城市湖泊中沉管施工技術研究

摘要：沉管施工技術主要適用于管道穿越江河、湖泊，文章中玄武湖段管道工程即采用了沉管施工技術。由于城市湖泊和其他江河沉管施工有較大差異，所以文章結合玄武湖穿湖段的沉管法施工，對該工程的施工技術和主要特點進行研究，為今后類似工程施工提供借鑒。

關鍵詞：城市湖泊；沉管施工技術；管道工程；土方開挖；焊接；浮運

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）36-0114-03

沉管施工技術主要適用于管道穿越江河、湖泊，但是當管道穿越水位較深、地質條件復雜等施工條件的時候，在水下挖槽、管道浮運及其沉放系列技術問題施工困難，施工技術要求高。南京市某管道工程玄武湖穿越段采用沉管法施工，開挖深度范圍內的土層主要為淤泥、粘土、粉土，水文和地質條件復雜，水位較深，而且淤泥、粉土易變形、坍塌，故需對淤泥、粉土進行放坡開挖清除，來保證溝槽邊坡不發生坍塌。

1 工程概況

該工程為南京市某管道工程，管道直徑為DN900全長2047m，其中樁號K0+496-K2+017跨越玄武湖段采用水下沉管法施工，長度為1521m，分25段進行，每段60m。采用連續開挖分段下沉，水下組裝的方式進行沉管施工。

2 玄武湖沉管施工出淤技術方案

玄武湖段水下挖槽施工，這是個非常特殊的問題：一方面有水體，跨越玄武湖段長度為1521m；另一方面出淤泥量大，還有就是要保證景區安全。綜合各個方面，最終選擇的方案是：在湖面兩端分別設置碼頭及泥漿池，水下沉管開挖采用挖泥船，將多余的淤泥分別運至兩端的碼頭，采用水力挖泥機組產生的高壓沖力進行沖挖，高壓清水泵使用的水源來源玄武湖湖水，目的是將淤泥沖洗成飽和狀態，然后使用遠程高壓泥漿泵將泥漿吸入，通過泥漿管道送到密封式泥漿裝罐車內運至碼頭棄土場。

3 玄武湖段沉管施工技術

在水底沉管施工，考慮到水體施工的特殊性，既要保證工程安全，又要保證工程質量，在兩個保證的前提下，本文將玄武湖沉管施工技術流程和要點闡述總結如下：

3.1 施工準備

將所需砂、碎石、回填塊石、袋裝回填土等材料放在指定的堆放點，沿環湖路較寬敞堆放，通過挖機及船舶運至湖面進行回填。詳細了解水文資料及天氣情況，做好相應準備。

3.2 測量放線、定位

測量工作必須選擇天氣晴朗、相對濕度較小的天氣進行。采用二秒級經緯儀按設計要求放出軸線，在地面設控制樁。通過控制點用二秒級全站儀放出，通過控制樁對軸線復核，復核控制樁時，必須做到三測回以上，用經緯儀時，利用盤左、盤右要同時測，以消除誤差。在沉管組裝、下沉施工期間必須對控制點進行復測，軸線測量儀器每班都需校準。在湖內管道轉彎處設置標志桿，并將標志桿作為管道在湖面的控制點。管道共分為25段，每段設置2個標志桿作為控制點，共50個控制點來控制管道高程及走向。管線的拐角處采用GPS定位的方式來確定控制點。

3.3 土方開挖

根據土質、水位、地上構筑物以及施工環境等情況。溝槽采用機械開挖，挖掘機械采用0.6方斗容量的水上挖掘機和挖泥船相結合的方式進行。開挖時先挖直線段，后挖拐彎處。一般斷面開挖坡度為1∶2.5，為便于潛水員水下安裝法蘭，在管接頭3m范圍內開挖坡度為1∶3，開挖深度增加1m。挖機大臂張開長度為6m，玄武湖湖面標高10.2m，溝槽底部標高為5.79m，湖底標高為8.55m，開挖深度為4.41m，水上挖機完全滿足開挖深度，具體開挖如圖1所示。開挖時根據先前測量所放邊線，先用挖泥船將多余的淤泥用船分別運至泥漿池，防止因水流的作用將周圍的淤泥再次沖刷回流至溝槽內，在清理淤泥層時應將清淤寬度放至25m，放在泥漿池內的淤泥采用水力挖泥機組通過泥漿管道送到密封式泥漿裝罐車內運至碼頭棄土場。

3.4 墊層基礎

水下沉管斷面圖如圖2按基礎的結構尺寸，測量放樣出砂墊層的底標高和頂標高。用制作好的漏斗進行灌砂施工。采用分段施工，施工方向盡量與水流方向一致，以避免超高?；靥钌巴瓿珊?，由潛水員進行砂墊層整平，水平誤差控制在5cm之內，具體在溝槽兩邊安放水下整平軌道，長度約10m左右一段，并控制軌道高程，再由潛水員根據軌道高程用刮尺將砂墊層整平。之后將漏斗安裝在拖船尾部，利用拖船沿開挖溝槽的線路對溝槽底部進行碎石層施工。碎石墊層頂以上44cm采用拋填塊石處理，回填時由船舶將材料運至現場，從基坑兩側人工往中間拋填，分2次拋填完成。攤鋪完成采用靈舟SDE-28測深儀進行超聲波檢測。碎石墊層頂以上44cm采用拋填塊石處理，待拋填塊石完成后，按基礎的結構尺寸，測量放樣出袋裝回填土的底標高和頂標高并設置高程控制樁，在高程控制樁上每20cm掛一道控制線，共3道，用來控制分層拋填高度，將所需的拋填袋裝回填土用船舶運至施工現場，從基坑兩側往中間拋填，分3次完成拋填。袋裝土采用基坑開挖的土，完成后采用靈舟SDE-28測深儀進行超聲波檢測。

3.5 管道焊接及堆放

墊層中粗砂基礎完成施工后，即可開始管道的安裝，復測基礎面標高符合設計規范要求后，在中粗砂墊層基礎面上測量放樣（設置水上浮標），測放出基坑中心點及管道中線，根據中心點及管道中線掛設管道邊線，利用邊線來控制管道的走向和高程。

鋼管拼接采用焊接，鋼管拼接在24m×12m工作平臺內進行，以確保管路同心度和直線度。并對部分管路進行水壓試驗，水壓要求達到1.1MPa/24h，合格后方可進行管段防腐處理。拼接接頭的防腐材料選用846環氧瀝青厚漿型防銹漆，在鋼管內外壁先涂底漆兩遍，采用846-1環氧瀝青厚漿型防銹底漆（棕色），厚約80μmX2。在鋼管內外壁再涂面漆一遍，采用846-2環氧瀝青厚漿型防銹面漆（黑色），厚約80μmX1。

焊縫應平滑，寬窄一致，根部焊透，無明顯的凹凸缺陷及咬邊現象，焊縫加強面應高出管面約2mm，焊出坡口邊緣2～3mm。沉管的焊接及堆放在環湖路旁邊指定地點進行，這樣有利于鋼管的沉放及運輸。為確保安全，鋼管堆放高度不得超過1.8m。為確保法蘭連接可靠，在鋼管沉放前，先在陸上用活動法蘭將兩節鋼管連接，并進行水壓試驗。

3.6 管道浮運、沉放

（1）沉放前兩天將岸邊加工好的鋼管拖入水中指定區域并固定。為了確保該水域的安全，在指定區域四周拉起警示彩旗。沉放前應充分掌握天氣情況，選擇在無風和日麗或微風的情況下浮運、沉放，嚴禁在雨天或大風的情況下沉放施工；（2）沉放前應進行試吊，調整吊索，使鋼管基本保持水平狀態，并由專人指揮；（3）鋼管由兩艘機動艇（前拖后穩的方式）拖運至沉放位置，然后由兩艘浮吊船分四個吊點吊住鋼管（60m長），從悶板上的閥門進水，使管道內充滿水，兩艘浮吊同步緩慢松鉤，使管道緩慢沉入溝槽內，下沉時采用單邊打導向樁控制軸線即可；（4）鋼沉管水下安裝采用法蘭連接來完成，沉管利用浮吊分四個吊點（浮吊起吊重量為30t）進行沉放。浮吊的操作工松鉤時，需聽指揮員口令，并配備對講機，緩慢而統一，確保鋼管平衡緩慢下沉，當鋼管快接近溝槽時，利用浮吊移位對管位進行調整，使鋼管緩慢而準確地下沉至槽底，并對管節進行粗接，然后由潛水員用水下張緊器進行微調，管端法蘭有間隙時，可采用長調整螺栓，收緊縮短管端法蘭間隙至可緊固螺栓的位置。鋼管就位后，防止管道移位在管兩側塞填沙袋進行穩管。然后由潛水員進行法蘭對接安裝；（5）為了確保溝槽底部的螺栓安裝能順利進行，在溝槽接頭部位需開挖出3×2×1m的基坑，方便潛水人員安裝底部螺栓。該過程一般會持續5h。在此過程中應特別注意潛水人員安全及傷害事故的發生，故應選派豐富經驗的潛水人員操作以及做好防范措施；（6）沉管與陸地管路的連接時，將地面管路與水中沉管相銜接的地方進行土方開挖，將傾斜部位的鋼管用15t的汽車吊吊起，人工焊接。每完成60m一段沉管，連同前面安裝好的管道一起進行水壓試驗，試驗壓力為0.9MPa，每次試驗符合要求后，才能拆除悶板，進行下段施工；（7）管道接頭砼施工。為防止在管道長期使用中，因污水的污染引起橡膠密封圈的老化、損壞，從而引起管道接頭部位的損壞，在管道安裝完，并試壓后，在管道接頭處增設鋼筋砼包裹，鋼筋砼包裹位于管接頭，寬1m、厚0.4m，沿管外壁包裹一圈，將接頭及法蘭片包裹在砼內，并在外側配置鋼筋網片。砼采用水下不分散砼，才能拆除悶板，進行下段施工。

4 沉管施工技術控制的兩點建議

4.1 管道下沉時應注意的事項

測量定位準確，并在下沉中經常校測；管道充水應緩慢；下沉速度不得過快。

4.2 潛水員水下操作規范及注意事項

切勿單獨潛水，遵守潛伴制度。下潛前，互相檢查及認識彼此儀器。所使用的儀器，應定期作維修保養。當在陌生環境進行潛水活動時，應尋求該地的環境認識或作環境觀察。下潛前，評估當時環境是否宜作潛水活動，否則應予取消。遵從潛水領隊的潛前簡介及指示。不可超越個人資歷的深度限制，計劃潛程，執行所訂潛水計劃，嚴守潛水表安全指引。每次進行潛水活動時，應隨身帶備長形水面浮泡（象拔），并于水面設置可清晰辨認的浮標連潛水旗，提醒駕船人士遠離該區域。

5 結語

為保證工程質量和安全，在施工過程中，應該進行嚴格的施工質量控制，上道工序未經檢驗合格，不進行下道工序的施工。嚴格進行隱蔽工程檢查簽認制度，未經監理工程師簽認，不實施隱蔽。水下沉管施工時，采用超聲波測深儀嚴密地對已開挖好的溝槽斷面進行測量、監理復核，對焊接好的環向焊縫100%進行跟蹤超聲波檢測，監理旁站，檢測合格后，對焊接接頭按照設計要求進行防腐。對水下沉管的每一道工序都應進行自檢、監理復核，做好記錄，并對管道進行了分段水壓試驗，注水補壓至0.9MPa，穩定15min后，壓力無下降，降至工作壓力為0.6MPa，保持恒壓30min后，鋼管無漏水現象，則水壓試驗合格。

目前玄武湖段工程已經投入使用，使用質量和工作狀態良好，玄武湖段水下沉管施工的技術方案和要點給類似的工程建設提供建設性的參考。

參考文獻

[1] 劉會，楊轉運.淺埋頂管工作井施工工藝[J].給水排水，2008，34（11）.

[2] 劉敏林.沉管施工技術在過河管道中的應用[J].西部探礦工程，2004，100（9）.

[3] 邢永輝，陳海軍.淺談沉管隧道起浮與抗浮設計[J].現代隧道技術，2008，45（3）.

作者簡介：韋勇，男，南京市玄武湖管理處工程師，研究方向：工程技術與管理、景區開發與管理。

3.6 管道浮運、沉放

（1）沉放前兩天將岸邊加工好的鋼管拖入水中指定區域并固定。為了確保該水域的安全，在指定區域四周拉起警示彩旗。沉放前應充分掌握天氣情況，選擇在無風和日麗或微風的情況下浮運、沉放，嚴禁在雨天或大風的情況下沉放施工；（2）沉放前應進行試吊，調整吊索，使鋼管基本保持水平狀態，并由專人指揮；（3）鋼管由兩艘機動艇（前拖后穩的方式）拖運至沉放位置，然后由兩艘浮吊船分四個吊點吊住鋼管（60m長），從悶板上的閥門進水，使管道內充滿水，兩艘浮吊同步緩慢松鉤，使管道緩慢沉入溝槽內，下沉時采用單邊打導向樁控制軸線即可；（4）鋼沉管水下安裝采用法蘭連接來完成，沉管利用浮吊分四個吊點（浮吊起吊重量為30t）進行沉放。浮吊的操作工松鉤時，需聽指揮員口令，并配備對講機，緩慢而統一，確保鋼管平衡緩慢下沉，當鋼管快接近溝槽時，利用浮吊移位對管位進行調整，使鋼管緩慢而準確地下沉至槽底，并對管節進行粗接，然后由潛水員用水下張緊器進行微調，管端法蘭有間隙時，可采用長調整螺栓，收緊縮短管端法蘭間隙至可緊固螺栓的位置。鋼管就位后，防止管道移位在管兩側塞填沙袋進行穩管。然后由潛水員進行法蘭對接安裝；（5）為了確保溝槽底部的螺栓安裝能順利進行，在溝槽接頭部位需開挖出3×2×1m的基坑，方便潛水人員安裝底部螺栓。該過程一般會持續5h。在此過程中應特別注意潛水人員安全及傷害事故的發生，故應選派豐富經驗的潛水人員操作以及做好防范措施；（6）沉管與陸地管路的連接時，將地面管路與水中沉管相銜接的地方進行土方開挖，將傾斜部位的鋼管用15t的汽車吊吊起，人工焊接。每完成60m一段沉管，連同前面安裝好的管道一起進行水壓試驗，試驗壓力為0.9MPa，每次試驗符合要求后，才能拆除悶板，進行下段施工；（7）管道接頭砼施工。為防止在管道長期使用中，因污水的污染引起橡膠密封圈的老化、損壞，從而引起管道接頭部位的損壞，在管道安裝完，并試壓后，在管道接頭處增設鋼筋砼包裹，鋼筋砼包裹位于管接頭，寬1m、厚0.4m，沿管外壁包裹一圈，將接頭及法蘭片包裹在砼內，并在外側配置鋼筋網片。砼采用水下不分散砼，才能拆除悶板，進行下段施工。

4 沉管施工技術控制的兩點建議

4.1 管道下沉時應注意的事項

測量定位準確，并在下沉中經常校測；管道充水應緩慢；下沉速度不得過快。

4.2 潛水員水下操作規范及注意事項

切勿單獨潛水，遵守潛伴制度。下潛前，互相檢查及認識彼此儀器。所使用的儀器，應定期作維修保養。當在陌生環境進行潛水活動時，應尋求該地的環境認識或作環境觀察。下潛前，評估當時環境是否宜作潛水活動，否則應予取消。遵從潛水領隊的潛前簡介及指示。不可超越個人資歷的深度限制，計劃潛程，執行所訂潛水計劃，嚴守潛水表安全指引。每次進行潛水活動時，應隨身帶備長形水面浮泡（象拔），并于水面設置可清晰辨認的浮標連潛水旗，提醒駕船人士遠離該區域。

5 結語

為保證工程質量和安全，在施工過程中，應該進行嚴格的施工質量控制，上道工序未經檢驗合格，不進行下道工序的施工。嚴格進行隱蔽工程檢查簽認制度，未經監理工程師簽認，不實施隱蔽。水下沉管施工時，采用超聲波測深儀嚴密地對已開挖好的溝槽斷面進行測量、監理復核，對焊接好的環向焊縫100%進行跟蹤超聲波檢測，監理旁站，檢測合格后，對焊接接頭按照設計要求進行防腐。對水下沉管的每一道工序都應進行自檢、監理復核，做好記錄，并對管道進行了分段水壓試驗，注水補壓至0.9MPa，穩定15min后，壓力無下降，降至工作壓力為0.6MPa，保持恒壓30min后，鋼管無漏水現象，則水壓試驗合格。

目前玄武湖段工程已經投入使用，使用質量和工作狀態良好，玄武湖段水下沉管施工的技術方案和要點給類似的工程建設提供建設性的參考。

參考文獻

[1] 劉會，楊轉運.淺埋頂管工作井施工工藝[J].給水排水，2008，34（11）.

[2] 劉敏林.沉管施工技術在過河管道中的應用[J].西部探礦工程，2004，100（9）.

[3] 邢永輝，陳海軍.淺談沉管隧道起浮與抗浮設計[J].現代隧道技術，2008，45（3）.

作者簡介：韋勇，男，南京市玄武湖管理處工程師，研究方向：工程技術與管理、景區開發與管理。

3.6 管道浮運、沉放

（1）沉放前兩天將岸邊加工好的鋼管拖入水中指定區域并固定。為了確保該水域的安全，在指定區域四周拉起警示彩旗。沉放前應充分掌握天氣情況，選擇在無風和日麗或微風的情況下浮運、沉放，嚴禁在雨天或大風的情況下沉放施工；（2）沉放前應進行試吊，調整吊索，使鋼管基本保持水平狀態，并由專人指揮；（3）鋼管由兩艘機動艇（前拖后穩的方式）拖運至沉放位置，然后由兩艘浮吊船分四個吊點吊住鋼管（60m長），從悶板上的閥門進水，使管道內充滿水，兩艘浮吊同步緩慢松鉤，使管道緩慢沉入溝槽內，下沉時采用單邊打導向樁控制軸線即可；（4）鋼沉管水下安裝采用法蘭連接來完成，沉管利用浮吊分四個吊點（浮吊起吊重量為30t）進行沉放。浮吊的操作工松鉤時，需聽指揮員口令，并配備對講機，緩慢而統一，確保鋼管平衡緩慢下沉，當鋼管快接近溝槽時，利用浮吊移位對管位進行調整，使鋼管緩慢而準確地下沉至槽底，并對管節進行粗接，然后由潛水員用水下張緊器進行微調，管端法蘭有間隙時，可采用長調整螺栓，收緊縮短管端法蘭間隙至可緊固螺栓的位置。鋼管就位后，防止管道移位在管兩側塞填沙袋進行穩管。然后由潛水員進行法蘭對接安裝；（5）為了確保溝槽底部的螺栓安裝能順利進行，在溝槽接頭部位需開挖出3×2×1m的基坑，方便潛水人員安裝底部螺栓。該過程一般會持續5h。在此過程中應特別注意潛水人員安全及傷害事故的發生，故應選派豐富經驗的潛水人員操作以及做好防范措施；（6）沉管與陸地管路的連接時，將地面管路與水中沉管相銜接的地方進行土方開挖，將傾斜部位的鋼管用15t的汽車吊吊起，人工焊接。每完成60m一段沉管，連同前面安裝好的管道一起進行水壓試驗，試驗壓力為0.9MPa，每次試驗符合要求后，才能拆除悶板，進行下段施工；（7）管道接頭砼施工。為防止在管道長期使用中，因污水的污染引起橡膠密封圈的老化、損壞，從而引起管道接頭部位的損壞，在管道安裝完，并試壓后，在管道接頭處增設鋼筋砼包裹，鋼筋砼包裹位于管接頭，寬1m、厚0.4m，沿管外壁包裹一圈，將接頭及法蘭片包裹在砼內，并在外側配置鋼筋網片。砼采用水下不分散砼，才能拆除悶板，進行下段施工。

4 沉管施工技術控制的兩點建議

4.1 管道下沉時應注意的事項

測量定位準確，并在下沉中經常校測；管道充水應緩慢；下沉速度不得過快。

4.2 潛水員水下操作規范及注意事項

切勿單獨潛水，遵守潛伴制度。下潛前，互相檢查及認識彼此儀器。所使用的儀器，應定期作維修保養。當在陌生環境進行潛水活動時，應尋求該地的環境認識或作環境觀察。下潛前，評估當時環境是否宜作潛水活動，否則應予取消。遵從潛水領隊的潛前簡介及指示。不可超越個人資歷的深度限制，計劃潛程，執行所訂潛水計劃，嚴守潛水表安全指引。每次進行潛水活動時，應隨身帶備長形水面浮泡（象拔），并于水面設置可清晰辨認的浮標連潛水旗，提醒駕船人士遠離該區域。

5 結語

為保證工程質量和安全，在施工過程中，應該進行嚴格的施工質量控制，上道工序未經檢驗合格，不進行下道工序的施工。嚴格進行隱蔽工程檢查簽認制度，未經監理工程師簽認，不實施隱蔽。水下沉管施工時，采用超聲波測深儀嚴密地對已開挖好的溝槽斷面進行測量、監理復核，對焊接好的環向焊縫100%進行跟蹤超聲波檢測，監理旁站，檢測合格后，對焊接接頭按照設計要求進行防腐。對水下沉管的每一道工序都應進行自檢、監理復核，做好記錄，并對管道進行了分段水壓試驗，注水補壓至0.9MPa，穩定15min后，壓力無下降，降至工作壓力為0.6MPa，保持恒壓30min后，鋼管無漏水現象，則水壓試驗合格。

目前玄武湖段工程已經投入使用，使用質量和工作狀態良好，玄武湖段水下沉管施工的技術方案和要點給類似的工程建設提供建設性的參考。

參考文獻

[1] 劉會，楊轉運.淺埋頂管工作井施工工藝[J].給水排水，2008，34（11）.

[2] 劉敏林.沉管施工技術在過河管道中的應用[J].西部探礦工程，2004，100（9）.

[3] 邢永輝，陳海軍.淺談沉管隧道起浮與抗浮設計[J].現代隧道技術，2008，45（3）.

作者簡介：韋勇，男，南京市玄武湖管理處工程師，研究方向：工程技術與管理、景區開發與管理。