新聞：大安市管道水下安裝規(guī)范公司三A企業(yè)水下大型取水管道施工技術

淺析水下大型取水管道施工技術摘要：結合太倉市應急水源地工程取水工程施工,本文著重介紹 了水下大型沉管、取水頭施工方法、施工工藝及分段管道接頭連接 工藝等。 關鍵詞：大口徑取水管道 水下沉管 取水頭 中圖分類號：tu753 文獻標識碼： 為滿足城市中遠期原水需求，太倉市在瀏河口新建應急水源地。水源地面積約220 萬m2，總容積為1742 萬m3。水源地主要 建構筑物包含新建圍堤、取輸水泵站和進出水管線及取水頭。本文 著重以水源地取水管施工工藝進行闡述。 

江蘇海龍公司負責現(xiàn)場施工的工程師告訴記者，當首次段739米的鋼管注滿水后，將先被下沉到水下5米處。首次次下沉也是最難的，管道在逐步下沉過程中需進行充水，需要沉浮箱的位置變換配合，輔助卷揚機起重系統(tǒng)需同步下放。首次次沉放達到預定深度，大約需要5個多小時。

水源地取水管***設計流量為40m3/s，采用2根大口徑鋼管 （內徑3600mm,壁厚18mm，外壁設加強環(huán)）從長江中取水,均采取 水下沉管施工方法，自水源地新建圍堤至長江中取水頭部之間的管 道分別長達1700.698m(1#管線)和1675.698m(2#管線)。兩根管道 軸線間距6.0m,管道中心高程-5.0m~-12.0m，采用φ 609mm 的鋼管 樁基礎，鋼管樁單根長30m，樁頂架設樁帽、橫梁和管座，管道通 過管箍安裝固定于管座上。樁帽和橫梁焊接連接，樁帽和樁、橫梁 和管座、管箍和橫梁之間均采取水下螺栓連接固定。管道分段長度 最長40m/段，分段管道之間采取水下哈夫連接方式。水源地長江取 水管道詳見圖1、圖2。

新聞：大安市管道水下安裝規(guī)范公司三A企業(yè)本工程管道敷設于長江河床下，因此必須先水下開挖管道溝槽，才能進行樁基及管道安裝施工，根據(jù)原河床現(xiàn)狀高程及管道敷設深 度，其開挖深度約6m 左右。管溝開挖采用2 艘4m3 鏈條式式抓斗 挖泥船，采用4 艘150m3 開底泥駁運輸、拋卸土方。 根據(jù)兩管中心間距，兩根管道溝槽一起開挖，開挖底寬為12m，邊坡1:4。分兩次進行開挖，首次次先將兩根管道溝槽開挖至管底設 計高程，第二次再精確定位每組鋼管排架樁位置，將6 根鋼管樁范 圍約10m14m 再挖深1.5m 左右，以便于鋼管樁施打及樁帽、橫梁 安裝（因樁帽、橫梁和管座比管底低1.0m 左右，且尚需潛水員水 下安裝所需的工作面）。 

水底拖拉法當水上交通阻止采用用浮 - 沉鋪設法時（如在穿越河流的工程中），可以采用下圖所示的‘水底拖拉'法。當采用這種方法時，先把塑料管道在岸上連接成連續(xù)長管，加裝上足夠保證管道始終沉在水底的壓重，然后用卷揚機把管道拖過河。通過適當設計的壓重和固定在管道前端的特殊拖拉頭 — ‘滑橇'確保管道在拖過河時能隨著河底的斷面輪廓順暢滑動 。水中鋪設通常采用的 HDPE 實壁管可以采用對接熔焊方法連接。對接熔焊的設備和工藝都和普通 HDPE 壓力管用的一樣。但是有些連接處是不可能采用對接熔焊，例如：需要在水底下和已經(jīng)沉降到位的擴散器連接，這些連接處可以采用機械壓緊方式的連接。例如采用法蘭連接：在 HDPE 管端先對接熔焊上一個‘根形管端'，活套上一個金屬的或玻璃鋼的法蘭背盤，就可以和有同樣法蘭端頭的其他管道、管件或結構連接。

開挖前，在管道沿線設置水位觀測尺，便于挖泥船結合水位復核開挖深度。 挖泥船水下開挖測量定位采用gps定位系統(tǒng)，因此船機設備上需 配備相應測量設備和計算機軟件，由技術人員將本工程平面圖輸入 計算機，并根據(jù)坐標系統(tǒng)輸入管道起始位置坐標等相關參數(shù)。這樣 船機設備上的gps 定位系統(tǒng)和軟件就可以很直觀的將船舶位置和溝 槽位置顯示在電腦屏幕上，施工精度大大提高。 挖泥時，要勤測軸線、要勤測水深，防止偏位和超挖或欠挖。以水***和測深儀控制開挖底標高，對偏位的要及時糾正，對欠挖的地 方要及時進行補挖。 樁基采用水上打樁船進行施打，樁架高度根據(jù)樁長和施工工藝等進行選擇。

新聞：大安市管道水下安裝規(guī)范公司三A企業(yè)本工程管道下支撐樁樁長30m，為精確控制樁頂標高，采用將工程樁接長至施工水位以上然后再水下割樁至設計標高的工藝。因此根 據(jù)樁長、樁頂高程、施工期水位，本工程打樁的樁長在40m~42m 右，因此選擇樁架高度為46m的打樁船。鋼管樁向有資質的生產(chǎn)廠 家***，選用螺旋埋弧焊鋼管，加工長度40~42m，由船運輸至施工 現(xiàn)場。 定位）穩(wěn)樁、下樁錘擊沉樁到位停錘測量樁頂標高（做好記錄）移船吊樁打下一根樁。 

國內從“六五”期間開始研究污水海洋、江河處置，目前，上海、深圳、海南、寧波、杭州、大連、青島、煙臺、武漢、天津、威海和嘉興等地已規(guī)劃或實施了海洋（江河）處置工程，我國的臺灣和香港地區(qū)亦建有污水排海工程。排海工程中的主體是由岸邊一級污水處理場伸向海洋的排放管道（ outfall pipeline ）。排放管道直徑較大，塑料排放管道直徑通常在 500-2000 毫米。排放管通常鋪設在海底，伸到離開海岸幾百到幾千米處（有的工程超過 10 公里），排放口通常裝有各種擴散器，位置在水下幾十米處（可能達到幾百米）。因為排出口是暢開的，污水是重力流，排海工程的排放管通常屬于低壓管道。

一組排架鋼管樁施打完成后，根據(jù)測量記錄的樁頂標高和設計樁頂標高計算每根出水的鋼管樁的割樁長度，然后再用特制的鋼套環(huán) 從樁頂套入樁外壁，鋼套環(huán)底部與樁頂之間的距離應與割樁長度一 致，然后再由潛水員水下沿鋼套環(huán)底部將鋼樁割除，這樣留置于水 下的鋼管樁樁頂標高即為設計標高。采用此種方法控制樁頂標高精 度較高，施工偏差減小。 

新聞：大安市管道水下安裝規(guī)范公司三A企業(yè)水下管道溝槽開挖及樁基施工完成后，在管道安裝之前須先水下安裝好樁頂?shù)匿撝Ъ軜嫾?，主要包括樁帽、鋼橫梁；管座和管箍構 件須安裝在待沉放安裝的管道上，然后再沉放安裝管道。 樁帽和橫梁鋼結構件采取在工廠內加工制作及防腐，然后船運至施工現(xiàn)場，由潛水員和安裝船配合水下安裝的方法。 

本工程一個排架由3根樁組成，鋼支架由3 個樁帽和一根橫梁組 成，橫梁和樁帽采取焊接成整體后再水下安裝的方法，因水上打樁 施工不可避免會產(chǎn)生一定的偏位，故三個樁帽和橫梁不能一次焊接 成整體，需分兩次焊接。樁帽、橫梁安裝步驟如下： 首先由潛水員利用特制的工具水下精確測量排架樁的兩根邊樁的間距，然后根據(jù)測量記錄將兩側的樁帽先焊接在橫梁的底部兩端， 焊接時應考慮樁帽和樁套接時的間隙。 將兩端焊好樁帽的橫梁吊放至水中，把樁帽套入排架樁的兩根邊樁內，由潛水員水下根據(jù)中間樁的位置在橫梁底部做好標記。然后 再將橫梁吊出水面后，按標記位置將中間樁帽準確焊接在橫梁底 部，這樣就可保證3 個橫梁底部的樁帽均是按水下實際樁間距燒焊 在橫梁上的，可精確套入樁頂。 個樁帽都焊接好的橫梁吊放至水中，由潛水員水下定位樁帽套入樁頂。然后再根據(jù)樁帽上預留的螺栓孔在鋼管樁的相應位置水 下切割穿孔，并將螺栓穿入后緊固螺帽將樁帽和樁固定在一起。 

卷筒船鋪設 將管子卷繞在船上直徑很大的卷筒上，鋪設時將管子從卷筒上退繞下來沉入海底。這種方法多用于鋪設管徑較小的管道，其優(yōu)點是進度快和連續(xù)性好。現(xiàn)在正在研究用這種方法鋪設管徑為400毫米的管子。 卷筒鋪設曾在第二次世界大戰(zhàn)中應用。1944年在快速鋪設穿越英吉利海峽的戰(zhàn)時輸油管道時，就曾采用這種方法。當時用銅錫鉛合金制成鎧裝的柔性管材，卷繞在船上的卷筒上，就像敷設海底電纜一樣，將管道鋪設在海底，共鋪設了管徑77毫米的管道12條。

管座、管箍鋼結構件同橫梁、樁帽一樣也采取在工廠內加工制作及防腐，船運至施工現(xiàn)場。 管座和管箍先固定于待沉放安裝的管道上，根據(jù)水下已安裝好的橫梁，由潛水員水下測量兩根橫梁間的實際間距，然后再根據(jù)橫梁 間距將管座和管箍安裝固定于待沉放安裝的管道上。 本工程取水管道為內徑3600，壁厚18mm的鋼管，外壁設槽鋼加強 環(huán)，分段長度最長為40m/段，均采取在鋼管廠家加工制作及防腐后， 由船運至施工現(xiàn)場，單根管道（40m 長）重約60 采用1艘150 噸水上起重船進行分段管道的沉放安裝。管道沉放 安裝前，除按水下實際橫梁間距在管道上預裝好管座和管箍外，還 需在管道端部事先安裝好哈夫接頭的橡膠圈，橡膠圈套入管端并固 定好。管道安裝斷面圖見圖4，沉放安裝示意圖見圖5。 

新聞：大安市管道水下安裝規(guī)范公司三A企業(yè)本工程取水管道分段管道之間連接采用鋼制哈夫接頭形式。哈夫為半合對抱結構，分為上下兩片，上下兩片哈夫采用螺栓水下緊固 安裝方法。哈夫與管道之間通過橡膠圈壓緊來保證緊密性，上下兩 片哈夫對接螺栓緊固處也設有橡膠墊板。 哈夫接頭安裝在兩根管道沉放安裝完成，并完成管座和橫梁的水下螺栓固定后才能進行施工。其安裝步驟如下： 在一根管道安裝完成，第二根管道下水安裝前，須先將該兩根管道接頭哈夫的下半片放至已安裝管道一端的下方，避免兩根管道均 安裝完成后再在管道下部塞入下半片哈夫。 待兩根管道均安裝到位，再將上半片哈夫安裝在管道接頭上部，下半片哈夫則通過鋼絲繩提升至管底，然后再進行上、下兩片哈夫 的對接緊固。 上、下兩半片哈夫對接先在鋼絲繩收緊的狀態(tài)下，由潛水員水下將兩側螺栓連接處的兩端各安裝兩個長螺栓，以先將哈夫初步固 定，然后再逐步收緊鋼絲繩和四個長螺栓，然后再分別對稱安裝中 間的螺栓，直至中間螺栓均安裝緊固完成后，再將兩側四個長螺栓 替換成設計規(guī)定長度的螺栓。 本工程長江取水頭共2個，為鋼制蘑菇型取水頭，單個重約120 噸。取水頭安裝后其頂面標高為-2.0m，兩個取水頭中心間距為 42.8m，取水頭與取水管道之間同樣采用哈夫接頭連接方式。每個 取水頭下部設9 60916鋼管樁基礎支撐，鋼管樁長50m。 取水頭制作選擇在加工廠內完成半成品構件的制作和防腐，由船運輸至施工水域附近岸邊的制作場地上進行整體拼裝、焊接和防腐 修補，然后再采用水上起重船將取水頭吊駁至駁船上拖運至施工現(xiàn) 場水域進行沉放安裝。

在海底鋪設輸送石油和天然氣管道的工程，這其中又包括海上定位、鋪設管道及開溝等項作業(yè)。海上定位指導鋪管船沿著路由方向移動和確定在海域中施工船隊位置的作業(yè)。海上定位的方法是在岸上設置兩座以上已知其經(jīng)緯度的定向電臺，定向電臺發(fā)射微波定向信號。作業(yè)船上安裝有無線電定向儀，可以精確地測定船與岸上各電臺間的夾角，從而準確地測出船所在的位置。在近海作業(yè)時可以用微波發(fā)射信號；在遠海作業(yè)時一般用200米的無線電長波發(fā)射信號。這兩種方法均能達到鋪管作業(yè)定位所需要的精度。

取水頭的過駁、吊裝采用1艘150 噸的起重船進行水下沉放安裝， 取水頭最終沉放至下部樁基礎頂部的樁帽平臺支架上，由潛水員水 下探摸配合定位情況。然后由潛水員水下安裝樁帽頂板和取水頭底 座間的連接螺栓。 水下管道鋪設安裝一般在沿江、沿河、沿海地區(qū)的自來水廠取水工程、發(fā)電廠和污水處理廠的取、排水工程中較為常見，且取水工 程在管道端部均設有取水頭。其大部分管線安裝均位于水下，因此 均為水上、水下施工作業(yè)，需依靠大型船舶設備、潛水員和專業(yè)施 工人員精心組織施工，才能保證工程質量和施工作業(yè)安全。 施工過程中，應選擇合理的施工方案和工藝，取水管道、取水頭和水下鋼結構件受現(xiàn)場條件制約宜在工廠內、施工現(xiàn)場水域附近岸 邊空地、碼頭上加工制作和防腐，尤其是高、大、重的大型管道和 構件，以方便制作完成后過駁至駁船或吊入水中拖運至施工現(xiàn)場進 行沉放安裝。

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國內從“六五”期間開始研究污水海洋、江河處置，目前，上海、深圳、海南、寧波、杭州、大連、青島、煙臺、武漢、天津、威海和嘉興等地已規(guī)劃或實施了海洋（江河）處置工程，我國的臺灣和香港地區(qū)亦建有污水排海工程。排海工程中的主體是由岸邊一級污水處理場伸向海洋的排放管道（ outfall pipeline ）。排放管道直徑較大，塑料排放管道直徑通常在 500-2000 毫米。排放管通常鋪設在海底，伸到離開海岸幾百到幾千米處（有的工程超過 10 公里），排放口通常裝有各種擴散器，位置在水下幾十米處（可能達到幾百米）。因為排出口是暢開的，污水是重力流，排海工程的排放管通常屬于低壓管道。