韩江粤东安揭总干渠渠首工程沉管施工分析

许楚明

（广东省科源工程监理咨询公司，广东 广州 510635）

韩江粤东灌区续建配套与节水改造工程（安揭总干渠渠首工程）位于潮州枢纽东溪大坝连接段上，输水线路向南先沿江东围总干渠布置，将管道埋设在江东围干渠底部，在桩号AJ0+568.710 处管线折向西与东西溪大桥平行布置，在桩号江东洲AJ0+960.516 处从路面下穿过东西溪大桥，穿过西溪左岸堤防后，管线折向南与西溪左岸堤防平行布置在河滩地上，在桩号AJ2+277.286 接跨西溪倒虹吸，将原水引至安揭总干渠原渠首进水闸处。基于韩江粤东灌区续建配套与节水改造工程（安揭总干渠渠首工程）沉管管段较多，施工条件复杂，本文对其沉管施工进行分析。

1 工程概况

韩江粤东灌区续建配套与节水改造工程（安揭总干渠渠首工程） 沉管桩号为AJ2+304.436～AJ2+580.681，水平长度276.245 m，其中左岸上引段为1∶5，水平长度25 m，水平段236.245 m，右岸上引段位1∶3，水平长度15 m。全线采用内径为3 m 钢管，其中左右岸上引段壁厚38 mm，管长分别为25.5 m、15.81 m，水平段管壁厚为32 mm。通过投标文件提供的地形数据以及边坡开挖计算，按照正常蓄水位3.3 m 进行计算，水域宽度达到340 m，远远大于管段总水平宽度276.245 m。

2 工艺流程

本项目沉管工程采取的工艺流程主要包括管段水上对接成型、总成管段水上浮运、总成管段沉放安装、回填等工序。

3 沉管施工

3.1 管段下水

3.1.1 牵引力计算

通过计算，对比两节管段，左岸管节段重量为m左=2.847×26+2.393×115.2=350 t；右岸管节段重量为m右=2.847×16.31+2.393×121.545=337 t。

左岸管节段分平面段及斜坡段两种情况进行牵引力计算。

式中：Fd为牵引力，kN；m 为钢管自重，t；g 为重力加速度，N/kg,本工程取10；α 为倾角，水平段位0°，斜坡段为10°；u 钢管与钢轨之间的摩擦系数，取润滑后的系数0.1。

斜坡段：通过受力分析，分解为顺着滑轨的下滑力和钢轨和钢管间的摩檫力，分别为：

下滑力F1＝m·g·sinα=350×10×sin10°=608 kN；

摩檫力F2=u·m·g·cosα=0.1×350×10×cos10°=345 kN；

说明下滑力比摩擦力大F1-F2=608-345=263 kN，需要卷扬机提供拉力才能确保下滑安全。

3.1.2 管段下水

将定位船进行抛锚定位，定位方式和水下土石方填筑时一样，使用前，应检查减速箱的油量，油的温度及各滑动轴承是否有油；起动前应先用手扳动齿轮空转一圈，检查各部零件是否转动灵活，特别要注意制动是否好用；起吊重型物件时，应进行试吊，以检查绳扣及物件捆绑是否结实，并注意卷扬机卷筒上的钢丝绳余留因数不得少于3 圈；操作人员必须熟悉卷扬机的构造性能，作业时，操机身周围严禁站人[1]。

下水前，测量人员在钢轨上做好行程标记，方便下水过程检查管段是否同步进行。所有参与水下施工的指挥员、卷扬机操作手、测量人员统一采用对讲机进行沟通，确保信息沟通流畅。

3.2 管段水面对接成型

3.2.1 受力计算

自重计算：G=m×g=（1.24+8.37）×10=96.1 kN

浮力计算：F浮=ρgv排=1×10×（4904×2×2.34）=229.5 kN

施工过程中考虑施工活荷载，工作舱及活荷载合计Q=106.1 kN，

配重计算：（F浮-Q）/g=（229.5-106.1）/10=12.34 t。采用四块重3.0 t 配重块，其他采用配重沙袋完成配重。

3.2.2 水面对接

水面对接示意图见图1。

图1 水面对接示意图

管段缓慢下水后，在距离岸边15 m 左右位置进行临时固定，待具备施工条件后，由牵引船浮运至距离岸边20 m 位置的对接区域。钢管桩采用Φ630×δ10，间距30 m，通过放样，确定在同一条直线上。为固定管段做好准备工作。通过精准计算后，采用起重船起吊左岸连接段管节，拖船缓慢将管段靠近钢管桩，通过测量队管段就位情况进行测量后，将管段采用刚性连接与钢管桩固定，固定完成后对管段做进一步复核，为后续正式对接提供参数。

测量复核完成后，同样采用起重船和拖船将右岸管节段缓慢靠近左岸管节段和钢板桩。通过测量确定左右管段基本满足设计要求。

接头坡口验收合格后，通过起重船和调节螺杆缓慢地将管段精准对接。精准对接完成后，将工作舱与管段做进一步吻合加固。

3.3 管道浮运

防腐完成后，进行气压试验。浮运前将用于加固的钢管桩拔除。

经计算钢管整体浮运所承受浮力足以使钢管漂浮，不需借助浮筒等外力，管段成型后，由拖船托运至沉放现场，拖航前预发布航行通告，拖船当日，港监清道船清开航道警戒，确保航程安全。管段在水中浮运时，应采取保护外防腐层不受损坏的措施。

3.4 总成管段沉放安装

3.4.1 测量放样、定位

将管道中心线、管道边缘线、转折线等具有明显特性的线条放样出来，并做好明显标记。为了便于观测下沉进程，在两端的弯起段每隔200 mm 高程标注清晰的高程标志点[2]。

3.4.2 辅助沉管设施施工

辅助沉管沉放的设施主要为Φ630×δ10 钢管作为导向柱，布置在供水钢管下游侧，边缘与供水管下游边缘线在同一条直线上，间距按照30 m 布置。同时在河床两岸各布置两台卷扬机，将卷扬机与管段转折点连接。

3.4.3 管段就位及测量复核

管段在起重船及卷扬机的共同作用下，完成管段就位。过程中，测量随时检查管道的就位情况，确保就位质量。

3.4.4 连接注水泵，打开排气阀

注水时间不能太长，但同时也不能太快，控制在6 h，通过安装流量表，严格控制灌水速度和灌水的总量。

通过计算需要灌水量略大于1282.2 m3，每小时需要灌水200 m3，在两端布置两台流量为50 m3/h，安装对应的流量监控器，确保灌水的精准度。

3.4.5 灌水下沉

各项准备工作到位后，具备沉管条件，先开启两端排气管阀后，同时开启两端抽水机，开始向管内灌水，调整进水阀门，确保单侧流量控制在100 m3/h。

灌水过程中，密切关注灌水总量，理论上6 小时25 分钟灌水后，沉管达到临界状态，沉管总指挥通过对讲机向各操作手下达下沉命令，并关闭排气管阀。

下沉过程严格控制沉放行程，每次动作的沉放深度不能超过200 mm，通过两端的高程标志点控制管下沉的速度和确保管道平衡下沉。管道下沉至一定深度（1 m）后，进行一次吊点、管位及船位的检查和调整，调整完成后再将管道缓慢下沉。重复上述工作，直至沉管平稳下沉到槽底。

在整个下沉工程中，要使管道受力平衡且均匀下沉，下沿要缓慢，不能过快。期间不断地复测管体行程，高程和方位，若有偏差，由起重船和卷扬机配合微调管体。

管底与沟底接触时，管下如有冲刷，严重时采用碎石铺填，轻微时采用中粗砂铺填。检查合格后，继续灌水并开启排气管阀，直至灌水注满。注满后安放楔子和固定好沉管两端端头稳定管体。

4 结语

水下沉管施工与架空过河及顶管等施工方法相比较，施工工期短，对水体等周边环境影响小，不影响河道景观，施工过程对通航影响较小；但其对钢管的焊接、防腐处理等要求非常高，且在投入使用后进行维修相当困难，因此对施工质量控制要求高，在施工中必须一次成功。本工程的沉管施工完全达到了设计要求,取得了较好的效益。