潜管法在长江南京段疏浚吹填工程中的应用

(南京市长江河道管理处，江苏 南京 210000)

长江南京段水深流急，水上运输繁忙，跨江疏浚采用传统水面布置排泥管方式已不能适应时代发展要求。为了解决浦仪公路过江段水下疏浚工程时间紧、技术难度大等问题，经技术论证，采用了潜管法疏浚工艺，缩短了工期，取得了预期的效果。本文着重对潜管法施工进行阐述。

1 工程概况

南京浦仪公路过江通道位于八卦洲左汊。为维持八卦洲左汊分流比在大桥工程实施后不减小，以及保障施工船只进场施工，需要水下疏浚(具体平面布置详见图1)。疏浚总量约42.7万m3，工期90天，疏浚底标高为-13m，(吴淞高程，下同),水面平均标高6m。

疏浚区土质上部表层为灰黄色亚黏土，中部为淤泥质亚黏土、夹亚黏土夹砂薄层；下部为粉砂、细砂。

浦仪公路疏浚段为万吨级深水航道，水上交通繁忙。将左岸水下泥砂疏浚到右岸八卦洲上，工程施工具有施工难度大、航道交通影响大、运输船只调度难等特点。

图1 平面布置(A5、A6、A7、A8、A9为弃泥点)

2 方案设计

根据以往工程经验及现场条件，选取两种疏浚方案进行比选。

2.1 挖、运、吹(抓斗船挖泥+泥驳运输+吹泥船吹填)(方案一)

采用1艘13m3抓斗船挖泥，3艘1000m3泥驳运泥至八卦洲护岸前沿水域，再由1艘1000m3/h吹泥船连接700mm吹泥钢管将疏浚土输送至弃土区。日工作量8000m3，整个施工天数约为56天，加上天气等影响，所需施工期约3个月。

2.2 潜管法(绞吸挖泥船+管道吹填)(方案二)

采用1艘1000m3/h绞吸挖泥船通过750mm的钢潜管进行疏浚吹填，日工作量10000m3，所需工期50天。绞吸船平面布置见图2。

图2 绞吸船平面布置

2.3 方案比选

方案一的抓斗船施工水域较小，施工工艺简单，施工难度小。但碍航性较大，施工船机数量较多，且挖泥、运泥和吹泥的施工设备的效率需相互匹配，现场协调和管理难度较方案二大。

方案二的绞吸挖泥船效率较高，能够通过潜管横穿长江，管理难度较小，不受天气、水面交通等影响，费用较低，时间较短，能源消耗少，环境影响小。但八卦洲左汊航道为深槽，边坡很陡，管线铺设难度较大，可以通过水下边坡修整来解决。

综上所述，拟采用方案二：潜管法施工。

3 潜管法施工

3.1 潜管和浮管连接方法

3.1.1 浮管连接方法

a.水上浮管位于挖泥船尾部，和水下潜管相接于图A1点位置，接头处通过柔性的橡胶软管连接。

b.水上浮管布设成平滑的弧形，并用2t的霍尔锚固定，以防其漂至航道内影响通航。在水下管线连接处(A1点)抛八字锚加以固定。水上浮管长度约为300m。

3.1.2 潜管连接方法

a.依据河势分析，潜管敷设路线选在疏浚区中间开始，确定管线走向控制点A1点和D1点(见图3，A1点为浮管和潜管交接点，D1点为潜管和岸管的交接点)。

图3 水下潜管布置立面

b.水下管线采用橡胶软管柔性连接。一根钢管(12m)加一根橡胶软管(1.8m)的组合，经过计算，浮管与潜管连接点(A1点)到潜管与岸管连接点(D1点)为251m，计划用20组，长度276m，完全满足通航最低宽度200m的要求(见图4)。

图4 水下潜管布置平面

c.潜管、浮体、工程船在疏浚浅水区顺流一条线接好，做潜管压力试验，各处均达到无漏气、漏水要求时，将管线一头接在工程船上，到达A1点待命，另一头用盲板封好，吊在锚艇上。

3.2 施工准备工作

施工准备工作包括施工方案编写与审批，办理水上水下施工许可证，海事、航道部门审批，封航及航行通告，障碍物清除及水下边坡修整，潜管沉放及起浮时上下游的警戒工作等。

3.3 潜管沉放(起浮)方法

a.潜管下沉选择在风浪、水流较小平潮时进行。

b.锚艇(360马力)顶推潜管头部到D1点， 拖轮(250马力)和拖轮(180马力)顶推潜管中部，到达潜管下沉区域；与此同时，潜管顶至D1点，拆除潜管盲板，与岸上地锚连接固定好后，通知工程船开机注水沉管。

c.潜管与浮体连接部抛锚固定，在连接处上、下游各抛下一个4t的锚固定潜管；潜管与岸管连接处用螺栓和岸管紧固连接，同时由钢缆与预先测定并埋设的两个不同角度的地垄固定，保证管线不漂入航道影响通航和潜管沉入江底时强力拉移岸管线，并且在浮体与潜管连接部位(约12m处)加装两个放气阀，用于排出管道中的空气。

d.潜管铺设完成后在疏浚区开口线、开挖起迄点、设立包括标杆、浮标等清晰的标志，每隔50～100m设一组横向标志。

e.同时水下抛锚区设置浮标、灯标、岸标等标志，指示抛锚范围和抛锚顺序。

f.疏浚结束后，潜管起浮采用充气排水法，将潜管充气浮出水面，具体步骤如下：

ⓐ先将岸管、浮管与潜管分解，一头用盲板封闭，另一头连接气泵，以减少充气排水时间，此阶段对通航没有影响。

ⓑ用排气量为2m3/min的150马力大型气泵给潜管充气排水，让潜管上浮。

ⓒ潜管上浮后用1艘拖轮(250马力)与锚艇(360马力)配合将潜管拖至航道外安置。

3.4 潜管稳定保障措施

a.潜管采用符合国家标准全新钢管，设计承载压力为6MPa，橡胶软管承载压为2MPa，吹填时管道内的工作压力为0.45MPa。杜绝了承压爆管的风险。

b.潜管重量计算：潜管总长度276m，其中钢管240m，橡胶软管36m，总计20组，钢管直径0.75m，壁厚12mm，法兰连接。各部分重量：钢管54t，橡胶软管8.0t，法兰5.0t，小计重量67t；潜管内水重122t，整条管线重量189t。

c.浮沉度计算：空管总浮力122t；钢管、软管及法兰体总浮力7.91t。浮运状况：闭门空管55t，可浮运，外侧浸水约0.41m；停工清水满管状况181t，下沉，不浮；施工砂水满管状况185t，下沉，不浮。

同时，为了避免潜管在水下起伏的可能，上、下游各放一只2t重沉底锚。根据规范要求，绞吸式挖泥船在开机前先打开排气阀放气，开机时低速吹清水，确认正常再加速挖泥，以此保证潜管不会起浮。

3.5 保证航道通行安全

疏浚区至江滩边直线距离约240m, B1点(航标处)距疏浚区边线18m,B1点至C1点为航道距离200m。

a.根据图5显示，参照2011—2016年长江南京段水位记录表，按最低水位考虑,施工时水位高程为3.19m(吴淞高程)。B1点处潜管位置的水位深度为11.6m，C1点处水位深度为11.2m，两处水位深度均大于8m。宽度和深度均能满足通航最低要求。

图5 航道通航布置

b.根据图6显示，绞吸船在1号疏浚区施工过程中，一侧横移锚与绞吸船成45°夹角抛入航道中用来控制船舶方向，抛出距离约65m，锚绳超出疏浚边线28m(航标线为18m)；经数据计算，最低水位在3.19m时，航标线上锚绳至水面高度达10.9m，超过航道通航最低8m的要求。不影响航道通航。

图6 横移锚、锚绳布置

4 防止潜管堵管的措施及堵管后的应对施工方案

4.1 防止潜管堵管的措施

本工程疏浚土全部吹填上陆。根据八卦洲侧临时用地规划，八卦洲侧共设置5块承包人临时用地，其中A5、A6场地供土建一承包人使用，A7、A8场地供六标土建二承包人使用，A9场地供和燕路过江通道八卦洲侧土建三承包人使用。上述5块场地先期作为疏浚弃土区使用，根据弃土区平面位置，A5、A6场地组成弃土点一，A7、A8场地组成弃土点二，A9场地为弃土点三。3个弃土点面积总和约27.72万m2。具体详见图7：抛泥区与疏浚区位置示意图。

图7 抛泥区与疏浚区位置示意图

4.2 潜管堵管后的施工方案

本工程疏浚吹填施工时需首先形成封闭式围堰，围堰合拢以后方可进行吹填，避免吹填施工对周围环境造成影响。典型围堰设计详见图8：围堰设计典型断面图。

吹填区各场地吹填前，须将表面耕植土开挖存放，等大桥施工结束完后，临时用地恢复为农田，所存放的耕植土再复垦。表层耕植土开挖0.3m，暂时用于堆筑围堰。

A9场地原地面平均标高约6.0m，吹填后泥面使用标高高出原泥面约1.0m，设计吹填顶高程为7.0m，可以处理疏浚土约14万m3。

A5、A6场地原地面平均标高约6.0m，考虑剩余约26万m3疏浚土全部吹填至以上两个场地，经计算设计吹填顶高程为10.0m。吹填结束后，经由其他工程将上部约3m厚(约18万m3)砂土采用卡车二次倒运至A7、A8场地。

图8 围堰设计典型断面

5 结 语

a.经过近50天疏浚吹填，顺利完成了施工任务，较大地节约了成本，缩短了工期，节约了能源，保护了环境，特别是在短时间断航情况下进行跨江疏浚吹填，实现了南京长江深水区疏浚潜管法施工零的突破。施工中积累的丰富的施工经验和方法，值得推广，可供参考。

b.在经济社会发展较快的时代，疏浚吹填跨江断航施工基本已不可能进行。创新已成为解决问题的关键。在工程实施过程中，邀请了高校、设计、海事、航道、水利等领域专家，进行专家会商，为工程顺利实施提供了保障。