一種多管段沉管穿越河流的施工方法與流程

本發(fā)明涉及水下鋪設(shè)管道技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種多管段沉管穿越河流的施工方法。

背景技術(shù)：

在管道的施工過程中，管道穿越河流是管道施工中的“咽喉工程”，不但技術(shù)難度高，投資多，而且工期長，風(fēng)險(xiǎn)大。沉管隧道以及沉管給排水管道的水下對接是沉埋施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它將關(guān)系到整個(gè)沉管建造的質(zhì)量。

目前沉管管道的連接形式大致非為剛性連接和柔性連接，剛性連接時(shí)，將鋼筋在接頭部位縱向連通，并設(shè)有加強(qiáng)鋼板，其強(qiáng)度和剛度與管段本身較為接近。柔性連接時(shí)采用允許轉(zhuǎn)動(dòng)和變?yōu)榈姆椒?，其結(jié)構(gòu)形式也有多種，就抗震設(shè)計(jì)或適應(yīng)不均勻沉降的要求而言，采用柔性連接是有利的，柔性連接必須在接頭承受拉力和剪力的同時(shí)，仍能保證其可靠的水密性。

目前的沉埋技術(shù)，對于管道沉放距離長的方案，均采用一節(jié)一節(jié)浮運(yùn)，實(shí)行水下一節(jié)一節(jié)對接，接頭用橡膠止水帶止水，最終將各管段的連接做成剛性或柔性的連接接頭。但是這種采用水下接頭的方式，技術(shù)難度大，工程費(fèi)用高，對沉管給排水管道來說，采用現(xiàn)有的沉埋施工技術(shù)，工程造價(jià)和質(zhì)量已漸漸無法滿足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的是提供一種多管段沉管穿越河流的施工方法，它將實(shí)現(xiàn)鋼管在陸地上多段預(yù)制，然后在水面實(shí)現(xiàn)無水焊接成整個(gè)長管之后，整體管道下沉的效果，降低了施工難度。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種多管段沉管穿越河流的施工方法，包括步驟A，水下土方施工，挖出一條用于沉放管道的溝槽；步驟B，水域管道組拼、水上對接施工；步驟C，水域沉管施工，用于將拼接成整體的管道沉放到溝槽中；步驟D，水下溝槽回填，將放置有管道的溝槽填平隱藏管道，其中，

步驟B包括：

b1.鋼管對口，對口采用小型龍門架結(jié)合手拉葫蘆進(jìn)行，管軸線水平位置由經(jīng)緯儀控制，豎直位置由水準(zhǔn)儀控制，在對口時(shí)利用龍門架調(diào)整管位，當(dāng)管位滿足要求后管口四周點(diǎn)焊固定；

b2.鋼管管口連接，管口焊接采用手工電弧焊，焊條選用G422，焊接前清除焊口兩側(cè)的鐵銹、油脂、污垢等，使焊縫成金屬光澤，首層焊接時(shí)，焊縫根部須均勻焊透，不得燒穿，在焊接以后各層時(shí)，將前一層的熔渣全部清除干凈，每層焊縫厚度為焊條直徑的0.8～1.2倍，每層引弧點(diǎn)和熄弧點(diǎn)錯(cuò)開，焊接順序?yàn)橛上峦希?/p>

b3. 1）浮運(yùn)預(yù)制好分管段至安裝現(xiàn)場，單排縱向排立，橫向錨固；2）浮運(yùn)浮體至段間接口處，注水下沉至一定吃水深度，將兩管端口插入浮體艙內(nèi)，兩管的端口預(yù)留間距，用于盲板拆除；3）抽水上浮浮體，使用手拉葫蘆向下緊壓端口，使管壁充分接觸止水墊圈，達(dá)到止水；4）抽干浮體艙內(nèi)積水，同時(shí)向注水箱注水調(diào)整浮體吃水度，使鋼管處于水平；5）兩管段軸線位置調(diào)整，浮體艙內(nèi)完成盲板拆除、對口、焊接；6）當(dāng)上一接口對接完成以后，同樣方法進(jìn)行下一接口對接，直至整個(gè)長管段組裝完成。

進(jìn)一步優(yōu)化為：所述浮體的焊接艙呈矩形，并于焊接倉的表面設(shè)置有一與管道外徑匹配的凹陷通槽。

進(jìn)一步優(yōu)化為：在焊接倉的四個(gè)角落均設(shè)置有注水箱，每一注水箱上均設(shè)置有注水孔。

通過上述方案，在實(shí)施水上管段對口與焊接時(shí)，先在四個(gè)注水想內(nèi)注水，且控制注水量使得浮體下沉，浮運(yùn)浮體至段間接口處，使得兩個(gè)管段設(shè)置在浮體艙的凹陷通槽上，且兩個(gè)管段的端口不要緊靠，預(yù)留一定距離，接著將注水箱的水抽離，浮體將帶著管段一起上升，且使得管段浮出水面，在這個(gè)過程中需要控制設(shè)置在浮體艙四個(gè)角落的注水箱，以保證浮體艙帶著管段上升的過程中能夠平穩(wěn)上升；最后抽干浮體艙內(nèi)的積水，且操作注水箱使得管段處于水平位置；拆除處于管段端部的盲板之后實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)了無水環(huán)境下的焊接作業(yè)，降低焊接難度。

進(jìn)一步優(yōu)化為：所述步驟A的具體步驟如下：

a1.測量放樣，平面放線根據(jù)管線設(shè)計(jì)座標(biāo)，計(jì)算管線起終折點(diǎn)與附近控制點(diǎn)的關(guān)系，并參考這些點(diǎn)的地形地貌及附近構(gòu)筑的相對關(guān)系，把各個(gè)放線點(diǎn)用樁固定在地面點(diǎn)，進(jìn)行軸線放樣和轉(zhuǎn)角測量并設(shè)立固定標(biāo)志；

a2.導(dǎo)標(biāo)布設(shè)，溝槽軸線和邊線上，每拐點(diǎn)處和每隔100m布置一導(dǎo)標(biāo)裝置，中心導(dǎo)標(biāo)和邊線導(dǎo)標(biāo)使用不同標(biāo)識，導(dǎo)標(biāo)頂部設(shè)置紅色的船用航行燈，標(biāo)桿上設(shè)水位刻度尺；

a3.水下溝槽開挖，采用2艘1.3m反鏟式長臂挖泥船，基槽的開挖采用分段分層開挖，開挖方向?yàn)橥送?，整條基槽為一次性開挖完成，一次性清底、修整；

a4.基底處理及墊層施工，選用質(zhì)量合格的材料，根據(jù)設(shè)計(jì)放量，通過船舶利用導(dǎo)管，在定位儀器指引下沿基槽中線軸線前移，拋填基礎(chǔ)材料。

通過上述方案，通過測量放樣步驟，為之后的開挖建立基準(zhǔn)，保證開挖精度；通過導(dǎo)標(biāo)布設(shè)步驟，在每個(gè)一定距離都具有一個(gè)參考點(diǎn)，方便在施工過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察施工的精準(zhǔn)度，并對施工偏差作出一定的調(diào)整；通過水下溝槽開挖步驟，在放樣基準(zhǔn)和導(dǎo)標(biāo)輔助的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開挖溝槽的目的，為后續(xù)放置管道做好準(zhǔn)備；通過基底處理和墊層步驟，使得當(dāng)管道放在溝槽之后，增加基底的承載能力，從而提高管道被埋在溝槽之后的穩(wěn)定性，減少彎曲斷裂現(xiàn)象的發(fā)生。

進(jìn)一步優(yōu)化為：所述的步驟a3在開挖過程中需要控制挖泥船的平面位置和開挖深度，其中的平面控制，在溝槽的粗挖時(shí)，根據(jù)軸線導(dǎo)標(biāo)進(jìn)行船位調(diào)整，細(xì)挖與基底處理時(shí)，采用GPS測量儀器為主與導(dǎo)標(biāo)結(jié)合的方法進(jìn)行施工平面控制；開挖深度控制，溝槽的粗挖主要通過水尺水位刻度，控制挖深，細(xì)挖和基底處理時(shí)，由GPS測量儀與測深儀配合控制，確?；讟?biāo)高及平整度。

通過上述方案，對于開挖過程中的平面位置和開挖深度均采用粗挖和精挖狀態(tài)下的分步控制，提高了工作效率，并且最后的工程只能還能夠得到保證。

進(jìn)一步優(yōu)化為：所述的步驟a4按船舶移動(dòng)速度，有計(jì)量地把礫石砂投入基底上，墊層粗平時(shí)使用挖泥船反鏟刮平，使得材料布滿槽底，然后用平整耙細(xì)平墊層，并通過儀器實(shí)時(shí)檢查平整度和標(biāo)高，欠料或多料，使用挖泥船反鏟斗添補(bǔ)或清出。

通過上述方案，通過有計(jì)量的把砂石投入基底進(jìn)行填平作業(yè)，并且采用粗填和精填分步控制的方式，既提高了工作效率，又能保證工作質(zhì)量。

進(jìn)一步優(yōu)化為：所述步驟C的具體步驟如下：

c1.在整條管的一端盲板上安裝進(jìn)水控制閥，另一端安裝排氣控制閥；

c2.布置好吊機(jī)及船只，利用儀器通過吊機(jī)及船只調(diào)整并固定好管位，使管位于管線上；

c3.通過水泵向管段端部豎管的注水孔注水，并關(guān)閉排氣閥，隨管注水，保證豎管豎直度同時(shí)下放吊機(jī)吊攬；

c4.當(dāng)注水孔達(dá)到水面時(shí)，采用自然注水，同時(shí)打開排氣閥進(jìn)行沉管。

進(jìn)一步優(yōu)化為：在步驟c4中，通過控制注水量和排氣量來控制注水速度，來控制管道的沉管速度。

通過上述方案，首先通過水泵向管段內(nèi)注水，在吊機(jī)的配合下觀察豎直管的豎直狀態(tài)實(shí)現(xiàn)整條管道的水平下方，減少出現(xiàn)管道彎曲扭斷的問題；然后當(dāng)注水孔處于水面時(shí)，通過控制進(jìn)水控制閥的開度和排氣閥的開度來實(shí)現(xiàn)控制管道下沉的速度，實(shí)現(xiàn)了整體管道穩(wěn)定沉管，減少出現(xiàn)彎曲變形扭斷的現(xiàn)象發(fā)生，且在吊機(jī)的配合下能夠?qū)崿F(xiàn)精確放入溝槽中的效果。

進(jìn)一步優(yōu)化為：步驟C還包括c5. 管段下沉完成之后，潛水員檢查整條管道的貼底情況，對局部架空、高起點(diǎn)進(jìn)行處理，保證管段貼底，受力良好。

通過上述方案，在沉管完成之后，還會(huì)可能各種因素使得管道與溝槽的基底之間存在空隙或基底存在高起點(diǎn)將管道頂壓，通過步驟c5，能夠?qū)⑦@些問題除去，保證管段貼底，受力穩(wěn)定，提高管道的使用壽命。

進(jìn)一步優(yōu)化為：所述步驟D的具體步驟如下：

d1.用拋砂船在定位儀器指引下沿基槽中線軸線前移，拋填符合設(shè)計(jì)規(guī)范的砂石；

d2.配合反鏟式挖泥船和泥駁，反鏟挖泥船用于土方的取放，泥駁用于倒運(yùn)素土。

通過上述方案，充分利用在開挖時(shí)放置在河道兩旁的土方，并且結(jié)合拋砂船進(jìn)行拋砂，將溝槽填平，節(jié)約原材料，且回填速度快。

綜上所述，對于需要布置管線長度較長的沉管工作，需要用到多管段連接的方式，本發(fā)明中采用陸地預(yù)制多管段，水上浮運(yùn)管段至浮體的浮體艙中實(shí)現(xiàn)水上無水焊接作業(yè)，降低施工難度，提高施工質(zhì)量，將多個(gè)管段焊接成完整的管道整體下沉，且在下沉過程中，通過在管道的兩端設(shè)置進(jìn)水控制閥和排氣控制閥，配合吊機(jī)，能夠控制管道下沉的速度和下沉?xí)r管道的水平度，減少管道在下沉過程中受到的損傷，提高沉管質(zhì)量和后期管道的使用壽命。

附圖說明

圖1是實(shí)施例水下溝槽的截面圖；

圖2是實(shí)施例中基底上鋪設(shè)礫石砂的示意圖；

圖3是實(shí)施例中在溝槽中鋪設(shè)管道并且回填素土之后的示意圖；

圖4是實(shí)施例中水下土方施工的系統(tǒng)圖；

圖5是實(shí)施例中的浮體俯視圖；

圖6是實(shí)施例中的浮體正視圖。

圖中， 1、溝槽；2、礫石砂；3、管道；4、浮體；41、浮體艙；411、凹陷通槽；42、注水箱；421、注水孔。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的解釋，其并不是對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說明書后可以根據(jù)需要對本實(shí)施例做出沒有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。

實(shí)施例

一種多管段沉管穿越河流的施工方法，主要包括步驟：步驟A，水下土方施工；步驟B，水域管道3組拼、水上對接施工；步驟C，水域沉管施工；步驟D，水下溝槽 1回填。

其中的步驟A的具體施工方式如下并且參見附圖4：

a1.測量放樣，平面放線根據(jù)管線設(shè)計(jì)座標(biāo)，計(jì)算管線起終折點(diǎn)與附近控制點(diǎn)的關(guān)系，并參考這點(diǎn)的地形地貌及附近構(gòu)筑的相對關(guān)系，把各個(gè)放線點(diǎn)用樁固定在地面點(diǎn)，逐一校核無誤后，可進(jìn)行軸線放樣和轉(zhuǎn)角測量并設(shè)立固定標(biāo)志；

a2.導(dǎo)標(biāo)布設(shè)，溝槽 1軸線和邊線上，每拐點(diǎn)處和每隔100m布置一導(dǎo)標(biāo)裝置，中心導(dǎo)標(biāo)和邊線導(dǎo)標(biāo)使用不同標(biāo)識，導(dǎo)標(biāo)頂部設(shè)置紅色的船用航行燈，便于夜晚施工，標(biāo)桿上設(shè)水位刻度尺，用于開挖時(shí)基槽底標(biāo)高控制。其中，導(dǎo)標(biāo)的位置由GPS定位儀器或全站儀測定，并定期檢查道標(biāo)位置，保持導(dǎo)標(biāo)位置準(zhǔn)確，確保溝槽 1開挖質(zhì)量；

a3.水下溝槽 1開挖，基槽開挖截面要求如圖1所述的倒等腰梯形。具體的施工方式采用2艘1.3m反鏟式長臂挖泥船，基槽的開挖采用分段分層開挖，開挖方向?yàn)橥送?，以免出現(xiàn)漏挖和欠挖，在每次船位移動(dòng)距離距控制臂長的2/3內(nèi)，整條基槽為一次性開挖完成，一次性清底、修整。清底完成后立即進(jìn)行基地處理及墊層施工，以減少溝槽 1回污。在開挖過程中需要嚴(yán)格控制挖泥船的平面位置和開挖深度，其中的平面控制，在溝槽 1的粗挖時(shí)，根據(jù)軸線導(dǎo)標(biāo)進(jìn)行船位調(diào)整，細(xì)挖與基底處理時(shí)，采用GPS測量儀器為主與導(dǎo)標(biāo)結(jié)合的方法進(jìn)行施工平面控制；開挖深度控制，溝槽 1的粗挖主要通過水尺水位刻度，控制挖深，細(xì)挖和基底處理時(shí)，由GPS測量儀與測深儀配合控制，確保基底標(biāo)高及平整度；

a4.基地處理及墊層施工，參見附圖2，選用礫石砂2，根據(jù)設(shè)計(jì)放量，通過船舶利用導(dǎo)管，在定位儀器指引下沿基槽中線軸線前移，拋填基礎(chǔ)材料。按船舶移動(dòng)速度，有計(jì)量地把礫石砂2投入基底上，墊層粗平時(shí)使用挖泥船反鏟刮平，使得材料布滿槽底，然后用平整耙細(xì)平墊層，并通過儀器實(shí)時(shí)檢查平整度和標(biāo)高，欠料或多料，使用挖泥船反鏟斗添補(bǔ)或清出。

步驟B的具體施工方式如下：

b1.鋼管對口，對口采用小型龍門架結(jié)合手拉葫蘆進(jìn)行，管軸線水平位置由經(jīng)緯儀控制，豎直位置由水準(zhǔn)儀控制，在對口時(shí)利用龍門架調(diào)整管位，當(dāng)管位滿足要求后管口四周點(diǎn)焊固定；

b2.鋼管管口連接，管口焊接采用手工電弧焊，焊條選用G422，焊接前清除焊口兩側(cè)的鐵銹、油脂、污垢等，使焊縫成金屬光澤，首層焊接時(shí)，焊縫根部須均勻焊透，不得燒穿，在焊接以后各層時(shí)，將前一層的熔渣全部清除干凈，每層焊縫厚度為焊條直徑的0.8～1.2倍，每層引弧點(diǎn)和熄弧點(diǎn)錯(cuò)開，焊接順序?yàn)橛上峦希?/p>

b3. 參見附圖5和6，1）浮運(yùn)預(yù)制好分管段至安裝現(xiàn)場，單排縱向排立，橫向錨固；2）浮運(yùn)浮體4至段間接口處，向注水箱42的注水孔421注水，浮體4下沉至一定吃水深度，將兩管端口插入浮體艙41的凹陷通槽（411）內(nèi)，口間不要緊靠，預(yù)留一定距離，用于盲板拆除；3）抽水使得注水箱42中的水均勻抽出，上浮浮體4，使用手拉葫蘆等工具，向下緊壓端口，使管壁充分接觸止水墊圈，達(dá)到止水；4）抽干浮體艙41內(nèi)積水，同時(shí)向注水箱42注水調(diào)整浮體4吃水度，使鋼管處于水平；5）兩管段軸線位置調(diào)整，艙內(nèi)完成盲板拆除、對口、焊接；6）當(dāng)上一接口對接完成以后，同樣方法進(jìn)行下一接口對接，直至整個(gè)長管段組裝完成。

在本工程中的鋼管均需要采用防腐處理，鋼管內(nèi)防腐采用PN8710聚氨酯聚乙烯互穿網(wǎng)絡(luò)防腐涂料，噴涂四道，二底二面，每道厚度不小于50μm；防腐層外觀要求表面平整光亮、無褶皺和鼓包，玻璃布網(wǎng)眼為面漆灌滿。厚度用測量儀檢測。絕緣用電火花檢漏儀檢測，檢測電壓為5000V，加以不打火花為合格。粘接力檢測在防腐層固化后進(jìn)行；長管段組裝場地選擇于臨近水下管施工現(xiàn)場交通便利，適宜管段組焊和下水的河漫、路堤，在進(jìn)場后先對該塊場地進(jìn)行基礎(chǔ)處理，并采取相應(yīng)措施以增強(qiáng)地基的承載力，滿足鋼管焊接的需要。砌筑組焊支墩和管道3下水導(dǎo)坡，導(dǎo)坡砌筑成弧形以減少管下水的沖擊力。在支墩及導(dǎo)坡頂面設(shè)5-10cm墊木或其他柔性材料，以保護(hù)防腐層。

步驟C的具體施工方式如下：

c1.在整條管的一端盲板上安裝進(jìn)水控制閥，另一端安裝排氣控制閥；

c2.布置好吊機(jī)及船只位置，利用儀器通過吊機(jī)及船只調(diào)整并固定好管位，使管位于管線上，這里采用兩艘挖泥船及4輛汽車吊，共同完成沉放施工，具體參見附圖3。

c3.通過水泵向管段部豎管的注水孔注水，且關(guān)閉排氣閥，隨管注水，保證豎管豎直度同時(shí)下放吊機(jī)吊攬；

c4.當(dāng)注水孔達(dá)到水面時(shí)，采用自然注水，同時(shí)打開排氣閥進(jìn)行沉管，在下沉過程中，通過控制注水量和排氣兩來控制注水速度，從而起到防止管道3因下沉過快導(dǎo)致管道3失穩(wěn)的問題；

c5.管段下沉完成之后，潛水員檢查整條管道3的貼底情況，對局部架空、高起點(diǎn)進(jìn)行處理，保證管段貼底，受力良好。

步驟D的具體施工方式如下并且參見附圖3：

d1.用拋砂船在定位儀器指引下沿基槽中線軸線前移，拋填符合設(shè)計(jì)規(guī)范的砂石；

d2.配合反鏟式挖泥船和泥駁，反鏟挖泥船用于土方的取放，泥駁用于倒運(yùn)素土。

施工時(shí)要從兩側(cè)均勻?qū)ΨQ拋填，做到不漏拋、不偏拋；每完成一段后，應(yīng)由潛水員進(jìn)行水下檢查。