水下鋪設大口徑管道施工工法

《水下鋪設大口徑管道施工工法》是中鐵四局集團有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是張廣林、王岱山、王健、李戈、徐洪嶺；該工法適用範圍是非石質河（湖）床的江河湖泊水下鋪管工程，水溫不低於6℃，風力不超過5級（平行管線）和4級（垂直管線），水的流速平緩如果用水下樁基鋪架管路，只要在雙體船上增加一套打樁設備即可完成全部鋪管作業。

《水下鋪設大口徑管道施工工法》主要的工法特點是施工全過程不設任何形式的圍堰，故節約投資且不污染水系。

2008年1月31日，《水下鋪設大口徑管道施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：水下鋪設大口徑管道施工工法
• 工法編號：YJGF09-98
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 完成單位：中鐵四局集團有限公司
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）
• 主要完成人：張廣林、王岱山、王健、李戈、徐洪嶺

形成原因

按常規施工，管路通過江河湖海埋設較淺時，均需設圍堰，排水挖溝鋪設。圍堰及排水挖溝施工不僅工程量大，而且污染水系，有時也影響灌溉及水上運輸。尤其伸進湖泊取水的導水工程，由於湖水無固定流向，相對來說自淨能力較低，且殘餘的草袋和污泥引起藻類繁生，故由於施工措施不當而影響取水的水質。因此，需要探索不設圍堰、水中開槽、水下鋪管的施工方法。合肥四水廠水源擴建工程技術關鍵是伸進巢湖的導水乾管，建設單位為合肥市重點工程指揮部，要求導水乾管必須採用水下鋪管法施工。《水下鋪設大口徑管道施工工法針對工程的水文地質條件和設計要求，通過研究採用了絞吸式挖泥船挖管溝、穿心式浮桶運管、雙體船下管、液壓頂推裝置接管的水下鋪管新工藝，安全優質地完成了導水乾管鋪設任務，經總結形成《水下鋪設大口徑管道施工工法》先後在合肥四水廠水源管道延伸工程、襄樊魚梁洲污水處理廠工程中推廣使用。

工法特點

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》的工法特點是：

1.施工全過程不設任何形式的圍堰，故節約投資且不污染水系。

2.施工所用設備簡單。船舶可以就地租用，其他機具可自行加工，現場組裝，避免了調運大型設備運輸困難的問題。

3.施工不受水位影響，汛期仍可施工。

操作原理

適用範圍

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》適用於非石質河（湖）床的江河湖泊水下鋪管工程，水溫不低於6℃，風力不超過5級（平行管線）和4級（垂直管線），水的流速平緩。如果用水下樁基鋪架管路，只要在雙體船上增加一套打樁設備即可完成全部鋪管作業。

工藝原理

《水下鋪設大口徑管道施工工法》的工藝原理如下：

採用“絞吸式挖泥船”開挖管道溝槽及承插口工作坑，絞出的土方用自備的排泥管送出，避免泥水回流；岸邊由吊車將檢查合格的管節放入淺水區，配合人工穿好專用的“穿心浮筒”，浮運管節；拖船將管節拖至雙體船中間，電動單梁起重機吊住管節後，抽出“穿心浮筒”；下管，使用對中裝置對中，潛水員使用接管裝置水下進行管節安裝；水壓試驗合格後，由絞吸式挖泥船進行管溝回填。

施工工藝

• 工藝流程

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》的施工工藝流程（如下圖1）：

圖1 施工工藝流程圖

操作要點

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》的操作要點如下：

1.水下挖管溝針對巢湖的地質條件，通過調研中國國內與該工程相似的取水工程，吸取了起步較早的水下施工單位的教訓，從我國現有的幾種挖泥船中優選出“絞吸式挖泥船”，其工作能力為80立方米/小時。用常見的鏈斗式或抓鬥式挖泥船開挖管溝，溝底標高很難達到設計要求，而用絞吸式挖泥船可以控制溝底標高和溝寬，只要掌握住從船後斜下方伸出的機械手（絞吸裝置）的角度，施工誤差可控制在±10厘米內。不僅溝底平整，而且每隔5米一個的承插接口工作坑也由該船挖出，可明顯減小潛水作業量。另外，該船將絞出的土方用自備的排泥管送出，避免泥水回流，保持該範圍內的水質不因作業而混濁，為下一步潛水作業工序提供良好條件。

2.水上運管大直徑管節較重，用內河常見噸位的貨運船隻裝、卸、運時重心不易掌握，租用大噸位的浮吊又不經濟。因此，自行設計加工了“穿心浮桶”。在岸邊將管節吊到水中，再將浮桶穿進管節內，使管節漂浮在水面上，然後用兩噸機動船將其拖拉到鋪設地點。浮筒裝有汽、水控制閥，桶內有分倉及偏心配重設施，使其可沉可浮，又可平穩運行，穿心浮筒（見圖2）。

圖2 浮筒

3.雙體船下管管節到位後，由騎跨在管線上的雙體船將其吊起，使管徑4/5漏出水面。此時浮桶所受的浮力與自重基本平衡，稍加外力即可從管節內抽出浮桶，並利用橫架在該船上的單梁橋式起重機及安裝在管線上的找中標誌桿將管節大致對中，然後下沉到水底。雙體船由兩艘30噸船隻及若干桿件連線而成兩船體之間相距3米，使拖拉船能夠順利通過，雙體船（見圖3）。

圖3 雙體船圖

4.水下接管管節沉落到水中溝底後經“找中器”導向，潛水員校正，當待鋪管節與管線同心時將液壓頂推接管裝置套在管節上，並將待鋪管節圍在當中，啟動油泵，液壓千斤頂將管節頂推到位。經潛水員檢查管口和膠圈無異常時，立即拋填裝有卵石的草袋或編織袋穩固管節兩側。找中接管裝置（見圖4）。

圖4 找中接管裝置

5.管溝回填管溝回填仍採用絞吸式挖泥船施工，既可就近取土填溝，又可挖前填後，以泥漿不流進未鋪管的管溝為妥由於設計要求管頂覆土後基本上與水下原地面高程相同，而水中填土又無法夯實，因此一次填土高度應超過水下原地面50厘米。在保修期內分1個月、6個月、12個月3次檢查填土沉落情況，如低於水下原地面高程，則須補填。

6.水壓試驗管路鋪設完畢後，按設計要求進行水壓試驗，試驗壓力為0.1兆帕由於管徑較大，水壓試驗時管端橫截面將承受153.9千牛的頂力，分段試驗堵管困難，故採取管道鋪完後，1.5千米一次試驗，兩端堵板分別支頂在岸邊水泵房及湖心取水頭部，注水加壓管、排氣管、壓力表等均裝在靠岸一端。用電動試壓泵加壓注水，當達到試驗壓力後，停泵10分鐘，壓力下降值未超過規範要求，且沿管線檢查無漏失跡象，即為合格。

7.施工測量挖管溝、下管、回填等均需測量。該工程採用雷射經緯儀控制管線中心及高程。全部工程分兩段進行測量，第一段0~800米，基線設在岸邊通視處，置鏡於泵房前平地，轉角定向，前視點測工手持雷射靶，指揮挖泥船及管節對中，通知調整溝底挖深及管頂標高。在距岸邊800米的管線上，搭一個固定平台，上設測量導線轉點，由該點到終點的施工測量，均在該處置鏡。

8.勞動力組織（見表1）。

表1 勞動力組織情況表

序號	作業組名稱	工種及人數	上崗要求	職責
1	挖泥船操作組	船長(司舵)1人 司機 3人 普工 4人	持證 持證	船體到位，拋錨，絞吸裝置定位，布置排泥管，挖溝及回填
2	運輸組	吊車司機 1人 空壓機司機1人 機動船司機 3人 普工 7人	持證 持證 持證	岸邊裝卸管節，穿浮桶，水上運輸
3	鋪管組	總指揮 1人 潛水員 8人 發電司機2人 起重司機2人 普工 8人 值班醫生1人	持證 持證 持證 持證	填碎石，安找中器，抽浮桶，沉管，接管，穩管潛水員身體狀況監控
4	測量組	工程師 1人 測工 5人	/	中心、標高控制及質量監督

材料設備

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》所用的材料及設備明細如下：

1.標準設備（見表2）。

表2 需用的標準設備

序號	設備名稱	設備規格	單位	數量	用途
1	絞吸式挖泥船	80立方米/小時	艘	1	挖溝及回填
2	機動船	30噸	艘	2	組裝雙體船
3	機動船	2噸	艘	3	拖拉管節及水上運輸
4	單梁橋式起重機	50千牛	套	2	安裝在雙體船上起吊管節
5	吊車	160千牛	台	1	在岸邊起吊管節
6	載重汽車	8噸	台	4	運管到岸上
7	柴油發電機	50千瓦	台	1	雙體船上發電
8	空壓機	0.9立方米/分鐘	台	2	岸邊及雙體船上各一台
9	潛水設備	輕潛水	套	10	包括備用2套
10	對講機	手攜式	套	2	雙體船對岸邊及對置鏡點
11	雷射經緯儀	J2系列	台	1	最小讀數1″~2″

2.非標準設備（見表2）。

表3 非標準設備

序號	設備名稱	設備規格	單位	數量	用途
1	浮桶	Φ1400	套	3	浮運管節
2	雙體船	30噸×2	艘	1	主要的水上操作平台
3	找中接管裝置		套	2	入水管節的找中和安裝

質量控制

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》的質量控制要求如下：

應遵照《給水排水構築物施工及驗收規範》（GBJ14190）有關規定，結合水下施工的特點，尚需遵守以下事項：管節下水前應認真檢查外觀，發現管壁有空鼓、脫落、開裂等現象者，不得使用，尤其是承插口部位必須平整、尺寸正確，其偏差應符合驗收規範的規定。管節頂推後，必須潛水檢查到位情況，凡有懷疑，必須拔出重新頂進。管溝開挖前，要做好縱斷面測量，編制挖深，並在當日開挖區作好水上標記，向挖泥船工作人員及測工交底。每挖完5米管溝必須進行一次標高和中心複測，超挖部分，應回填碎石，使之達到標高。

安全措施

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

除應遵守國家建築總局頒發的《建築安裝工人安全技術操作規程》（80建工勞字24號）外，還須注意以下事項：潛水員除身體強壯、無高血壓症、無心臟病外，還應具備一定的水下操作技能，需經培訓並取得合格證後方準上崗操作；潛水員在水下施工時應事先規定統一的“工作”、“暫停”信號，以防止擠壓碰傷事故；參與施工的各類船隻上，都必須配備足夠的救生設備。

環保措施

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》的環保措施如下：

1.成立對應的施工環境衛生管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府頒布的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有關防火及廢棄物處理的規章制度，做好交通環境疏導，充分滿足便民要求，認真接受城市交通管理，隨時接受相關單位的監督檢查。

2.將施工場地和作業限制在工程建設允許的範圍內，合理布置、規範圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

3.對施工中可能影響到的各種公共設施制定可靠的防止損壞和移位的實施措施，加強實施中的監測、應對和驗證。同時，將相關方案和要求向全體施工人員詳細交底。

4.設立專用排漿溝、集漿坑，對廢漿、污水進行集中，認真做好無害化處理，從根本上防止施工廢漿亂流。

5.定期清運沉澱泥砂，做好泥砂、棄渣及其他工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，廢水除按環境衛生指標進行處理達標外，並按當地環保要求的指定地點排放。棄渣及其他工程廢棄物按工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處治。

6.優先選用先進的環保機械。採取設立隔聲牆、隔聲罩等消聲措施降低施工噪聲到允許值以下，同時儘可能避免夜間施工。

7.對施工場地道路進行硬化，並在晴天經常對施工通行道路進行灑水，防止塵土飛揚，污染周圍環境。

效益分析

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》的效益分析是：

該工法不僅能保證工程質量和人身安全而且各道工序之間干擾少。當人員操作熟練時，每日鋪管10節（50米），最高達12節，經濟效益十分顯著。以合肥四水廠水源擴建工程為例，水下鋪管比草袋圍堰鋪管法降低造價30.67%，達14.18萬元（見表4）。

表4 鋪管費用比較

工程名稱	單位	數量	水下鋪管法		圍堰鋪管法
			單價	總價	單價	總價
挖泥	立方米	42000	25.20	1058400	25.54	1002680
水下土建工程	米	3000	37.54	112620	/	/
草袋圍堰	立方米	57000	/	/	34.02	1939140
施工便道	平方米	7640	/	/	15.02	114753
安裝1.4米鋼筋混凝土管	米	3000	711.32	2133960	546.72	1640160
合計	/	/	/	3304980		4766733

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

施工單位採用《水下鋪設大口徑管道施工工法》的套用實例如下：

實例一

在合肥四水廠擴建工程中首次採用該工法。設計由岸邊取水泵房向湖心鋪設雙排1.4米預應力鋼筋混凝土取水管道，水下鋪管工程開始於1992年5月，於1992年11月竣工，總計鋪設1.4米預應力鋼筋混凝土管3000米。工程質量良好，一次交驗合格。

實例二

合肥四水廠水源管道延伸工程，水下鋪設中1.4米管道2條，長度分別為583米及568米，該工程自1994年4月開工，於1994年9月竣工，工程中推廣使用該工法，完成了將取水口繼續向湖心延伸的施工。

實例三

在襄樊魚梁洲污水處理廠工程中，2001年11月至2002年6月施工的污水過漢江管道（進場管道的一部分），為雙排D202鋼製倒虹吸管，過江跨度為203米，管中心距為3米，管頂最小覆土約1.5米，並且業主方要求施工期間應保證通航。採用了該工法，進行岸邊製做管段、浮運就位、水下鋪設的工藝完成了該工程的施工管道水壓試驗一次合格。不僅取得了良好的經濟效益，而且由於保證了通航，還取得了良好的社會效益。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《水下鋪設大口徑管道施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。