沉管技术在广州市西江引水工程穿越北江施工中

摘　要：结合广州市西江引水工程中过河钢管采用沉管技术穿越北江的工程实例，阐述了过河管道沉管施工中的技术路线和应注意问题，以供类型工程施工借鉴。

关键词：沉管;西江引水工程;北江
前言
　　沉管施工是穿越水深较深、围堰施工困难、有通航要求的水域的主要方法之一，目前在水利工程和市政工程中已广泛运用。
　　目前我国沉管多是小直径的钢管（大型隧道沉管除外），直径多为1～3m的钢管，而面对>3m的钢管还属少见，本文结合广州亚运会配套工程—广州市西江引水工程中穿越北江的DN3600mm的钢管沉管工程探讨了大型钢管的沉管施工技术要点，为类似工程提供施工经验。
1.工程概况
　　广州市西江引水工程是列入国家《珠江三角洲地区改革发展规划纲要（2008-2020）》的重点建设工程，取水设计规模为350万m3/d。广州市自来水公司作为工程建设单位，主要建设内容：取水泵站、配水泵站各一座，全长71.6km管廊敷设2条各47.6km的原水主干管，以及24km的原水支管。
　　工程从佛山市三水区思贤滘下陈村西江河段取水，由2条直径DN3600mm的主管引水至广州，管线沿途跨越广、佛两市三区25个行政村、113个自然村，穿越北江东平水道、白坭河等大小河涌51条，京广、武广、广茂等3条铁路，广清、机场高速等5条高速公路，1条国道及22条市政路。
　　其中，在穿越北江时为减少对航道通航影响，综合比较围堰、顶管、盾构和沉管等多个技术经济方案后，决定采用沉管技术进行管道施工，沉管数量为2条，成型管道成倒梯形，里程长均为509.7m，实际长均为515.103m，管中间距为15m；管材采用Q235-B，钢管直径DN3600mm，壁厚40mm；每节钢管长6m，重23t。

2.工程特点
　　该沉管工程施工水域处于北江东平水道，水文特征不够明显，属非正规半日潮，涨落潮历时相差不大，水道河床稳定，水流平缓，一般流速达到1m/s以下；施工期处于北江枯水期；管道焊接、基槽开挖、基础处理和管道沉放安装的工作量大，工期紧迫，对施工技术要求高。
3.施工过程
　　3.1基槽开挖和基础处理
　　3.1.1该沉管工程基槽土质大部分由粉砂质泥岩等组成，因此采用抓斗式挖泥船进行管槽开挖。基槽开挖边坡坡比按照设计的要求进行，基槽开挖断面尺寸不小于设计规定的断面尺寸，每边超长和超宽不大于0.5m，超深不大于0.3m。基槽开挖过程中，始终由测量人员进行全程测量监控。
　　3.1.2基槽开挖验收合格后，用抛石船进行块石抛填，管道基础处理采用抛石处理后的复合地基，过河管段回填40cm的5-30级配碎石，每隔10m设置一个钢筋预制混凝土板（规格4000mm×500mm×200mm）或砂包，抛填碎石的标高接近设计标高时，潜水员水下整平碎石基础，直到符合设计标高。
　　3．2预制管段
    3.2.1管道焊接
　　每小段管道拟按2节6m钢管拼焊而成，所有小段管道安排在钢托架上拼架和焊接。因受场地长度限制，在岸上仅能焊接成4段管道，最终由吊船拖到北江上对接焊接成2段管道。
　　3.2.2焊缝检测
　　钢管焊缝采用100%的超声波探伤，焊缝评定等级Ⅱ级为合格；此外，钢管焊缝外加10%的X光探伤，焊缝评定等级Ⅲ为合格，其中10%的X光探伤必测焊缝最低点，其余为随机选择。
　　3.2.3管道防腐
　　管道防腐按照Sa2.5级，人工除绣质量等级达到St3.0级。外防腐：采用环氧煤沥青持加强级防腐（七油两布）包覆；内防腐：内表面采用喷涂饮用水环氧涂料，饮用水环氧涂料做法为两底四面。
　　3.2.4水压试验
　　管道需进行三次压力试验，第一次是管段在预制场拼装焊接完成后，在岸上进行的水压试验，试验压力为0.9Mpa，首先将管道灌满水，浸润24小时，加压到50%的试验压力,观察压力表的读数，并检查管道的情况，若无异常，逐渐加压至试验压力，在30分钟内压力下降不超过0.5kg/cm2为合格，下降不超过0.2kg/cm2为优良。
　　3.3吊装下水；
　　管道下水前，检查管道封口是否密封，检查起重船船位水深是否满足要求等。管段从陆地上吊放下水是工程的关键环节，吊装下水前，应检查关内积水是否排满、出口是否密封、吊船的船位水深是否满足要求等合格。然后按照管道的技术指标计算出吊点间距，在管道上进行吊点编号，各项准备工作完成后，方可开始吊管下水。
　　吊装时，各吊机、起重船、卷扬机等对应各自吊点就位于制管场地岸边，定位并设一定数量前缆，以吊住各自吊点（吊络与管道之间应设置木制夹板或厚橡胶以有效保护管道防腐层质量），并预紧吊力。在统一指挥下，各吊点调协至平均受力，均衡将管道吊离岸边并移至水面。管道吊装完毕后，做好锚泊措施并指派专人24小时值班看护，随时检查管道姿态，设置夜间警戒灯，以确保管道不受损伤。

　　3.4水上对接
　　因受场地长度限制，在岸上仅能焊接成4段管道，需由吊船拖到水上对接焊接成2段管道。水上对接时，在管道两端守护船上悬挂施工作业旗及施工警戒船，严防来往船只在施工水域发生意外。
　　管段的水面对接是非常关键的工序，也是施工难点，直接影响管道成型质量和施工安全。水面对接时，若管段扰动过大，会影响定位，焊接困难，最终影响管道成型质量；焊接施工时，若不注意施工工序，有可能造成重大的质量和安全事故。因此，对接水域必须选择在水流缓、风浪小的地方，并选择合适的时机施工。施工过程中，必须注意外来船舶的干扰和影响，密切注意天气的变化情况。
　　3.5水上气压试验
　　在管段吊至水面后进行气压试验，压力为0.1Mpa，气压试验时，当压力缓慢升压至0.1Mpa后，用涂刷服皂水的方法进行检查，如无泄漏及异常情况，稳压30分钟压力仍不下降，指针无颤动现象，则气密性试验合格。
　　3.6沉放安装
　　管道采用分阶段控制下沉的施工方法，在沉放前将两端管口用铁板封堵，并设置进水管、排气管和阀门，两段管道先后下沉，连续施工时间大约12小时。
　　管道基槽验收合格，测量定位达到设计要求后，即可进行管道整体沉放安装。在沉放的过程中，慢慢后移扳正管体，将管体平缓地放在基槽的枕梁上。当管道的重量加上进水的重量略大于浮力时，停止进水，保持沉管平衡是沉管下沉的关键，所有吊装船必须服从统一指挥，同时平稳匀速释放索具。为了保证管道受力均衡，确保工程质量，每次动作的沉放深度不能超过0.2-0.3m。管道下沉至一定深度（每3m）后，进行一次吊力的管位调整，调整完成 后在统一指挥下，再将管道缓缓下沉，当管道下沉至距离基槽底50cm时，再最后进行一次吊力和管位调整。在整个下沉过程中，要使管道受力平衡并且均匀，下沉要缓慢，不能过快。
　　
　　3.7水压试验，基槽回填
　　沉放后回填前进行第三次水压试验，压力为0.9Mpa。
　　试压验收合格后，两岸测量人员先测量仪定位船体，勘测水深，然后进行抛石回填，先抛15～30级配碎石1m，再抛30～50级配块石1m，再回填原土3～4m。抛填时，船上安排一名测量人员，岸上两边各一名测量人员，船上测量人员根据岸上测量人员的提供的数据，进行指挥抛石船的抛填方位，保证将石料准确抛填到基槽、管顶及管道周围，抛填过程中要注意经常校对坐标，勤测水深，以确保抛填的平面位置和尺寸。抛填施工应考虑水深、水流和波浪对石料的影响，采用分段施工，施工方向应尽量与水流方向一致，以避免超高。
4.结语
　　水下沉管施工与围堰施工方法相比较，开挖和回填的土方量少，对水体等周边环境影响小，对通航影响较小，施工工期可控；与顶管和盾构等施工方法相比较，经济效益明显，技术要求低，在工期紧张的情况下是适宜的施工方法。但其需要一个较大的场地；在河床地形地貌复杂的情况下，会大幅增加施工难度和造价；管道浮运和沉放施工需考虑水文和气象条件等的影响。此外，钢管的焊接、防腐处理等要求非常高，且在投入使用后进行维修相当困难，因此对施工过程中的质量控制要求高，在施工中必须一次成功。
　　本沉管工程于2010年年初分别对两段钢管进行了整体沉放施工，整个沉管过程安全有序，达到了设计要求，为以后类型工程提供了实践经验。
参考文献
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