闽清闽江取水口沉管施工工艺探讨

龚珑聪

(福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001)

闽清闽江取水口沉管施工工艺探讨

龚珑聪

(福州城建设计研究院有限公司 福建福州 350001)

闽清县新建闽江取水泵站，采用江中取水方式。DN800×2引水管道采用沉管施工工艺。施工期间对原设计方案中水下挖槽与爆破、沉管定位、水下混凝土浇筑及取水头部安装等进行一系列优化，确保了该项目的顺利实施。施工期后又对管线进行复测，确保施工质量。项目建设投产已一年多，运行稳定。

沉管施工工艺；水下开槽与爆破；水下混凝土；地震反射波法

1 项目概况

闽清县城市供水闽江口取水工程规模为6万m3/d，设计采用管式取水头部。根据项目环评要求，取水口拟设在闽江中部，距离取水泵房直线距离312m。该段引水管道为DN800×2钢管，穿越闽江主航道及深流区域。管道纵剖面图如图1所示。

工程采用沉管施工工艺，其工艺流程如图2所示。

图1 原水管道纵剖面图

图2 沉管施工流程图

2 项目实施难点分析

2.1 水下开槽与爆破

(1)根据闽江该河段引水管道勘察钻孔，闽江该河段砂卵石层中软石层较厚，闽江河道水流流速较大，江中部分成槽困难。引水管道沿线管线勘察资料如图3～图4所示。

图3 引水管道钻孔平面布置图

图4 引水管道钻孔剖面图

(2)由于常年受河道水流冲刷，河床基岩岩面呈现不规则状态，江中基岩面较深，江边基岩面较浅，沿管线全长高差约6m，要水平放置管道较困难。

(3)本次管道位于闽江主河道，上游水量大，水流急，水下成槽较困难，新挖的管槽复淤严重，且需要满足船只通航要求，施工时段受限。

(4)水下爆破的深度较深，精确填药、爆破难度较大，且爆破残渣清除较困难。

2.2 长距离沉管的水下定位

本次管道沉管的距离较长，管道为水上安装，单管长度约150m～160m，沉管定位较困难。

2.3 水下混凝土的浇灌固定

水下混凝土在浇筑过程中，处于流态，混凝土浇筑于管槽固定时，受河床水流冲刷影响，易被冲走，固定困难，增加了水下混凝土的浇筑量。

2.4 取水头部的安装与固定

设计采用蘑菇头式取水头部，重量较大，无法进行沉管施工，需要水上运送至沉管端部进行水下安装，而管道水下安装不仅受水流影响，同时由于能见度低，施工总体难度大。

3 主要应对措施及处理效果

3.1 水下开槽与爆破工程措施

为提高水下开槽的效率，减少因为水流扰动带来的施工难度，该项目施工时主要采取了如下措施[1]。

3.1.1 水下开槽

(1)通过吸沙船将河床处厚约4m～5m的砂卵石层进行初期清淤，并分段堆置于开挖管槽下游。由于沉管分段施工，该方案可以减缓拟沉管河段的水流速度与开挖管槽的淤积速度。水下开挖管槽示意图如图5所示，现场照片如图6所示。

图5 河床下游堆渣示意图

图6 河床下游堆渣现场照片

(2)水下管槽较地面成槽困难，同时河道水流会源源不断将上游泥沙带至已开挖成型沟槽，本次施工过程采取了以下2个措施：

①迎水侧放坡坡度调整为1∶3，背水侧放坡坡度调整为1∶2，加大放坡，减缓沟槽淤积。

②沟槽两侧各设置宽为2.0m的平台，减少卵石滑落至沟槽内的概率。

管槽设计开挖断面如图7所示。

通过上述措施，减缓了河床的复淤过程和反复清淤工作量，为沉管施工的顺利提供了宝贵的时间。

图7 管槽开挖示意图

3.1.2 水下爆破与清渣

(1)水下爆破

本次水下爆破需要确保管槽面平整，同时，爆破深度应能满足设计管道在基岩内浅埋的要求。

基此，水下爆破主要采用“三管两钻法”进行施工，炸药采用防水性能较好的抗水型乳化炸药。雷管主要采用防水型非电导爆毫秒雷管，炸药和雷管在使用前必须进行检验和试验，并进行防水处理，以确保性能和安全[2]。

为防止泥沙和石渣淤孔，钻孔完成后立即装药。装药前，先检查孔壁的质量和孔深。钻机钻孔示意图如图8所示，装药结构示意图如图9所示。

本次设计主要参数如下：孔距1.5m，排距1.3m，孔径100mm，药柱直径70mm，孔深2.8m。根据现场试验，单位耗药量为1.35kg/m3，爆破效果良好。

每次爆破后，均检查是否有盲炮，如有盲炮，及时处理，并做好安全和警戒工作。

处理水下钻孔及裸露爆破盲炮，采用下列方法：

①因爆破网路而引起的盲炮，经检查和处理后，重新联线起爆；

②在药包附近投放裸露药包诱爆。

(2)水下清渣

水下清碴采用长臂反铲式挖机作业平台进行施工。管道安装完毕后，再用长臂反铲式挖机作业平台将石碴回填及平整。

图8 钻机钻孔示意图

图9 装药结构示意图

3.1.3 航道交叉处置

鉴于闽江主河道有船只通航，因此，管槽开挖方案报送航道管理部门进行协调，保证窗口期的施工安全，减少对通航船只的影响。

3.2 沉管定位方式

为保证沉管均匀，本次主要采取多点共同作业，并增加水下钢管桩的方式，确保管线位置不发生由于管材自身延展弯曲导致的偏移。通过协同作业，待浮管到位后，将管道进行灌水，呈悬浮态后，各吊船之间同步缓慢下沉，确保沉速与放缆长度可控，最终将管道放入预设管槽。

3.3 水下混凝土浇筑

通过河床下游堆渣的方式，一定程度减少了水流速度。但是为保证水下混凝土的浇筑效果，本次设计6m间隔设置1个混凝土支墩，以确保管道安全地嵌入基岩层，并不发生浮管、管道错位等情况。主要采取如下措施：

(1)在水下混凝土增加早强剂，减少初凝时间，将传统水下混凝土的初凝时间由2h～3h减少至45min。

(2)适当增加增稠剂，减少水流冲刷下的混凝土流失。同时，增加混凝土与周边的颗粒物的粘合固定速度。

(3)对浇筑支墩区域现行布置混凝土泵送转置与导管，待作业工具到位后，在拟填筑混凝土区域，通过砂卵石回填与混凝土泵入同步作业，在保障混凝土均匀填筑的基础上，增加了沙卵石骨料，不仅减少了混凝土灌注量，同时通过与骨料的结合，增强了支墩的强度，通过混凝土凝固时间内的过量超压泵入，将支墩设置空间内的多余水量挤出。

3.4 取水头部的安装与固定

取水头部位于闽江中部，该构筑物为取水工程的关键部分。该工程主要采取如下措施保证取水头部的安装与定位。

(1)为提升定位精度，在江中搭建了精确的施工平台进行定位。施工平台通过吊车作业，保障了吊装的精度。

(2)水下沉管预留螺栓接口，当取水头部进入水中时，通过预留孔洞的钢索进行牵引引导，待连接到位后，迅速由潜水员进行水下螺栓的安装固定。

(3)取水头部为满足不淤要求，距离河床与河面有一定要求，需要对取水头部进行固定。在取水头部至现状河床高程段均采用混凝土浇筑，直至基岩岩面，确保取水头部稳定、可靠。取水头部固定设计剖面图如图10所示。

图10 取水头部固定示意图

(4)为防止河道漂浮物冲撞，在取水头部外侧增加DN300管桩及防护格栅，同时由航道部门统一设计航标指示装置。

3.5 管道施工安装复测

为保障管线的高程安装到位，管道保护措施及覆土达到设计要求，施工完毕后委托专业的水下测量机构，对引水管道进行复测[3-4]。

(1)专业的水下测量船在管道安装区域进行探测，探测轨迹图如图11所示。

图11 探测轨迹平面图

本次采用水域走航式地震反射波方法。接收采用24道漂浮电缆，道间距1m，震源采用气动机械声波连续冲击震源，采用了共反射单元多次覆盖叠加技术。多次覆盖技术又称之为水平多次叠加。在地震反射波勘探技术中，多次覆盖技术的地位和作用是其它技术所不能比拟的。多次覆盖即是：将不同激震点、不同接收点上接收的来自相同反射单元的地震反射信号，经过几何地震学校正后叠加起来，得到同一个反射单元的叠加值。探测原理图如图12～图13所示。

图12 多道多次覆盖采集观测系统

图13 CDP叠加示意图

(2)管道成果通过以上方法复测，主要复测成果如图14及表1所示。

桩号原设计管中高程复测管中高程差值左管右管左管右管K0+013-9.367-12.1-12.0-2.733-2.633K0+063-10.780-12.2-12.4-1.42-1.62K0+113-10.014-11.1-11.5-1.086-1.486K0+163-8.933-10.7-11.2-1.767-2.267K0+213-8.788-10.2-11.1-1.412-2.312K0+263-8.643-11.1-11.7-2.457-3.057

图14 闽江管线复测成果

由于施工时实际超爆部分，实际管道埋深深于设计要求，平均深度增加1m～3m，可满足设计要求。

4 结语

沉管施工已经发展多年，积累了丰富的经验。该工程主要在闽江河段大流量、高流速区域进行作业，同时将沉管嵌入基岩，增加了工程实施的复杂程度。

(1)通过对闽江沉管河段进行详细勘察，充分了解该河段地层情况，通过合理的水下挖槽、爆破措施，解决了闽江河底挖槽困难的问题；

(2)通过混凝土改性与增加混料的方式，节约了水下砼用量，提升了管道的安全；

(3)通过钢管桩、导索的定位手段，将取水头部、原水管道精确安装到位；

(4)通过管线复测，认为该项目达到设计要求，可以为同类工程提供借鉴。

[1] 刘喆.沉管施工的质量控制[J].中华建设，2008(7)：75-76.

[2] 陈晓强，周方毅，张可玉，等.水下爆破工程中炸药药量的修正计算[J].海洋工程，2004,22(1)：107-110.

[3] 李金.水域浅层地震探测工作的几点体会[J].港工勘察，2004(45)：33-35.

[4] 陆虹宇.浅谈给排水过江管道工程施工探讨及质量监控[J].城市建设理论研究，2012(16).

Minqing Minjiang Construction Technology research of Immersed Nozzle

GONGLongcong

(Fuzhou City Construction Design & Research Institute Co.,Ltd，Fuzhou 350001)

Minqing County build new Minjiang pumping station，take water from the river. The DN800×2 water diversion pipeline using sinking construction process. During the construction of a series of optimization of dredging and blasting, sinking location, underwater concrete pouring and water intake structure installation, to ensure the smooth implementation of the project. After the construction of the pipeline to retest, to ensure the quality of construction. Project construction and operation has been more than 1 years, stable operation.

Sinking construction process; Underwater grooving and blasting; Underwater concreting; Seismic reflection method

龚珑聪(1984.3- )，男，工程师。

E-mail:467711563@qq.com

2017-03-15

TU991.1

A

1004-6135(2017)07-0135-05