大型钢管穿越河涌工程中水下对接施工技术的应用
梅松军
广州市自来水公司（广州 510600）；
摘要：通过对广州市西江引水工程中大型钢管（DN3600）应用水下对接施工技术成功穿越了大榄河涌的工程实例，介绍了水下对接施工工艺流程，系统阐述了拼接管道和管套、管道牵引就位、沉管、水下对接及水下混凝土浇筑等主要施工技术要点，为类似工程施工提供参考。
关键词：大型钢管，穿越，水下对接，施工技术
Application of Underwater Jointing Construction Technology in Large
Diameter Steel pipe Crossing River
MEI Songjun
Guangzhou Water Supply Company, Guangzhou 510160 China
Abstract: Taking large diameter steel pipe (DN 3600) crossing Dalan river by underwater jointing construction technology in Xijiang River diversion project as example, the paper introduces flow chart of construction and comprehensively describes main points of construction technology, such as assembling pipe and tube, placing the pipe in position by pulling rig, immersed pipe, underwater jointing and underwater concreting. It can provide reference for similar projects.
Key words: Large diameter steel pipe, crossing, underwater jointing, construction technology
1工程概况
西江引水工程是广州亚运的配套工程，取水设计规模为350万m /天，从佛山三水区思贤滘下陈村西江河段取水，由两条管径3.6米的主管引水至广州白云区鸦岗配水泵站后，分别输送到广州市西北部江村水厂、石门水厂和西村水厂。管线沿途跨越广、佛两市三区，全长71.6公里，工程规模巨大，是国内大型长距离输水工程之一。
输水管道横穿佛山市南海区大榄涌（河涌宽30余米），管道采用两条DN3600钢管并排敷设，过河涌段分两期倒边施工。一期（东侧）已于2010年3月施工完毕，二期（西侧）原设计方案采用围堰施工，由于地质条件比原地质详勘结果更为复杂, 围堰施工过程中先后三次采用止水、堵漏的方法都尚未能成功（原佛山一环道路工程在跨越此处施工时也遇到此类情况）。鉴于广州3
市西江引水工程工期的紧迫性，施工时又进入了河涌丰水期，经现场技术勘察决定采用带水作业的水下对接方式进行施工。主要通过加工一条内径比钢管外径大10cm 的套管（DN3752），在可干作业的基底将套管与三节钢管（18m ）焊接成一个整体，用堵头板将两端封闭。将基坑灌满水，清除坑内土方至设计标高。由吊机或人力牵引悬浮的管道至接管位置，下沉与预留管口对接后（如图1所示），浇注包管混凝土，然后抽水在管内焊接管缝。 DN3600钢管DN3752套管DN3600钢管
图1 管道对接示意图
Fig. 1 Schematic diagram of pipe jionting
2施工工艺流程
根据过河管施工现场特点，结合设计及施工验收规范要求，制定出大型钢管穿越河涌的水下对接施工工艺流程，详见图2所示。
图2 水下施工工艺流程
Fig.2 Flow chart of underwater jointing construction
3主要施工技术要点
3.1拼接管道和套管
①安装挡水板
在河涌东西两侧（东侧龙门吊附近、西侧泄水阀井附近）各安装两个挡水板，将管道封闭，防止灌水施工时对其他部位造成影响。
②套管加工
制作两节内径为3752mm 和长400mm 的套管，套管采用Q235钢板，板厚为26mm （与主管相同）。套管与管道连接部位设八块加强肋板，“米”字型布置，肋板呈等边直角三角形状（边长为50mm ）。
同时，套管内壁上下左右四个方向各设楔形钢板一块，形成对接喇叭口，确保对接对中，如图3所示。
图3 套管加工
Fig.3 tube processing
③管道和套管拼接
将加工好的套管在施工现场与三节DN3600钢管（18m ）在泄水阀井附近已浇筑砼底板的基底焊接成一个整体，确保管道有足够的长度穿越河涌段。
④加配重和焊接堵头板
为防止管道在浮移过程中出现转动，连接完成后，在管内放置1排预制混凝土垫块作为配重。垫块两侧用槽钢限位，槽钢与管道内壁点焊。配重加装完毕后，用堵头板将管两端封闭。堵头板采用8mm 厚Q235钢板，与管道内壁满焊，两侧用15#槽钢米字型加固，面板上预留阀门接口，如图4所示。
图4 堵头板及槽钢加强肋大样图
Fig. 4 Master drawing of Plug plate and stiffening ribs of channel steel
3.2安装进水管、排气管和阀门
在堵头板上方设Ø80进水管和排气管各一个，通过注水量控制管道在水中悬浮的状态及深度，管材为不锈钢管，一头与堵头板焊接，另一端套丝与球阀连接。引出水面后用软管连接。进水孔下方设三个排水孔，当基坑排水到相应的深度时，依次打开球阀放出管内的水。管材和阀门型号同进水孔。
3.3焊接吊耳、牵引孔、测量标杆和定位连接件
在管道顶部、沿轴线位置，设置4个吊耳，供牵引移管、吊管、对接管道使用, 采用26mm 厚
Q235钢板制作。设3个测量标杆预留接头，供管道标高测量控制使用，采用直径50mm 不锈钢管制作，长200mm ，顶端套丝50mm 与标杆连接。布设位置见图5所示。
图5 管道吊耳、测量标杆和牵引孔的布置
Fig. 5 Layout of lifing lug, pulling hole and measure benchmarks in pipe
3.4管内注水和坑内灌水
①管内注水
注水前对注水量应进行计算，确保管道处于悬浮状态。根据浮力公式可知，当物体处于悬浮状态时，物体本身的质量与浮力相等。已知管道和配重的总重量约53吨，由公式G 物=F浮=ρ水gv 排，可计算出V 排为53m 。整个管道容积183m ，因此需往管道灌水130m 才能保证管道完全悬浮在333
水中。注水完毕后，关闭进水管和排气管上的球阀。根据现场实际观察，及时调整水量，如灌水量过多要加气，灌水量不足要补水，始终确保管道悬浮。
②坑内灌水
封板安装完成且管内灌水完成后，用水将基坑灌满，使基坑内水位与河涌水位齐平或略高于河涌水位。
3.5水下挖土、清障和平基
采用长臂挖机在基坑边清理坑内泥土至设计标高，挖机无法清除的地方或障碍物安排蛙人（专业水工）轻潜到水下清理，清理完毕后整平。
3.6管道牵引就位
采用人工在前方牵引，使悬浮管道向安装点靠近，管道移动应平稳缓慢。为防止管道在浮移过程中，偏离方向，在每到钢支撑上焊接两条钢管或槽钢作为限位措施，在管道移动的同时蛙人水下辅助，确保管道能顺利就位，如图6、7所示。
Fig. 6 Master drawing of limit steel pipe 钢板桩钢支撑牵引绳
钢围檩
包管混凝土
先期施工管道
图7 管道牵引就位
Fig. 7 Placing the pipe in position by pulling rig
3.7沉管
到达预定安装位置以后，接长测量标杆，用钢丝绳将吊机与管道连接，打开阀门将管道内灌满水后，用吊机将管道缓慢放入基底预先放置的垫块上。
3.8水下对接及固定
①管道对接
管道放入水底后，由蛙人在预留管口中轴线上水下焊接一个测量标杆，用来控制对接管的轴线和标高。由吊机缓慢移动管道，并逐渐靠近预留的接口处，根据全站仪和水准仪的测量数据，由吊机移动钢丝绳来确定对接管的轴线和标高，蛙人辅助定位后，将套管缓缓套入预留管口。
在地面设置锚固点，将尾端吊耳与锚固点用拉紧拉索（钢丝绳+手拉葫芦）连接起来，通过统一指令作业人员同步拉紧手拉葫芦（5t 以上），将管道对接紧密。拉紧拉索设置两根，左右两侧各一根，与水平方向成30°左右的夹角，如图,8所示。
吊机一吊机二
图8 管道对接
Fig. 8 Pipe jointing
②管道固定
管道对接紧密后，采用5块40mm ×40mm 钢板（δ26mm 、Q235）沿管周边将套管内壁与先期施工钢管外壁焊接牢固，防止接口松动或脱落。采用垫块和砂包将管道垫牢，确保管道不下沉、不偏移，轴线和标高符合设计要求。
③管道外缝处理
管道固定后，采用水下堵漏材料将套管与先期施工钢管之间的缝隙（5cm ）填满，起到防腐、
防漏、密缝的作用。
3.9浇注水下包管混凝土
①管道抗浮和抗移位固定措施
混凝土浇筑时可能会将管浮起抬高或挤偏，因此需要采取抗浮、抗移位措施。在管道外壁用φ48钢管沿轴线方向设三道顶撑、斜撑和水平撑，相邻撑间距6000mm 。
②混凝土浇筑
水下混凝土分层浇筑，每层1.5m-2.0m ，下层初凝后方可浇筑上层混凝土。开始灌注时，导管底端到基底的距离为0.3m ；首槽砼用量要使导管埋深1m 以上。随着混凝土的上升，适时提升和拆卸导管，导管底端埋入混凝土面以下保持2～6m ，严禁把导管底端提出混凝土面；在水下混凝土灌注过程中，设专人测量导管埋深，填写好水下混凝土灌注记录表；水下混凝土的灌注连续进行，不得中断，详见图9所示。
第三次浇注
第二次浇注
第一次浇注
图9 水下浇筑混凝土示意图
Fig. 9 Schematic diagram of underwater concreting
3.10抽排水、内缝焊接和后续管道施工
①抽排水
待包管混凝土有一定的强度后，开始抽排基坑内的水。随着水位的下降，打开尾部封板上的球阀排放管道内的水。
②内缝焊接
割除封板及米字型槽钢，进入管内清除出淤泥等杂物。然后检查内缝对接情况，若接缝均匀则直接进行焊接。若接缝过大，则采用与管材同型号的钢条进行塞焊。
③后续管道施工
后续管道从泄水阀井附近的斜坡段由西往东施工，整个工程在18m 管道尾部合拢后，进入管道试压阶段。
4结语
根据穿越河涌施工地段的复杂地质条件及在河涌丰水期施工的时间特殊性，应用水下对接施工技术完成了大型钢管（DN3600）穿越大榄涌工程，确保了广州市西江引水工程如期竣工，同时也为大型管道工程穿越复杂地质的河涌提供了施工经验。