汪海洋

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510635）

湛江供水樞紐管道穿越南三河段設(shè)計(jì)與施工

汪海洋

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510635）

湛江供水樞紐工程是I等、大（1）型工程，主要建筑物為1級(jí)，跨南三河段管段長(zhǎng)1.248km，采用雙管，管道直徑為1.8m，最大水深約13.1m。文中對(duì)管道穿越南三河的頂管方案和沉管方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，最終推薦沉管方案。針對(duì)推薦方案，介紹了氣囊法助浮設(shè)計(jì)及沉管施工，供同行們參考。

供水樞紐；頂管；沉管；氣囊法

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

廣東湛江供水樞紐工程是鑒江下游集供水、擋潮、航運(yùn)為一體的綜合利用I等、大（1）型工程，主要建筑物為閘壩、取水泵站、管線和跨海建筑物等，主要建筑物為1級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。一期引水規(guī)模為5m3/s，二期引水規(guī)模為10m3/s.一期管材直徑為1.8m，壁厚22m m，采用雙管。設(shè)計(jì)水平年為2020年，供水保證率為97%。

1.2 水文、地質(zhì)

南三河段地質(zhì)情況如下：②-2層為中細(xì)砂、淤質(zhì)細(xì)砂，中等透水，承載力特征值100～120kP a；③層為中粗砂、礫質(zhì)中粗砂夾中細(xì)砂，強(qiáng)透水，承載力特征值120～140kP a；⑥-1層為淤質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土，極微透水，承載力特征值70～90kP a；⑥-3層為中細(xì)砂、中粗砂，中等透水，承載力特征值180～250kP a。

潮位成果直接采用《廣東省海堤工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》成果，湛江港P=10%最高潮位為3.896m、最低潮位為-1.844m。南三河采用湛江港潮位站P=10%最高潮位3.896m作為設(shè)計(jì)潮位。

2 管道穿越南三河方式比選

2.1 沉管方案

南三河段地形坡度較平緩，河底高程為2.8m～-9.4m，最大水深約13.1m。管線由北往南跨過南三河，沉管段起點(diǎn)樁號(hào)6+124.6，終點(diǎn)樁號(hào)7+372.6，平面距離1248m，管中心間距3.34m。主河槽水平沉管段長(zhǎng)391.9m，北岸斜管段分成2節(jié)，斜長(zhǎng)分別330.5m、160.9m，坡角分別為1.109°、0.712°，南岸斜管段斜長(zhǎng)為396.8m，斜角為0.221°，沉管地質(zhì)縱剖面見圖1。

水平沉管段管中心標(biāo)高為-13.0m，北岸邊管口中心線高程為-0.5m，南岸邊管口中心線高程為-1.5m，管中心線相距3.34m。

2.2 頂管方案

南三河水深較大，頂管穿越的地層主要為砂層，需要平衡較高的地下水壓力，根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》，擬采用泥水頂管施工法。頂管采用直徑1.8m的雙線鋼管，軸線間距4.5m，鋼管壁厚22m m。管頂覆蓋層厚4m，工作井間距1372m。出發(fā)井布置在南三河北岸海堤內(nèi)側(cè)，圓形豎井直徑為12.0m，井深22.9m；接收井布置于南三河南岸南三島的沙灘上，井徑12.0m，井深22.9m，兩管一井，詳見圖2。各施工井均采用C 30連續(xù)墻成井，內(nèi)襯鋼筋砼。

2.3 方案比選

頂管、沉管施工方案從施工條件、對(duì)航道影響、運(yùn)行期維護(hù)、工期、投資進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，詳見表1。

圖1 管線跨南三河沉管地質(zhì)縱剖面圖

圖2 南三河頂管方案縱剖面圖

表1 頂管、沉管穿越方案比較表

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：沉管方案具有工程投資較省、施工難度較小、工期有保證、工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小、施工設(shè)備要求較低等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是施工期對(duì)航道及環(huán)境的不利影響等，可采取工程措施予以消除或降低到可接受的程度。因此，推薦沉管方案作為管道穿越南三河的施工方案。

3 氣囊助浮沉管法施工

3.1 氣囊設(shè)計(jì)

3.1.1氣囊搬運(yùn)重物設(shè)計(jì)原理

氣囊助浮搬運(yùn)技術(shù)是利用氣囊充氣可產(chǎn)生較大的浮力，將多個(gè)氣囊捆綁在重物上的專用吊鼻，產(chǎn)生的總浮力（或充氣壓力）大于等于重物的重力時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)水中漂浮。氣囊搬運(yùn)重物適用于沒有大型起重設(shè)備，遠(yuǎn)離基地的臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)進(jìn)行出運(yùn)或轉(zhuǎn)運(yùn)大型混凝土構(gòu)件（如沉管隧道、沉箱等）。在沒有大型起重船的情況下，可將大型構(gòu)件直接運(yùn)上半潛駁。

氣囊較輕，可以人工搬運(yùn)，安裝方便，助浮完成后，直接拉出銷子即可拆卸氣囊，操作簡(jiǎn)單，因此漸漸被推廣應(yīng)用。

3.1.2氣囊規(guī)格及結(jié)構(gòu)

氣囊的常規(guī)直徑可以為0.8m-2.5m，長(zhǎng)度為5-28m，增強(qiáng)纖維層數(shù)分4-12層，常用的型號(hào)為L(zhǎng) X-4（四簾五膠）-L X-8（八簾九膠），其他型號(hào)也可以根據(jù)客戶需求制作。

氣囊的結(jié)構(gòu)由囊體和端部鐵件兩部分組成。其中囊壁由天然橡膠和錦綸簾子布復(fù)合經(jīng)硫化制成；端部鐵件由金屬材料制成，周圍與囊體緊密結(jié)合。每個(gè)氣囊均配有：充氣閥、壓力表、接絲、牛筋墊、絲環(huán)、絲嘴各一套。

3.1.3氣囊布置方式

查閱相關(guān)資料，根據(jù)搬運(yùn)重物的寬度與氣囊的有效長(zhǎng)度相對(duì)大小關(guān)系，氣囊搬運(yùn)重物常有3種布置方式：?jiǎn)瘟胁贾?、交錯(cuò)布置、雙列布置。當(dāng)搬運(yùn)重物的寬度小于或等于氣囊的有效長(zhǎng)度，采用單列布置，如圖3；當(dāng)搬運(yùn)重物的寬度大于氣囊的有效長(zhǎng)度，采用交錯(cuò)列布置，如圖4。

圖3 氣囊單列布置

圖4 氣囊交錯(cuò)布置

本工程選用氣囊長(zhǎng)度大于沉管直徑，故氣囊布置采用單列布置。

3.1.4氣囊數(shù)量、壓力計(jì)算

根據(jù)氣囊生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)，選用每條1.5m×16m的單個(gè)低壓氣囊的重量為1.0t，所能產(chǎn)生的浮力25.0t，捆綁單個(gè)氣囊配件的重量為200kg。以主河槽水平段沉管L=391.9m為例說明氣囊數(shù)量的計(jì)算。

氣囊工作的相關(guān)參數(shù)按下列公式計(jì)算［4］：

式中：D為氣囊直徑；H為氣囊工作高度；n為氣囊個(gè)數(shù)；Q為構(gòu)件重量；L為氣囊有效長(zhǎng)度。

水平段沉管管徑為1.8m，壁厚22m m，鋼的密度為7.85g/c m3，水平段沉管總重量為190t，8個(gè)氣囊產(chǎn)生的總浮力為25×8=200t，捆綁氣囊配件總重量為200kg×8=1600kg=1.6t，8個(gè)氣囊產(chǎn)生的總浮力大于沉管、氣囊及配件的總重199.6t，故氣囊數(shù)量為8個(gè)時(shí)滿足浮力大于待搬運(yùn)物體重力的要求。

采用公式（3）計(jì)算氣囊壓力，為0.3Mpa小于氣囊允許的承載力，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 沉管施工

3.2.1施工順序

沉管段的施工程序有以下幾個(gè)步驟：

沉管段管槽水下清基：采用4m3抓斗船兩艘，并配備500m3運(yùn)泥船將淤泥運(yùn)往指定卸泥區(qū)。

制管：在岸邊把管子連接成所需長(zhǎng)度的管段，管壁焊接專用起吊和安裝氣囊的吊鼻。管段兩端采用法蘭盤螺栓堵板。在堵板上設(shè)有直徑1/2—1D的放氣孔和進(jìn)水孔。

安裝氣囊：岸邊將氣囊按一定間距依次擺放，采用起吊設(shè)備將制好的鋼管吊放在氣囊上，用鋼絲繩將氣囊端頭的鑄鐵件和管道上吊鼻連接，拴捆。

拖放就位：用船只或用設(shè)在對(duì)岸的曳引設(shè)備（卷?yè)P(yáng)機(jī)、拖拉機(jī)等）將管道拖入指定位置，見圖5。

排氣沉放：管子浮漂或拖航到鋪管位置，潛水員解開氣囊與沉管之間的繩索，并打開氣囊端頭的拉環(huán)，回收氣囊。灌水入管，排氣沉放，下沉到預(yù)先挖好的溝槽內(nèi)。根據(jù)沉管長(zhǎng)度，如需水中對(duì)接，取下堵板，將各管段在水下采用法蘭接口。管段水下定位及接口均由潛水員操作。

圖5 氣囊法拖管施工

基槽水下回填：將兩根管道沉放完畢后，初步固定，然后由180m3、120m3石駁船分別裝運(yùn)砂和塊石進(jìn)行管槽的回填工作。

其中管槽水下清基和岸上制管可以平行進(jìn)行。

3.2.2施工注意事項(xiàng)

施工過程應(yīng)注意以下事項(xiàng)：了解水流方向及流速對(duì)沉管的影響，必要時(shí)對(duì)當(dāng)?shù)厮髁魉龠M(jìn)行測(cè)量；沉放時(shí)間受潮位影響較大，施工時(shí)盡量選擇平潮期在白天出現(xiàn)時(shí)進(jìn)行，此時(shí)流速較小，易于施工；排氣沉放速度不易過快，防止偏離基槽位置。沉放過程中需由潛水員檢查沉放著陸情況，確認(rèn)整條管線準(zhǔn)確沉入管槽位置后，立即用水下袋裝砂礫石穩(wěn)管，及時(shí)進(jìn)行水下回填，防止管道漂浮。

4 結(jié)語

湛江鑒江供水樞紐跨南三河段采用底拖式氣囊助浮、沉管法施工，管材采用2D N 1800鋼管、壁厚22m m，管中心間距為3.34m，單管全長(zhǎng)1.248km。目前，南三河段沉管段在最大水深13m成功實(shí)現(xiàn)沉放，可為今后供水工程跨江、河施工提供參考。

［1］張章模，李澤為，姚建友，等.南日島深水跨海管道供水工程管道敷設(shè)方法［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2009，9（07）：1970-1973.

［2］張朝林.極淺海管道鋪設(shè)方法的探討［J］.中國(guó)海上油氣（工程），1991（06）：65-68.

［3］黃立身.氣囊在大件物體搬運(yùn)中的應(yīng)用［J］.港口裝卸，1999（03）：42-43.

［4］陳華盛，付立容.氣囊搬運(yùn)重件工法［R］.廣州中港第四航務(wù)工程局.2002.

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汪海洋（1983年—），男，工程師。