尚俊
（江西省港口集团有限公司，江西 南昌 330008）
0 引言
在航道工程中大管径压力钢管水下沉管施工的难度较大，由于技术原因以及环境因素影响，工程开展过程中常会遇到一些阻碍，这不利于工程的顺利开展。对大管径压力钢管水下沉管技术进行分析，掌握技术应用要点，对促进项目顺利开展、保证施工质量有重要意义。
1 工程概况
某地区航道工程项目规模比较大，其工程系统包括插花站、加压站、供水管道等部分。其中，供水管道的长度为4.8km，设计流量为7.74m/s，选用双管线的设计形式，主要采用PCCP 管道，局部采用压力钢管，压力钢管工作压力为0.22MPa。施工过程中严格执行设计方案，选择沉管法开展施工。
2 施工要求
在沉管施工开始前，组织技术人员对现场的水文情况、地质条件、气象环境、航运交通等方面进行分析，充分了解施工现场的环境信息，以有效提高施工水平，保证施工质量合格。因为该工程项目所处地区的经济、技术水平较差，很多方面都存在一定的问题，加上环境侵蚀的影响，使施工受到很大的影响，所以必须加强管理和控制，最大程度地消除不利影响因素。在施工前确定施工方法极为重要，在沉放钢管之前需要设置焊接平台，然后开展组对与焊接作业，采用下坡道焊接、分段向水中输送等方法以确保结构的稳定性合格。
在焊接开始前，加强对焊接施工人员的培训和教育力度，保证焊接工艺施工符合要求；前一阶段的焊接结束后，经检测合格，才能进行下一阶段的焊接施工，且焊接过程中需要保证两个焊接班组同时施工；沉管开始前，可先使钢管通过自身浮力沿河道方向漂移到岸边（与河道平行），再利用拖船把钢管的一侧拖行到河对岸（与河道垂直），保证钢管可以横跨整个河面，根据预先开挖的管道沟槽上部设置，确保管端口预留注水口开始注水作业，钢管的自重能够使其沉入河底沟槽，而后浇筑水下混凝土材料，完成对钢管的固定处理；在两根钢管均沉到指定位置后，对下部沟槽进行素土填充，可联合采用抛石挤淤回填施工方式，最后把钢管梁端和岸上水平钢管进行对接，形成整体的结构。
3 施工工艺
3.1 水下沟槽土方开挖
沉管水下施工环节，水下沟槽开挖深度在6m 左右，两侧的岸坡土方可通过使用陆地挖掘机开挖作业，挖出来的土合理管理，根据实际情况合理应用，满足施工效果和质量的要求，提高资源利用率；水下沟槽开挖、边坡修整等工作，液压抓斗挖泥船是主要施工设备，将沟槽内的泥土直接装载到底驳上，一部分泥土运输到临时抛泥区待用，其他的土方则直接卸载到河边港地上。通过挖掘机从水中捞出，卸载到岸边，在晾干后直接装载到车辆上，并运输到弃土场处理。液压抓斗挖泥船施工中，采取单侧纵挖施工方式，在现场先进行岸边开挖施工，然后开挖中间结构，在现场使用基槽轴线控制。为了不对通航产生影响，采取“先挖左边、后挖右边”的施工方式。因为，此次工程的管道设置中，采用双管并排的方法施工，为了减少沟槽回填的回淤情况，可以采取两管沟同时开挖方式，沟槽的坡比为1∶2.5 以上。因为，沟槽开挖施工是水下环境中进行的，不可预测的因素较多，所以必须随时监测水下开挖情况，并且结合现场情况做出调整，以提高开挖质量水平。
3.2 水下碎石垫层铺设
在沟槽碎石垫层抛填施工中，通过抓斗挖泥船开展施工作业，沟槽内铺设一层0.15～0.2m 厚度的碎石材料，然后进行水下整平处理，也是通过抓斗挖泥船完成，进行粗平作业，再由潜水员开展细平处理；最后测量水面参数，红外线测量仪开展测量工作，保证平整度合格。垫层施工后，立即开展沉管施工，水下基槽土方开挖时间、垫层铺设施工时间与钢管注水下沉时间是一致的，有效避免出现内部淤积的情况。
3.3 钢管水面浮运
焊接施工后钢管，进行两侧封堵处理，并设置排水管与阀门，钢管通过自身浮力漂浮在水面，水面整体浮动的方式浮运作业，再应用拖船拖行到施工部位。管道运输到施工位置后，先进行一端管道安装，中心线达到精确性要求后，通过水上起重船、钢丝绳等固定处理，然后将管道水平旋转到中心线部位上。钢管水面浮运时，尽量减小拖管运行的速度，保持浮运条件符合要求，为施工提供基础条件。
3.4 钢管稳管定位、确定辅吊点
管道拖运到施工位置后，管道在基槽内浮于表面，通过三艘起吊能力为100t 的起吊船抛锚牵引固定，管道准确安装到中轴线上，直到管道完全处于基槽的上部。管道下沉的环节，通过使用整体吊沉法施工，计划选择使用5 个吊点，岸上两侧各布置一台100t的履带起重机，水上布置三艘起吊能力为100t 的起重船，使钢管下沉顺利施工，且总起吊能力必须超过管重，以保证施工安全性、稳定性，不会引发安全事故。
3.5 钢管注水沉放
3.5.1 沉放前准备工作
沉管施工中容易受到自然环境、水文条件干扰影响，施工时应该选择天气晴朗、少雨的条件施工。沉管作业中管道与防腐层容易发生损坏问题，出现这些问题禁止投入使用，且要保证沟槽断面与槽底高程都达到设计标准。管道安装施工中在两岸中心线各设置一台全站仪，以确保管道中心线达到设计标准。
3.5.2 管道注水计划
在管道注水前需要计算分析各项技术参数，确保管道注水施工顺利进行。检查现场两台潜水泵，管道两侧同时注水，潜水泵的功率、性能达到施工要求。钢管定位工作结束后，开启两侧排水阀与进水口，并由两台潜水泵分别从管道两侧向内部注水，且每一侧都要安装水表，做好注水量的记录与控制。管道注水时应做好排水处理及时将内部空气排出，还要保持平衡性以满足持续性注水的要求。根据理论数据计算注水时间管道的状态符合要求，且随时处于水中悬浮的情况。在注水时应落实现场观察和控制一旦存在事故问题及时处理。
3.5.3 折线段垂直划弧
折线段管道在表面漂浮时保持水平的状态，且管道下沉后按90旋转，陆地上应用100t 吊装机进行折线管道吊装，管道可漂浮在水面。通过注水量、起吊力的控制，确保折线段施工顺利进行，工程质量达标。
3.5.4 管道垂直下沉
管道下沉施工环节，应用三台水上浮吊船开展进行，施工现场两侧岸边各布置一台履带吊装机进行折线段吊装，避免管道倾斜。管道进水环节，每个吊点受力是均匀，管道浮力小于管道自重时，缓慢向下沉入，随着注水量的增大，管道不断下沉，同时松动钢丝绳，管段下沉顺利进行。下沉时，应用GPS 测量系统监测管道轴线位置，并加强控制，确保沉放轴线符合设计要求。
3.6 水下镇墩混凝土浇筑
钢管下沉预定位置后，经过检验符合要求，开始水下镇墩混凝土浇筑施工。在水下混凝土浇筑环节，需要保证管道固定效果合格，避免发生偏移、起拱等问题，确保进入槽段后不会发生偏移。在施工结束后及时覆土回填，以保证结构的性能合格。
3.6.1 模板设计
为了使得水下混凝土结构的尺寸、质量符合要求，并且尽量减少潜水员下水的次数，模板的刚度性能合格，镇墩模板应用拼装钢模板的方式，一般为厚度5mm 的钢板焊接制作，两侧预留直径为180mm 的半圆形孔洞，钢管顺利穿入钢模板内，且模板按设计方案加工成型。浇筑结束后，钢模板不再取出，永久安装在水下。
3.6.2 模板安装
钢模板材料运输到作业现场后，在岸上加工使用螺栓固定，模板之间应用内衬加强筋与对拉螺栓的方法来保障模板性能合格。模板拼装结束后，应用履带式吊装机把组合模板转移到船上，在模板周边应用定位缆绳固定，水面工作人员、潜水员相互配合施工，模板施工位置精度合格，且应用螺栓固定。经过尺寸检测后发现，完全符合工程设计方案。此外，还要做好各个部位的封堵处理，防止发生漏浆的问题，结构的性能符合标准要求，对提高施工效果重要价值。
3.6.3 水下混凝土浇筑
水下镇墩施工中选择C25 素混凝土施工材料，通过导管法将拌和合格的混凝土浇筑到水下部位上，并且输送到规定部位上。混凝土浇筑环节通过导管进行施工，其内径为250mm，壁厚为4mm，每个节段的导管应用法兰连接，并且使用橡胶密封圈密封处理，导管顶部制作为锥形漏斗的形式容量大约是1m。一旦浇筑开始保持连续性施工，避免水给混凝土结构产生不利影响。在现场施工中防止水流、杂物等进入管道内，同时还要及时封闭导管下部，使用第一斗混凝土自重将塞子冲开。
3.7 压力试验
钢管水下进行临时固定后，需要及时水压试验检测，保证压力钢管试验压力达到1.0MPa。
3.7.1 试验准备
钢管下水之前，将钢管两侧管口使用20mm 厚的盲板封堵，避免施工中发生管口变形，且盲板上焊接短管，并安装阀门，各个结构进行水压试验检测，确保结构性能合格。
3.7.2 试验过程
充水时在系统最高位置设置排气阀门，加压的环节必须排气。加压施工中应用分级加载的方法施工，速度控制在0.05MPa/min 以内。加压时缓慢上升，保证压力的稳定性，达到工作压力后，保持30min；现场人员对钢管检测，当检测质量合格以后，持续升压到实验压力，保持30min，此时压力表恒定；合格后逐步下降到工作压力，再保持30min。
3.8 水下沟槽回填
按照设计方案的要求，沟槽采用分层抛填的施工方式，先应用素土回填，其次抛石回填，最后进行素土抛填。
3.8.1 管道周边素土回填
在水下镇墩混凝土浇筑结束后，即可进行沟槽回填，先进行管道两侧回填，达到管道固定的效果，使用抓斗挖泥船联合作业，回填施工质量合格。
3.8.2 抛石回填
管道周边进行素土回填工作结束后，即可进行抛石回填施工，石块通过船舶运输到指定位置，并应用水上液压抓斗挖泥船抛填作业。抛填前，沿着河道中心线拉上一根绳索，运输船停留在绳索一侧，但是不能直接触碰绳索。船舶抛锚到作业现场，结合现场的情况，使用定点定量的方式抛填，根据每艘驳船应用石料量大小，确定抛填面积。
3.8.3 沟槽素土回填
抛石到设计高程后，从水上使用液压抓斗挖泥船从原堆土区挖泥船装驳，管道中心线符合设计要求，并且抛填后可以恢复到原先的状态，潜水员随时检查，高程达到设计标准为止。
4 质量控制要点
钢管在水面浮运的情况下，保护外防护层，一旦存在损坏的问题，要及时采取措施处理。做好测量定位处理，在管道下沉速度加强控制，均匀性合格，达到均匀性的标准。由于容易导致钢管弯曲应力超出标准，自然沉放的管道必须加强注水、排气速度的控制，通过吊点力控制以保证下放速度，不能过快，也不能过慢，还要达到均匀性，每一次下沉0.2m 即可。应用起重设备辅助下沉，管道水平度合格，各级人员相互协调作业，统一开展施工，缓慢下放管道，直到到达施工位置。加强施工设备的管控，尤其是起重机等关键设备，性能合格，避免在施工中出现突然故障而损坏。现场施工中，做好注水量、吊力、沉放量、管位的记录工作，加强质量控制。
5 结语
在航道工程施工中，水下沉管施工极为重要，管道下水、浮运、沉管以及施工现场复杂性较高，水下作业施工难度高会影响工程的质量、进度与安全。因此，在航道大管径压力钢管水下沉管技术施工，为保证下沉施工效果，应严格执行设计方案，按照工艺流程作业，并且在施工过程中需要做好现场的质量与安全控制，这样才能提升整体工程施工效果。
