道浮在水面上，用拖船将管道水上拖运至东江进行调整角度，方便接驳两岸现有管道。

2.4 给水管水下托运

钢管吊入水面后，A、B头(A头在前)各采用2条拖轮把沉管段浮拖往东江掉头后再进入新开河，直至拖至指定沉管位。具体的平面布置图如图3所示。

图3 平面布置图

具体的给水管水下托运方法为：先将钢管吊装浮至新开河河面；再通过拖船将钢管拖运至东江；接着拖运至东江后，调整管头方向；然后将钢管拖运回新开河；最后拖至沉管位置。

3 河岸整治项目跨河给水管沉管施工技术应用要点

3.1 制作作业平台

就案例工程而言，在水上作业时需要搭设工作平台，才能保证沉管施工顺利进行，为满足汽车吊和船吊相互穿插配合吊装的要求，需要搭设的水上平台能够很好的承载长臂挖掘机，自重为30t，臂重为6.6t，总重量为36.6t。为保证沉管施工各道工序能够高效开展，需要搭设工作平台结构尺寸为18m×10m。水上作业平台主体材料为D1800×16mm螺旋钢管和型钢[2]。在一端的两侧安装上4.5m长，直径为1800mm的钢管，另一端两侧则通过9m长D1800钢管和矩形箱体作为配重，以保证浮船的稳定性。

3.2 测量放线

在案例工程沉管施工中，为保证沉管位置的准确性，还在河道两岸布设了测量控制网，并对水下管道沟槽进行开挖放线，设置控制点浮标。同时为更好的控制沟槽开挖底部标高，还需要在河岸两侧的水面以下约1.0m的位置布设一支水标尺，以便及时掌握河道水位的变化情况，从而按照水位高程对沟槽开挖的底标高进行详细测量和控制，以最大限度确保沟槽开挖的准确性。

3.3 钢管加工

在沉管施工中，所选择的钢管，必须保证证书齐全，且钢管没有裂纹、锈蚀等。钢管进场之前，需要进行抽检，再由监理工程师验收合格之后，才能进行施工。D1800钢管可采取电弧焊进行连接，焊接时要采取双面坡口焊接，焊接完成之后，再用超声波探伤仪进行探测，保证焊缝质量达标之后，还要进行防腐涂装。为给水下立模提供良好的环境，可在钢管之上制作模板，钢管施工中，钢管一侧要用型钢制作模板支架，控制支架间距在1.25m左右。本工程选择的支架由两根横杆和一根立杆共同组成，其中横杆的长度控制在50cm左右，焊接到钢管的上下两个部分[3]。立杆则焊接在横杆之上，立杆的高度需要和外包混凝土的高度相互一致。为满足钢管浮动和沉放的实际需求，需要对两根管节进行科学有效的处理。钢管的两端通过厚度为20mm的钢板封堵严实，并在适当的位置之上，焊接上两个D50管接头，安装2个D50闸阀，作为管道沉放的进水口或者是排气口。

3.4 管道的浮动和沉放

为保证河岸整治项目跨河给水管沉管施工质量，控制好河道水文和地质条件对沉管施工造成的不良影响，可采取以下控制措施：

1)准备好的管道从岸上运输到河道内部后，再用2台70t的吊车起吊，完成管道下水之后，在河道两岸再用2道牵引索，在人工辅助控制牵引机的作用下，在岸边对管道进行牵引，通过河道水的浮运方法进行控制，以最大限度上保证浮运的平衡性和安全性。

2)当管道下沉到位之后，需要及时在河面之上，进行管道加固型钢、连接件制作和安装。再用河岸两侧提前布设好的牵引索对管道进行临时固定[4]。

3)管道固定完成之后，及时打开进水管，通过潜水泵对管道进行注水。边注水，边打开管道末端的排气阀门。保证在灌水期能够及时排出管道中的空气。以保证管道能够在自重的作用下自然下沉， 在进行吊装下沉中，需要保证管道水平，能够整体同步沉放到槽底。

4)沉管下沉到位之后，及时拆除管头上的法兰和盲板，将法兰吊放到给水管道的连接位置，再由潜水人员下水操作连接法兰。在进行管道下沉过程中，为避免发生不均匀沉降，引起管道完全应力过大等问题，需要严格控制好沉管的速度，保证每个牵引点都相对平衡，以提升沉管施工质量。

3.5 水下混凝土浇筑

沉管施工完成之后，及时开展钢筋和模板安装，安装完成之后及时检验，符合要求后，再进行混凝土浇筑。为保证混凝土浇筑的质量，本工程采取了水下不离析混凝土浇筑方法，并用多导管进行水下浇筑。具体的浇筑顺序为河道两侧向中间逐步浇筑。每侧需要至少安排2根导管进行施工，每根导管之上都需要配置一个料斗，料斗从岸上吊车起吊后再固定[5]。混凝土从集中拌和站拌和完成之后，通过混凝土罐车运输到施工现场，倒进漏斗中进行灌注。在混凝土浇筑中必须连续不断的进行，中途不能停止，边浇筑，边用测深锤检测混凝土的标高，以保证混凝土浇筑质量。

4 结 语

综上所述，河岸整治工程经采用汽车吊与船吊相互穿插配合吊装方法和沉管施工技术，使水下吊装施工更为简捷，工程量小，施工成本低，不仅确保了工期及施工质量，同时为水下吊装成功施工积累了经验。因此，在河岸整治项目跨河给水管中应用时，需要结合现场实际情况，制定科学的施工方案，并按照设计要求和相关规范，控制好每道工序的质量，才能最大限度上保证施工质量，值得在类似工程中借鉴推广。