城市湖泊中沉管施工技术研究

摘要：沉管施工技术主要适用于管道穿越江河、湖泊，文章中玄武湖段管道工程即采用了沉管施工技术。由于城市湖泊和其他江河沉管施工有较大差异，所以文章结合玄武湖穿湖段的沉管法施工，对该工程的施工技术和主要特点进行研究，为今后类似工程施工提供借鉴。

关键词：城市湖泊；沉管施工技术；管道工程；土方开挖；焊接；浮运

中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）36-0114-03

沉管施工技术主要适用于管道穿越江河、湖泊，但是当管道穿越水位较深、地质条件复杂等施工条件的时候，在水下挖槽、管道浮运及其沉放系列技术问题施工困难，施工技术要求高。南京市某管道工程玄武湖穿越段采用沉管法施工，开挖深度范围内的土层主要为淤泥、粘土、粉土，水文和地质条件复杂，水位较深，而且淤泥、粉土易变形、坍塌，故需对淤泥、粉土进行放坡开挖清除，来保证沟槽边坡不发生坍塌。

1 工程概况

该工程为南京市某管道工程，管道直径为DN900全长2047m，其中桩号K0+496-K2+017跨越玄武湖段采用水下沉管法施工，长度为1521m，分25段进行，每段60m。采用连续开挖分段下沉，水下组装的方式进行沉管施工。

2 玄武湖沉管施工出淤技术方案

玄武湖段水下挖槽施工，这是个非常特殊的问题：一方面有水体，跨越玄武湖段长度为1521m；另一方面出淤泥量大，还有就是要保证景区安全。综合各个方面，最终选择的方案是：在湖面两端分别设置码头及泥浆池，水下沉管开挖采用挖泥船，将多余的淤泥分别运至两端的码头，采用水力挖泥机组产生的高压冲力进行冲挖，高压清水泵使用的水源来源玄武湖湖水，目的是将淤泥冲洗成饱和状态，然后使用远程高压泥浆泵将泥浆吸入，通过泥浆管道送到密封式泥浆装罐车内运至码头弃土场。

3 玄武湖段沉管施工技术

在水底沉管施工，考虑到水体施工的特殊性，既要保证工程安全，又要保证工程质量，在两个保证的前提下，本文将玄武湖沉管施工技术流程和要点阐述总结如下：

3.1 施工准备

将所需砂、碎石、回填块石、袋装回填土等材料放在指定的堆放点，沿环湖路较宽敞堆放，通过挖机及船舶运至湖面进行回填。详细了解水文资料及天气情况，做好相应准备。

3.2 测量放线、定位

测量工作必须选择天气晴朗、相对湿度较小的天气进行。采用二秒级经纬仪按设计要求放出轴线，在地面设控制桩。通过控制点用二秒级全站仪放出，通过控制桩对轴线复核，复核控制桩时，必须做到三测回以上，用经纬仪时，利用盘左、盘右要同时测，以消除误差。在沉管组装、下沉施工期间必须对控制点进行复测，轴线测量仪器每班都需校准。在湖内管道转弯处设置标志杆，并将标志杆作为管道在湖面的控制点。管道共分为25段，每段设置2个标志杆作为控制点，共50个控制点来控制管道高程及走向。管线的拐角处采用GPS定位的方式来确定控制点。

3.3 土方开挖

根据土质、水位、地上构筑物以及施工环境等情况。沟槽采用机械开挖，挖掘机械采用0.6方斗容量的水上挖掘机和挖泥船相结合的方式进行。开挖时先挖直线段，后挖拐弯处。一般断面开挖坡度为1∶2.5，为便于潜水员水下安装法兰，在管接头3m范围内开挖坡度为1∶3，开挖深度增加1m。挖机大臂张开长度为6m，玄武湖湖面标高10.2m，沟槽底部标高为5.79m，湖底标高为8.55m，开挖深度为4.41m，水上挖机完全满足开挖深度，具体开挖如图1所示。开挖时根据先前测量所放边线，先用挖泥船将多余的淤泥用船分别运至泥浆池，防止因水流的作用将周围的淤泥再次冲刷回流至沟槽内，在清理淤泥层时应将清淤宽度放至25m，放在泥浆池内的淤泥采用水力挖泥机组通过泥浆管道送到密封式泥浆装罐车内运至码头弃土场。

3.4 垫层基础

水下沉管断面图如图2按基础的结构尺寸，测量放样出砂垫层的底标高和顶标高。用制作好的漏斗进行灌砂施工。采用分段施工，施工方向尽量与水流方向一致，以避免超高。回填砂完成后，由潜水员进行砂垫层整平，水平误差控制在5cm之内，具体在沟槽两边安放水下整平轨道，长度约10m左右一段，并控制轨道高程，再由潜水员根据轨道高程用刮尺将砂垫层整平。之后将漏斗安装在拖船尾部，利用拖船沿开挖沟槽的线路对沟槽底部进行碎石层施工。碎石垫层顶以上44cm采用抛填块石处理，回填时由船舶将材料运至现场，从基坑两侧人工往中间抛填，分2次抛填完成。摊铺完成采用灵舟SDE-28测深仪进行超声波检测。碎石垫层顶以上44cm采用抛填块石处理，待抛填块石完成后，按基础的结构尺寸，测量放样出袋装回填土的底标高和顶标高并设置高程控制桩，在高程控制桩上每20cm挂一道控制线，共3道，用来控制分层抛填高度，将所需的抛填袋装回填土用船舶运至施工现场，从基坑两侧往中间抛填，分3次完成抛填。袋装土采用基坑开挖的土，完成后采用灵舟SDE-28测深仪进行超声波检测。

3.5 管道焊接及堆放

垫层中粗砂基础完成施工后，即可开始管道的安装，复测基础面标高符合设计规范要求后，在中粗砂垫层基础面上测量放样（设置水上浮标），测放出基坑中心点及管道中线，根据中心点及管道中线挂设管道边线，利用边线来控制管道的走向和高程。

钢管拼接采用焊接，钢管拼接在24m×12m工作平台内进行，以确保管路同心度和直线度。并对部分管路进行水压试验，水压要求达到1.1MPa/24h，合格后方可进行管段防腐处理。拼接接头的防腐材料选用846环氧沥青厚浆型防锈漆，在钢管内外壁先涂底漆两遍，采用846-1环氧沥青厚浆型防锈底漆（棕色），厚约80μmX2。在钢管内外壁再涂面漆一遍，采用846-2环氧沥青厚浆型防锈面漆（黑色），厚约80μmX1。

焊缝应平滑，宽窄一致，根部焊透，无明显的凹凸缺陷及咬边现象，焊缝加强面应高出管面约2mm，焊出坡口边缘2～3mm。沉管的焊接及堆放在环湖路旁边指定地点进行，这样有利于钢管的沉放及运输。为确保安全，钢管堆放高度不得超过1.8m。为确保法兰连接可靠，在钢管沉放前，先在陆上用活动法兰将两节钢管连接，并进行水压试验。

3.6 管道浮运、沉放

（1）沉放前两天将岸边加工好的钢管拖入水中指定区域并固定。为了确保该水域的安全，在指定区域四周拉起警示彩旗。沉放前应充分掌握天气情况，选择在无风和日丽或微风的情况下浮运、沉放，严禁在雨天或大风的情况下沉放施工；（2）沉放前应进行试吊，调整吊索，使钢管基本保持水平状态，并由专人指挥；（3）钢管由两艘机动艇（前拖后稳的方式）拖运至沉放位置，然后由两艘浮吊船分四个吊点吊住钢管（60m长），从闷板上的阀门进水，使管道内充满水，两艘浮吊同步缓慢松钩，使管道缓慢沉入沟槽内，下沉时采用单边打导向桩控制轴线即可；（4）钢沉管水下安装采用法兰连接来完成，沉管利用浮吊分四个吊点（浮吊起吊重量为30t）进行沉放。浮吊的操作工松钩时，需听指挥员口令，并配备对讲机，缓慢而统一，确保钢管平衡缓慢下沉，当钢管快接近沟槽时，利用浮吊移位对管位进行调整，使钢管缓慢而准确地下沉至槽底，并对管节进行粗接，然后由潜水员用水下张紧器进行微调，管端法兰有间隙时，可采用长调整螺栓，收紧缩短管端法兰间隙至可紧固螺栓的位置。钢管就位后，防止管道移位在管两侧塞填沙袋进行稳管。然后由潜水员进行法兰对接安装；（5）为了确保沟槽底部的螺栓安装能顺利进行，在沟槽接头部位需开挖出3×2×1m的基坑，方便潜水人员安装底部螺栓。该过程一般会持续5h。在此过程中应特别注意潜水人员安全及伤害事故的发生，故应选派丰富经验的潜水人员操作以及做好防范措施；（6）沉管与陆地管路的连接时，将地面管路与水中沉管相衔接的地方进行土方开挖，将倾斜部位的钢管用15t的汽车吊吊起，人工焊接。每完成60m一段沉管，连同前面安装好的管道一起进行水压试验，试验压力为0.9MPa，每次试验符合要求后，才能拆除闷板，进行下段施工；（7）管道接头砼施工。为防止在管道长期使用中，因污水的污染引起橡胶密封圈的老化、损坏，从而引起管道接头部位的损坏，在管道安装完，并试压后，在管道接头处增设钢筋砼包裹，钢筋砼包裹位于管接头，宽1m、厚0.4m，沿管外壁包裹一圈，将接头及法兰片包裹在砼内，并在外侧配置钢筋网片。砼采用水下不分散砼，才能拆除闷板，进行下段施工。

4 沉管施工技术控制的两点建议

4.1 管道下沉时应注意的事项

测量定位准确，并在下沉中经常校测；管道充水应缓慢；下沉速度不得过快。

4.2 潜水员水下操作规范及注意事项

切勿单独潜水，遵守潜伴制度。下潜前，互相检查及认识彼此仪器。所使用的仪器，应定期作维修保养。当在陌生环境进行潜水活动时，应寻求该地的环境认识或作环境观察。下潜前，评估当时环境是否宜作潜水活动，否则应予取消。遵从潜水领队的潜前简介及指示。不可超越个人资历的深度限制，计划潜程，执行所订潜水计划，严守潜水表安全指引。每次进行潜水活动时，应随身带备长形水面浮泡（象拔），并于水面设置可清晰辨认的浮标连潜水旗，提醒驾船人士远离该区域。

5 结语

为保证工程质量和安全，在施工过程中，应该进行严格的施工质量控制，上道工序未经检验合格，不进行下道工序的施工。严格进行隐蔽工程检查签认制度，未经监理工程师签认，不实施隐蔽。水下沉管施工时，采用超声波测深仪严密地对已开挖好的沟槽断面进行测量、监理复核，对焊接好的环向焊缝100%进行跟踪超声波检测，监理旁站，检测合格后，对焊接接头按照设计要求进行防腐。对水下沉管的每一道工序都应进行自检、监理复核，做好记录，并对管道进行了分段水压试验，注水补压至0.9MPa，稳定15min后，压力无下降，降至工作压力为0.6MPa，保持恒压30min后，钢管无漏水现象，则水压试验合格。

目前玄武湖段工程已经投入使用，使用质量和工作状态良好，玄武湖段水下沉管施工的技术方案和要点给类似的工程建设提供建设性的参考。

参考文献

[1] 刘会，杨转运.浅埋顶管工作井施工工艺[J].给水排水，2008，34（11）.

[2] 刘敏林.沉管施工技术在过河管道中的应用[J].西部探矿工程，2004，100（9）.

[3] 邢永辉，陈海军.浅谈沉管隧道起浮与抗浮设计[J].现代隧道技术，2008，45（3）.

作者简介：韦勇，男，南京市玄武湖管理处工程师，研究方向：工程技术与管理、景区开发与管理。

3.6 管道浮运、沉放

（1）沉放前两天将岸边加工好的钢管拖入水中指定区域并固定。为了确保该水域的安全，在指定区域四周拉起警示彩旗。沉放前应充分掌握天气情况，选择在无风和日丽或微风的情况下浮运、沉放，严禁在雨天或大风的情况下沉放施工；（2）沉放前应进行试吊，调整吊索，使钢管基本保持水平状态，并由专人指挥；（3）钢管由两艘机动艇（前拖后稳的方式）拖运至沉放位置，然后由两艘浮吊船分四个吊点吊住钢管（60m长），从闷板上的阀门进水，使管道内充满水，两艘浮吊同步缓慢松钩，使管道缓慢沉入沟槽内，下沉时采用单边打导向桩控制轴线即可；（4）钢沉管水下安装采用法兰连接来完成，沉管利用浮吊分四个吊点（浮吊起吊重量为30t）进行沉放。浮吊的操作工松钩时，需听指挥员口令，并配备对讲机，缓慢而统一，确保钢管平衡缓慢下沉，当钢管快接近沟槽时，利用浮吊移位对管位进行调整，使钢管缓慢而准确地下沉至槽底，并对管节进行粗接，然后由潜水员用水下张紧器进行微调，管端法兰有间隙时，可采用长调整螺栓，收紧缩短管端法兰间隙至可紧固螺栓的位置。钢管就位后，防止管道移位在管两侧塞填沙袋进行稳管。然后由潜水员进行法兰对接安装；（5）为了确保沟槽底部的螺栓安装能顺利进行，在沟槽接头部位需开挖出3×2×1m的基坑，方便潜水人员安装底部螺栓。该过程一般会持续5h。在此过程中应特别注意潜水人员安全及伤害事故的发生，故应选派丰富经验的潜水人员操作以及做好防范措施；（6）沉管与陆地管路的连接时，将地面管路与水中沉管相衔接的地方进行土方开挖，将倾斜部位的钢管用15t的汽车吊吊起，人工焊接。每完成60m一段沉管，连同前面安装好的管道一起进行水压试验，试验压力为0.9MPa，每次试验符合要求后，才能拆除闷板，进行下段施工；（7）管道接头砼施工。为防止在管道长期使用中，因污水的污染引起橡胶密封圈的老化、损坏，从而引起管道接头部位的损坏，在管道安装完，并试压后，在管道接头处增设钢筋砼包裹，钢筋砼包裹位于管接头，宽1m、厚0.4m，沿管外壁包裹一圈，将接头及法兰片包裹在砼内，并在外侧配置钢筋网片。砼采用水下不分散砼，才能拆除闷板，进行下段施工。

4 沉管施工技术控制的两点建议

4.1 管道下沉时应注意的事项

测量定位准确，并在下沉中经常校测；管道充水应缓慢；下沉速度不得过快。

4.2 潜水员水下操作规范及注意事项

切勿单独潜水，遵守潜伴制度。下潜前，互相检查及认识彼此仪器。所使用的仪器，应定期作维修保养。当在陌生环境进行潜水活动时，应寻求该地的环境认识或作环境观察。下潜前，评估当时环境是否宜作潜水活动，否则应予取消。遵从潜水领队的潜前简介及指示。不可超越个人资历的深度限制，计划潜程，执行所订潜水计划，严守潜水表安全指引。每次进行潜水活动时，应随身带备长形水面浮泡（象拔），并于水面设置可清晰辨认的浮标连潜水旗，提醒驾船人士远离该区域。

5 结语

为保证工程质量和安全，在施工过程中，应该进行严格的施工质量控制，上道工序未经检验合格，不进行下道工序的施工。严格进行隐蔽工程检查签认制度，未经监理工程师签认，不实施隐蔽。水下沉管施工时，采用超声波测深仪严密地对已开挖好的沟槽断面进行测量、监理复核，对焊接好的环向焊缝100%进行跟踪超声波检测，监理旁站，检测合格后，对焊接接头按照设计要求进行防腐。对水下沉管的每一道工序都应进行自检、监理复核，做好记录，并对管道进行了分段水压试验，注水补压至0.9MPa，稳定15min后，压力无下降，降至工作压力为0.6MPa，保持恒压30min后，钢管无漏水现象，则水压试验合格。

目前玄武湖段工程已经投入使用，使用质量和工作状态良好，玄武湖段水下沉管施工的技术方案和要点给类似的工程建设提供建设性的参考。

参考文献

[1] 刘会，杨转运.浅埋顶管工作井施工工艺[J].给水排水，2008，34（11）.

[2] 刘敏林.沉管施工技术在过河管道中的应用[J].西部探矿工程，2004，100（9）.

[3] 邢永辉，陈海军.浅谈沉管隧道起浮与抗浮设计[J].现代隧道技术，2008，45（3）.

作者简介：韦勇，男，南京市玄武湖管理处工程师，研究方向：工程技术与管理、景区开发与管理。

3.6 管道浮运、沉放

（1）沉放前两天将岸边加工好的钢管拖入水中指定区域并固定。为了确保该水域的安全，在指定区域四周拉起警示彩旗。沉放前应充分掌握天气情况，选择在无风和日丽或微风的情况下浮运、沉放，严禁在雨天或大风的情况下沉放施工；（2）沉放前应进行试吊，调整吊索，使钢管基本保持水平状态，并由专人指挥；（3）钢管由两艘机动艇（前拖后稳的方式）拖运至沉放位置，然后由两艘浮吊船分四个吊点吊住钢管（60m长），从闷板上的阀门进水，使管道内充满水，两艘浮吊同步缓慢松钩，使管道缓慢沉入沟槽内，下沉时采用单边打导向桩控制轴线即可；（4）钢沉管水下安装采用法兰连接来完成，沉管利用浮吊分四个吊点（浮吊起吊重量为30t）进行沉放。浮吊的操作工松钩时，需听指挥员口令，并配备对讲机，缓慢而统一，确保钢管平衡缓慢下沉，当钢管快接近沟槽时，利用浮吊移位对管位进行调整，使钢管缓慢而准确地下沉至槽底，并对管节进行粗接，然后由潜水员用水下张紧器进行微调，管端法兰有间隙时，可采用长调整螺栓，收紧缩短管端法兰间隙至可紧固螺栓的位置。钢管就位后，防止管道移位在管两侧塞填沙袋进行稳管。然后由潜水员进行法兰对接安装；（5）为了确保沟槽底部的螺栓安装能顺利进行，在沟槽接头部位需开挖出3×2×1m的基坑，方便潜水人员安装底部螺栓。该过程一般会持续5h。在此过程中应特别注意潜水人员安全及伤害事故的发生，故应选派丰富经验的潜水人员操作以及做好防范措施；（6）沉管与陆地管路的连接时，将地面管路与水中沉管相衔接的地方进行土方开挖，将倾斜部位的钢管用15t的汽车吊吊起，人工焊接。每完成60m一段沉管，连同前面安装好的管道一起进行水压试验，试验压力为0.9MPa，每次试验符合要求后，才能拆除闷板，进行下段施工；（7）管道接头砼施工。为防止在管道长期使用中，因污水的污染引起橡胶密封圈的老化、损坏，从而引起管道接头部位的损坏，在管道安装完，并试压后，在管道接头处增设钢筋砼包裹，钢筋砼包裹位于管接头，宽1m、厚0.4m，沿管外壁包裹一圈，将接头及法兰片包裹在砼内，并在外侧配置钢筋网片。砼采用水下不分散砼，才能拆除闷板，进行下段施工。

4 沉管施工技术控制的两点建议

4.1 管道下沉时应注意的事项

测量定位准确，并在下沉中经常校测；管道充水应缓慢；下沉速度不得过快。

4.2 潜水员水下操作规范及注意事项

切勿单独潜水，遵守潜伴制度。下潜前，互相检查及认识彼此仪器。所使用的仪器，应定期作维修保养。当在陌生环境进行潜水活动时，应寻求该地的环境认识或作环境观察。下潜前，评估当时环境是否宜作潜水活动，否则应予取消。遵从潜水领队的潜前简介及指示。不可超越个人资历的深度限制，计划潜程，执行所订潜水计划，严守潜水表安全指引。每次进行潜水活动时，应随身带备长形水面浮泡（象拔），并于水面设置可清晰辨认的浮标连潜水旗，提醒驾船人士远离该区域。

5 结语

为保证工程质量和安全，在施工过程中，应该进行严格的施工质量控制，上道工序未经检验合格，不进行下道工序的施工。严格进行隐蔽工程检查签认制度，未经监理工程师签认，不实施隐蔽。水下沉管施工时，采用超声波测深仪严密地对已开挖好的沟槽断面进行测量、监理复核，对焊接好的环向焊缝100%进行跟踪超声波检测，监理旁站，检测合格后，对焊接接头按照设计要求进行防腐。对水下沉管的每一道工序都应进行自检、监理复核，做好记录，并对管道进行了分段水压试验，注水补压至0.9MPa，稳定15min后，压力无下降，降至工作压力为0.6MPa，保持恒压30min后，钢管无漏水现象，则水压试验合格。

目前玄武湖段工程已经投入使用，使用质量和工作状态良好，玄武湖段水下沉管施工的技术方案和要点给类似的工程建设提供建设性的参考。

参考文献

[1] 刘会，杨转运.浅埋顶管工作井施工工艺[J].给水排水，2008，34（11）.

[2] 刘敏林.沉管施工技术在过河管道中的应用[J].西部探矿工程，2004，100（9）.

[3] 邢永辉，陈海军.浅谈沉管隧道起浮与抗浮设计[J].现代隧道技术，2008，45（3）.

作者简介：韦勇，男，南京市玄武湖管理处工程师，研究方向：工程技术与管理、景区开发与管理。