CN106120859A - 一种多管段沉管穿越河流的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多管段沉管穿越河流的施工方法，包括步骤A，水下土方施工，挖出一条用于沉放管道的沟槽；步骤B，水域管道组拼、水上对接施工，实现水上无水多管段焊接；步骤C，水域沉管施工，用于将拼接成整体的管道沉放到沟槽中；步骤D，水下沟槽回填，将放置有管道的沟槽填平隐藏管道，通过水上无水焊接作业，降低施工难度，提高施工质量，实现多个管段焊接成完整的管道整体下沉。

Description

一种多管段沉管穿越河流的施工方法

技术领域

本发明涉及水下铺设管道技术领域，更具体地说，它涉及一种多管段沉管穿越河流的施工方法。

背景技术

在管道的施工过程中，管道穿越河流是管道施工中的“咽喉工程”，不但技术难度高，投资多，而且工期长，风险大。沉管隧道以及沉管给排水管道的水下对接是沉埋施工的关键环节，它将关系到整个沉管建造的质量。

目前沉管管道的连接形式大致非为刚性连接和柔性连接，刚性连接时，将钢筋在接头部位纵向连通，并设有加强钢板，其强度和刚度与管段本身较为接近。柔性连接时采用允许转动和变为的方法，其结构形式也有多种，就抗震设计或适应不均匀沉降的要求而言，采用柔性连接是有利的，柔性连接必须在接头承受拉力和剪力的同时，仍能保证其可靠的水密性。

目前的沉埋技术，对于管道沉放距离长的方案，均采用一节一节浮运，实行水下一节一节对接，接头用橡胶止水带止水，最终将各管段的连接做成刚性或柔性的连接接头。但是这种采用水下接头的方式，技术难度大，工程费用高，对沉管给排水管道来说，采用现有的沉埋施工技术，工程造价和质量已渐渐无法满足。

发明内容

根据上述的缺点和不足，本发明的目的是提供一种多管段沉管穿越河流的施工方法，它将实现钢管在陆地上多段预制，然后在水面实现无水焊接成整个长管之后，整体管道下沉的效果，降低了施工难度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种多管段沉管穿越河流的施工方法，包括步骤A，水下土方施工，挖出一条用于沉放管道的沟槽；步骤B，水域管道组拼、水上对接施工；步骤C，水域沉管施工，用于将拼接成整体的管道沉放到沟槽中；步骤D，水下沟槽回填，将放置有管道的沟槽填平隐藏管道，其中，

步骤B包括：

b1.钢管对口，对口采用小型龙门架结合手拉葫芦进行，管轴线水平位置由经纬仪控制，竖直位置由水准仪控制，在对口时利用龙门架调整管位，当管位满足要求后管口四周点焊固定；

b2.钢管管口连接，管口焊接采用手工电弧焊，焊条选用G422，焊接前清除焊口两侧的铁锈、油脂、污垢等，使焊缝成金属光泽，首层焊接时，焊缝根部须均匀焊透，不得烧穿，在焊接以后各层时，将前一层的熔渣全部清除干净，每层焊缝厚度为焊条直径的0.8～1.2倍，每层引弧点和熄弧点错开，焊接顺序为由下往上；

b3. 1）浮运预制好分管段至安装现场，单排纵向排立，横向锚固；2）浮运浮体至段间接口处，注水下沉至一定吃水深度，将两管端口插入浮体舱内，两管的端口预留间距，用于盲板拆除；3）抽水上浮浮体，使用手拉葫芦向下紧压端口，使管壁充分接触止水垫圈，达到止水；4）抽干浮体舱内积水，同时向注水箱注水调整浮体吃水度，使钢管处于水平；5）两管段轴线位置调整，浮体舱内完成盲板拆除、对口、焊接；6）当上一接口对接完成以后，同样方法进行下一接口对接，直至整个长管段组装完成。

进一步优化为：所述浮体的焊接舱呈矩形，并于焊接仓的表面设置有一与管道外径匹配的凹陷通槽。

进一步优化为：在焊接仓的四个角落均设置有注水箱，每一注水箱上均设置有注水孔。

通过上述方案，在实施水上管段对口与焊接时，先在四个注水想内注水，且控制注水量使得浮体下沉，浮运浮体至段间接口处，使得两个管段设置在浮体舱的凹陷通槽上，且两个管段的端口不要紧靠，预留一定距离，接着将注水箱的水抽离，浮体将带着管段一起上升，且使得管段浮出水面，在这个过程中需要控制设置在浮体舱四个角落的注水箱，以保证浮体舱带着管段上升的过程中能够平稳上升；最后抽干浮体舱内的积水，且操作注水箱使得管段处于水平位置；拆除处于管段端部的盲板之后实现焊接作业，从而实现了无水环境下的焊接作业，降低焊接难度。

进一步优化为：所述步骤A的具体步骤如下：

a1.测量放样，平面放线根据管线设计座标，计算管线起终折点与附近控制点的关系，并参考这些点的地形地貌及附近构筑的相对关系，把各个放线点用桩固定在地面点，进行轴线放样和转角测量并设立固定标志；

a2.导标布设，沟槽轴线和边线上，每拐点处和每隔100m布置一导标装置，中心导标和边线导标使用不同标识，导标顶部设置红色的船用航行灯，标杆上设水位刻度尺；

a3.水下沟槽开挖，采用2艘1.3m反铲式长臂挖泥船，基槽的开挖采用分段分层开挖，开挖方向为退挖，整条基槽为一次性开挖完成，一次性清底、修整；

a4.基底处理及垫层施工，选用质量合格的材料，根据设计放量，通过船舶利用导管，在定位仪器指引下沿基槽中线轴线前移，抛填基础材料。

通过上述方案，通过测量放样步骤，为之后的开挖建立基准，保证开挖精度；通过导标布设步骤，在每个一定距离都具有一个参考点，方便在施工过程中进行实时观察施工的精准度，并对施工偏差作出一定的调整；通过水下沟槽开挖步骤，在放样基准和导标辅助的基础上，实现精准开挖沟槽的目的，为后续放置管道做好准备；通过基底处理和垫层步骤，使得当管道放在沟槽之后，增加基底的承载能力，从而提高管道被埋在沟槽之后的稳定性，减少弯曲断裂现象的发生。

进一步优化为：所述的步骤a3在开挖过程中需要控制挖泥船的平面位置和开挖深度，其中的平面控制，在沟槽的粗挖时，根据轴线导标进行船位调整，细挖与基底处理时，采用GPS测量仪器为主与导标结合的方法进行施工平面控制；开挖深度控制，沟槽的粗挖主要通过水尺水位刻度，控制挖深，细挖和基底处理时，由GPS测量仪与测深仪配合控制，确保基底标高及平整度。

通过上述方案，对于开挖过程中的平面位置和开挖深度均采用粗挖和精挖状态下的分步控制，提高了工作效率，并且最后的工程只能还能够得到保证。

进一步优化为：所述的步骤a4按船舶移动速度，有计量地把砾石砂投入基底上，垫层粗平时使用挖泥船反铲刮平，使得材料布满槽底，然后用平整耙细平垫层，并通过仪器实时检查平整度和标高，欠料或多料，使用挖泥船反铲斗添补或清出。

通过上述方案，通过有计量的把砂石投入基底进行填平作业，并且采用粗填和精填分步控制的方式，既提高了工作效率，又能保证工作质量。

进一步优化为：所述步骤C的具体步骤如下：

c1.在整条管的一端盲板上安装进水控制阀，另一端安装排气控制阀；

c2.布置好吊机及船只，利用仪器通过吊机及船只调整并固定好管位，使管位于管线上；

c3.通过水泵向管段端部竖管的注水孔注水，并关闭排气阀，随管注水，保证竖管竖直度同时下放吊机吊揽；

c4.当注水孔达到水面时，采用自然注水，同时打开排气阀进行沉管。

进一步优化为：在步骤c4中，通过控制注水量和排气量来控制注水速度，来控制管道的沉管速度。

通过上述方案，首先通过水泵向管段内注水，在吊机的配合下观察竖直管的竖直状态实现整条管道的水平下方，减少出现管道弯曲扭断的问题；然后当注水孔处于水面时，通过控制进水控制阀的开度和排气阀的开度来实现控制管道下沉的速度，实现了整体管道稳定沉管，减少出现弯曲变形扭断的现象发生，且在吊机的配合下能够实现精确放入沟槽中的效果。

进一步优化为：步骤C还包括c5. 管段下沉完成之后，潜水员检查整条管道的贴底情况，对局部架空、高起点进行处理，保证管段贴底，受力良好。

通过上述方案，在沉管完成之后，还会可能各种因素使得管道与沟槽的基底之间存在空隙或基底存在高起点将管道顶压，通过步骤c5，能够将这些问题除去，保证管段贴底，受力稳定，提高管道的使用寿命。

进一步优化为：所述步骤D的具体步骤如下：

d1.用抛砂船在定位仪器指引下沿基槽中线轴线前移，抛填符合设计规范的砂石；

d2.配合反铲式挖泥船和泥驳，反铲挖泥船用于土方的取放，泥驳用于倒运素土。

通过上述方案，充分利用在开挖时放置在河道两旁的土方，并且结合抛砂船进行抛砂，将沟槽填平，节约原材料，且回填速度快。

综上所述，对于需要布置管线长度较长的沉管工作，需要用到多管段连接的方式，本发明中采用陆地预制多管段，水上浮运管段至浮体的浮体舱中实现水上无水焊接作业，降低施工难度，提高施工质量，将多个管段焊接成完整的管道整体下沉，且在下沉过程中，通过在管道的两端设置进水控制阀和排气控制阀，配合吊机，能够控制管道下沉的速度和下沉时管道的水平度，减少管道在下沉过程中受到的损伤，提高沉管质量和后期管道的使用寿命。

附图说明

图1是实施例水下沟槽的截面图；

图2是实施例中基底上铺设砾石砂的示意图；

图3是实施例中在沟槽中铺设管道并且回填素土之后的示意图；

图4是实施例中水下土方施工的系统图；

图5是实施例中的浮体俯视图；

图6是实施例中的浮体正视图。

图中， 1、沟槽；2、砾石砂；3、管道；4、浮体；41、浮体舱；411、凹陷通槽；42、注水箱；421、注水孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例

一种多管段沉管穿越河流的施工方法，主要包括步骤：步骤A，水下土方施工；步骤B，水域管道3组拼、水上对接施工；步骤C，水域沉管施工；步骤D，水下沟槽 1回填。

其中的步骤A的具体施工方式如下并且参见附图4：

a1.测量放样，平面放线根据管线设计座标，计算管线起终折点与附近控制点的关系，并参考这点的地形地貌及附近构筑的相对关系，把各个放线点用桩固定在地面点，逐一校核无误后，可进行轴线放样和转角测量并设立固定标志；

a2.导标布设，沟槽 1轴线和边线上，每拐点处和每隔100m布置一导标装置，中心导标和边线导标使用不同标识，导标顶部设置红色的船用航行灯，便于夜晚施工，标杆上设水位刻度尺，用于开挖时基槽底标高控制。其中，导标的位置由GPS定位仪器或全站仪测定，并定期检查道标位置，保持导标位置准确，确保沟槽 1开挖质量；

a3.水下沟槽 1开挖，基槽开挖截面要求如图1所述的倒等腰梯形。具体的施工方式采用2艘1.3m反铲式长臂挖泥船，基槽的开挖采用分段分层开挖，开挖方向为退挖，以免出现漏挖和欠挖，在每次船位移动距离距控制臂长的2/3内，整条基槽为一次性开挖完成，一次性清底、修整。清底完成后立即进行基地处理及垫层施工，以减少沟槽 1回污。在开挖过程中需要严格控制挖泥船的平面位置和开挖深度，其中的平面控制，在沟槽 1的粗挖时，根据轴线导标进行船位调整，细挖与基底处理时，采用GPS测量仪器为主与导标结合的方法进行施工平面控制；开挖深度控制，沟槽 1的粗挖主要通过水尺水位刻度，控制挖深，细挖和基底处理时，由GPS测量仪与测深仪配合控制，确保基底标高及平整度；

a4.基地处理及垫层施工，参见附图2，选用砾石砂2，根据设计放量，通过船舶利用导管，在定位仪器指引下沿基槽中线轴线前移，抛填基础材料。按船舶移动速度，有计量地把砾石砂2投入基底上，垫层粗平时使用挖泥船反铲刮平，使得材料布满槽底，然后用平整耙细平垫层，并通过仪器实时检查平整度和标高，欠料或多料，使用挖泥船反铲斗添补或清出。

步骤B的具体施工方式如下：

b1.钢管对口，对口采用小型龙门架结合手拉葫芦进行，管轴线水平位置由经纬仪控制，竖直位置由水准仪控制，在对口时利用龙门架调整管位，当管位满足要求后管口四周点焊固定；

b2.钢管管口连接，管口焊接采用手工电弧焊，焊条选用G422，焊接前清除焊口两侧的铁锈、油脂、污垢等，使焊缝成金属光泽，首层焊接时，焊缝根部须均匀焊透，不得烧穿，在焊接以后各层时，将前一层的熔渣全部清除干净，每层焊缝厚度为焊条直径的0.8～1.2倍，每层引弧点和熄弧点错开，焊接顺序为由下往上；

b3. 参见附图5和6，1）浮运预制好分管段至安装现场，单排纵向排立，横向锚固；2）浮运浮体4至段间接口处，向注水箱42的注水孔421注水，浮体4下沉至一定吃水深度，将两管端口插入浮体舱41的凹陷通槽（411）内，口间不要紧靠，预留一定距离，用于盲板拆除；3）抽水使得注水箱42中的水均匀抽出，上浮浮体4，使用手拉葫芦等工具，向下紧压端口，使管壁充分接触止水垫圈，达到止水；4）抽干浮体舱41内积水，同时向注水箱42注水调整浮体4吃水度，使钢管处于水平；5）两管段轴线位置调整，舱内完成盲板拆除、对口、焊接；6）当上一接口对接完成以后，同样方法进行下一接口对接，直至整个长管段组装完成。

在本工程中的钢管均需要采用防腐处理，钢管内防腐采用PN8710聚氨酯聚乙烯互穿网络防腐涂料，喷涂四道，二底二面，每道厚度不小于50μm；防腐层外观要求表面平整光亮、无褶皱和鼓包，玻璃布网眼为面漆灌满。厚度用测量仪检测。绝缘用电火花检漏仪检测，检测电压为5000V，加以不打火花为合格。粘接力检测在防腐层固化后进行；长管段组装场地选择于临近水下管施工现场交通便利，适宜管段组焊和下水的河漫、路堤，在进场后先对该块场地进行基础处理，并采取相应措施以增强地基的承载力，满足钢管焊接的需要。砌筑组焊支墩和管道3下水导坡，导坡砌筑成弧形以减少管下水的冲击力。在支墩及导坡顶面设5-10cm垫木或其他柔性材料，以保护防腐层。

步骤C的具体施工方式如下：

c1.在整条管的一端盲板上安装进水控制阀，另一端安装排气控制阀；

c2.布置好吊机及船只位置，利用仪器通过吊机及船只调整并固定好管位，使管位于管线上，这里采用两艘挖泥船及4辆汽车吊，共同完成沉放施工，具体参见附图3。

c3.通过水泵向管段部竖管的注水孔注水，且关闭排气阀，随管注水，保证竖管竖直度同时下放吊机吊揽；

c4.当注水孔达到水面时，采用自然注水，同时打开排气阀进行沉管，在下沉过程中，通过控制注水量和排气两来控制注水速度，从而起到防止管道3因下沉过快导致管道3失稳的问题；

c5.管段下沉完成之后，潜水员检查整条管道3的贴底情况，对局部架空、高起点进行处理，保证管段贴底，受力良好。

步骤D的具体施工方式如下并且参见附图3：

d1.用抛砂船在定位仪器指引下沿基槽中线轴线前移，抛填符合设计规范的砂石；

d2.配合反铲式挖泥船和泥驳，反铲挖泥船用于土方的取放，泥驳用于倒运素土。

施工时要从两侧均匀对称抛填，做到不漏抛、不偏抛；每完成一段后，应由潜水员进行水下检查。

Claims (10)

1.一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，包括步骤A，水下土方施工，挖出一条用于沉放管道(3)的沟槽( 1)；步骤B，水域管道(3)组拼、水上对接施工；步骤C，水域沉管施工，用于将拼接成整体的管道(3)沉放到沟槽( 1)中；步骤D，水下沟槽( 1)回填，将放置有管道(3)的沟槽( 1)填平隐藏管道(3)，其中，

步骤B包括：

b1.钢管对口，对口采用小型龙门架结合手拉葫芦进行，管轴线水平位置由经纬仪控制，竖直位置由水准仪控制，在对口时利用龙门架调整管位，当管位满足要求后管口四周点焊固定；

b2.钢管管口连接，管口焊接采用手工电弧焊，焊条选用G422，焊接前清除焊口两侧的铁锈、油脂、污垢等，使焊缝成金属光泽，首层焊接时，焊缝根部须均匀焊透，不得烧穿，在焊接以后各层时，将前一层的熔渣全部清除干净，每层焊缝厚度为焊条直径的0.8～1.2倍，每层引弧点和熄弧点错开，焊接顺序为由下往上；

b3. 1）浮运预制好分管段至安装现场，单排纵向排立，横向锚固；2）浮运浮体（4）至段间接口处，注水下沉至一定吃水深度，将两管端口插入浮体舱（41）内，两管的端口预留间距，用于盲板拆除；3）抽水上浮浮体（4），使用手拉葫芦向下紧压端口，使管壁充分接触止水垫圈，达到止水；4）抽干浮体舱（41）内积水，同时向注水箱（42）注水调整浮体（4）吃水度，使钢管处于水平；5）两管段轴线位置调整，浮体舱（41）内完成盲板拆除、对口、焊接；6）当上一接口对接完成以后，同样方法进行下一接口对接，直至整个长管段组装完成。

2.根据权利要求1所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，所述浮体（4）的浮体舱（41）呈矩形，并于浮体舱（41）的表面设置有一与管道(3)外径匹配的凹陷通槽（411）。

3.根据权利要求2所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，在浮体舱（41）的四个角落均设置有注水箱（42），每一注水箱（42）上均设置有注水孔（421）。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，所述步骤A的具体步骤如下：

a1.测量放样，平面放线根据管线设计座标，计算管线起终折点与附近控制点的关系，并参考这些点的地形地貌及附近构筑的相对关系，把各个放线点用桩固定在地面点，进行轴线放样和转角测量并设立固定标志；

a2.导标布设，沟槽( 1)轴线和边线上，每拐点处和每隔100m布置一导标装置，中心导标和边线导标使用不同标识，导标顶部设置红色的船用航行灯，标杆上设水位刻度尺；

a3.水下沟槽( 1)开挖，采用2艘1.3m反铲式长臂挖泥船，基槽的开挖采用分段分层开挖，开挖方向为退挖，整条基槽为一次性开挖完成，一次性清底、修整；

a4.基底处理及垫层施工，选用质量合格的材料，根据设计放量，通过船舶利用导管，在定位仪器指引下沿基槽中线轴线前移，抛填基础材料。

5.根据权利要求4所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，所述的步骤a3在开挖过程中需要控制挖泥船的平面位置和开挖深度，其中的平面控制，在沟槽( 1)的粗挖时，根据轴线导标进行船位调整，细挖与基底处理时，采用GPS测量仪器为主与导标结合的方法进行施工平面控制；开挖深度控制，沟槽( 1)的粗挖主要通过水尺水位刻度，控制挖深，细挖和基底处理时，由GPS测量仪与测深仪配合控制，确保基底标高及平整度。

6.根据权利要求4所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，所述的步骤a4按船舶移动速度，有计量地把砾石砂(2)投入基底上，垫层粗平时使用挖泥船反铲刮平，使得材料布满槽底，然后用平整耙细平垫层，并通过仪器实时检查平整度和标高，欠料或多料，使用挖泥船反铲斗添补或清出。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，所述步骤C的具体步骤如下：

c1.在整条管的一端盲板上安装进水控制阀，另一端安装排气控制阀；

c2.布置好吊机及船只，利用仪器通过吊机及船只调整并固定好管位，使管位于管线上；

c3.通过水泵向管段端部竖管的注水孔注水，并关闭排气阀，随管注水，保证竖管竖直度同时下放吊机吊揽；

c4.当注水孔达到水面时，采用自然注水，同时打开排气阀进行沉管。

8.根据权利要求7所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，在步骤c4中，通过控制注水量和排气量来控制注水速度，来控制管道(3)的沉管速度。

9.根据权利要求7所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，步骤C还包括c5. 管段下沉完成之后，潜水员检查整条管道(3)的贴底情况，对局部架空、高起点进行处理，保证管段贴底，受力良好。

10.根据权利要求1-3任一项所述的一种多管段沉管穿越河流的施工方法，其特征在于，所述步骤D的具体步骤如下：

d1.用抛砂船在定位仪器指引下沿基槽中线轴线前移，抛填符合设计规范的砂石；

d2.配合反铲式挖泥船和泥驳，反铲挖泥船用于土方的取放，泥驳用于倒运素土。