第五章 给排水管道水下施工

第五章给排水管道的水下施工主要内容水下沟槽开挖水下管道敷设水下管道接口学习目标了解给水排水管道穿越河流的方法及其各自的特点和适用情况，掌握施工方法的选择掌握水下挖槽铺管法的施工要点；了解水下管道的接口形式了解水下管线的铺设方法及其特点，了解浮漂拖航铺管法和底拖法的施工程序概述给水排水管道通过江河的方式：架空跨越（沿桥架设、管桥跨越）水下穿越（沟埋敷设、裸管敷设、定向钻孔法、隧道穿越法）沿桥架设桥梁架设过河是最常见和最简单的跨越河流的方法，投资省、施工方便，进度快。敷设位置：应与桥梁管理部门及设计单位研究决定，一般安装在桥梁专门为管道预留的管位、搁置在桥墩上、或从人行道敷设通过适用：有桥梁可利用，且管径较小

管桥跨越管道从江河水面以上架设管架、或将管道预制成拱形管，然后整体安装。（为减少管道扭转应力，拱管两侧应砌筑牢固的混凝土基础并加抱箍固定）施工难度大，投资大、维修管理难度大，较少采用。定向钻孔法、隧道穿越法

定向钻孔法：利用钻头在江河床底下钻凿出敷设管道的孔洞而安设管道的施工方法。隧道穿越法：在江河床底下开挖隧道，管道在隧道中明管敷设穿越江河的施工方法。定向钻孔法、隧道穿越法实质上是不开槽施工在江河水面下的应用。适用：大型河流,没有条件封航的中型河流,可考虑采用。一般给排水管道可采用顶管法。大型基本建设项目，如多条不同类型管道穿越河流（燃气管道、电力管道）、或者建设河底隧道，可以采用盾构法。裸管敷设

将管道直接铺设于稳定的河床上，管顶不覆盖的施工方法。特点：不需挖沟设备，施工速度快，缺点是管道直接受水力冲刷，常因河床冲刷变化后而引起管线断裂；在浅滩处石笼稳管影响通航；常年水流中泥砂磨蚀也可能造成管线断裂。适用：裸露敷设运用于基岩河床和稳定的卵石河床、只适用于水流很慢、河床稳定、不通航的中、小河流上的小口径管线或临时管线。为防止水下穿越管道产生浮管现象，必须采用稳管措施。主要方法有：平衡重块、复壁管（复壁环形空间灌注水泥砂浆）或石笼压重（细钢筋编织成笼，内装石块，压在管道上）等，将管线稳定敷设在河床上。采取何种稳管措施应按河流河床地质构成、管径、施工力量等选择，并经计算确定。第一节水下沟埋敷设沟埋敷设是将管道埋置于河床稳定层内，管顶加以覆盖的施工方法。具体施工方法围堰法：水位较低，流速较慢，土质较好，允许封航的中小型河流水下挖槽铺管法：水位较高。流速较快，没有条件封航的中小型河流、大型河流一、围堰法围堰法就是在待穿越水下管道的两侧，堆筑临时堤坝，阻挡水流并排除堤坝间的积水，然后开挖沟槽，敷设管道，回填土施工完毕后将围拆除。特点：管道施工简单，需要设备少，但围堰施工复杂，工期长，一般须在断航的条件下施工。一次围堰法和交替围堰法围堰筑成后，采用“给水排水管道的开槽施工”方法进行施工一次围堰法在待穿越水下管道两侧构筑临时围堰，在河岸开挖临时引水渠或在围堰间用管子组成渡槽，使河水通过引水渠或管子流向下游。根据河水流量决定引水渠断面尺寸或作为渡槽的钢管管径与根数；应保证河水顺利通过,不应使上游水位上升而淹没围堰；钢管与围堰之间应填好，防止漏水而增加排水量。交替围堰法如图所示，先将河流的一部分用围堰围住，用水泵排除围堰内的河水，然后挖沟，敷设管道，再将河中的管口用堵板焊住，以防泥水进入管内。安装完后拆除围堰。用相同的方法将剩下的一半作围堰，挖管沟，将已施工管道堵板割去与后安装的管道连接起来，以后回填管沟，拆除围堰。为了减少河水冲刷，围堰迎流水方向的堰体应平缓；围堰高度应保证在施工期间河水的最高水位不至淹没堰顶；二次围堰在管道接口处应有重叠1-围堰2-先埋管段3-后埋管段二、水下挖槽铺管法就是采用水下挖沟设备和机具，在水下河床上挖出一条水下管沟，将管线埋设在管沟内。1.先挖后埋法先进行水下沟槽开挖，然后下管入沟，将管道两测有孔洞的部位用砂石回填，管道上覆土的施工方法。先挖槽后埋管的主要缺点是易于回淤。为了防止回淤影响，可以采用分段开挖铺管的施工方法，以缩短水下晾槽时间。施工要点⑴做好施工准备工作：水下管道敷设施工技术复杂易造成质量隐患，因此必须作好施工准备工作：

水文地质资料测量穿越河流的水位，了解历史最高水位测定穿越河流的流速（不大于管内流速）⑵确定穿越施工地点河流平直、水流平缓、河底平坦、河床稳定、地质构造单一、两岸有较宽阔的漫滩和具备操作场地的河段。从河滩宽度最小的地方穿过。下列地带不宜作穿越地点：桥梁上游300m或下游100m的地区；船只可能停泊下锚处；沿岸建筑物和地下管线密集；无施工场地的河段。在埋设管道位置的河流两岸上、下游应设置标志⑶施工时间的确定应根据气象、水文与航运资料，选择施工时间：雨水少、河流枯水期、航运淡季；这样．可减少人力、物力，增加工程可靠性⑷埋设深度和覆土厚度、槽底宽度埋设深度应根据水流冲刷条件、河道疏浚、投锚深度要求和管道的稳管要求而定。一般河流不小于0.5米，通航的河流不小于1.0米。覆土厚度为管径的3-4倍底宽一般为管外径加0.8—1.0m，边坡系数为1:2—1:4。⑸沟槽开挖常用的水下沟槽开挖方法：爆破法、岸式索铲、挖泥船和高压泵船等。爆破法开挖：适用于岩石河床；优点是省时、省力、省设备、省投资；缺点也很明显，管线定位、沟槽准直、沟底平整等质量不易保证，另外爆炸对两岸堤防和构筑物有不良影响；岸式索铲：适用于狭窄水系，土质较软的非岩石河床。铲斗用岸上卷扬机曳引，顺滑道往上拉，运动过程中将河底泥土铲出，挖深不断增。这种方法可以比较准确地控制沟槽的平面位置和准直度。挖泥船：水系宽阔一般用抓斗式或多斗式挖泥船开挖水下沟槽的方法，土方卸在沟槽水流下游一侧，或由驳船运至远处；高压泵船：河床土质松散，可用高压泵船以高压水流冲射水底土层进行开挖。同时将泥浆吸出水面处理；用的船只多，挖出的泥砂或泥浆也需运输和妥善处理，施工成本高，不适用于回淤很快的河流⑹沟槽开挖的测量和控制水下沟槽中心线用岸标或浮标显示，并用经纬仪或激光准直仪测量。条件允许时，可在两岸标之间拉设管道中心线，以中心线为准用标尺或锤球可测水下沟槽的位置和槽底高程。用船或其他浮动设备开挖时，挖泥船等应临时锚舶，以保证沟槽中心位置准确。⑺下管（水下管道敷设）⑻接口及回填2.挖槽与铺管同时进行法预挖水下沟槽铺管的方法的缺点是沟槽可能发生回淤，弃土和回填土工作量大。为了克服这种缺点，可采用综合作业船铺管。逐段敷设，边挖边铺。沟槽由水泵喷射高压水冲挖，挖出的土由砂泵抽升到后部回填沟槽，使沟槽晾槽时间减少至最短，而且取消了回填土的远距离搬运。（犁沟机、挖泥船）3.先铺管后挖沟法（冲沉法铺管）冲沉法铺管是先把管子放在水底，然后用冲泥器把高压水射向管底土层，使管底土液化，丧失承载能力，管道就埋入水底。液化土层的厚度一般为管径的3—4倍。采用这种方法的前提条件是管底土层为可被液化的。管道是在自身重力下沉入河底，因此可以加以配重，如混凝土块，石笼等等；气举法：用船上的气举泵把管道两测的泥沙吸出排走，使管道逐渐下沉到达设计埋设位置。优点：克服了回淤的缺点，工期短、投资省缺点：不适用于黏土或较硬的河床第二节水下管道的接口

水下管道的连接：岸上连接、水上铺管船连接、水下连接一、钢管接口和管道基础焊接钢管成型作业：焊接、防腐层、分段试压1.成型方式：整体式成型、分段成型整体式成型：一次焊接成所需要的尺寸，经过防腐处理和压力试验后，运至铺设管沟位置上；适用于管道不太长、管径不大分段成型：在岸上先焊接成一定长度管段、制作防腐层、试压后，分别运至铺设管沟位置上，在河面上连接成整体；或将一定长度管段沉入水中就位后，由潜水员在水下连接；或在铺管船上进行焊接，焊接好一段就敷设一段（边连接边附设）适用于管道长、管径大要求：尽量减少水下接头的数量2.接口形式：刚性接口和柔性接口⑴刚性接口：焊接、法兰连接、卡箍连接⑵柔性接口：橡胶圈人字法兰接口、伸缩法兰接口、球形接口（课本P152）法兰连接：岸边成型的较长管段之间的连接操作：几只吊装船用钢丝绳将待连接管道吊离水面0.8——1.0米，由小船载人到连接处，拆除管端堵板，协调各船使管端法兰盘逐渐靠拢，直到接头连接紧密。然后调整其中一个活动法兰，对齐螺栓孔上穿如螺栓，紧固。卡箍接头：制作简单、安装方便、成本低圆形或半圆形有一定宽度钢制条带，中间有一到二处接头，采用螺栓连接，卡箍内垫橡胶圈，管道上挡环限制卡箍沿管道移动3.管道基础河床下部为黏土或砂石层，土质坚硬，管道可直接铺设在该土层管沟里；河床下部土质软弱，管道要用桩基支撑；预制混凝土块，或用砂砾石，装混凝土的麻袋二、铸铁管道接口水面上连接：承插刚性连接（一般用青铅接口，具有一定柔性且容易修补）或法兰刚性连接（连接处通过两块法兰，用螺栓将管道连成整体）水下接口：机械柔性接口（压兰压紧橡胶圈）第三节水下管道敷设

水下管线的铺设方法：拖管法，铺管船法其中铺管船法是将管子运至铺管船上，在铺管船上进行管段接口后，沿铺管船上的滑道、管托架等装置，下入水底。这种方法多用于外海或广阔水域的作业，适用于长距离管段远离岸边的铺管工作。拖管法就是在陆地上将管子连接，发送下水，拖运至预定位置就位。较长的管线需要分段拖运，海上连接管段间水平口。较适用于离岸近、狭窄水域的铺管工作。拖管法主要包括浮漂拖航铺管法和底拖法一、浮漂拖航铺管在岸边把管子连接→管段两端堵板→绑扎一定数量的浮桶→用牵引拖轮拖至铺设地点→灌水入管，下沉到水底或沟槽内→水下接口特点：其优点是所需牵引力较小，管线轨迹较直观；缺点是受水面波、涌和海流的影响较大，就位轨迹不易控制。施工要点1.制备管段场地的选择水系较浅，有纵深岸边，岸边与水面高差不大，可在过河管中心延长线的岸边原地面制备管段；岸边与水面高差较大，开挖岸边，减少与水面高差，并在开挖区内降低地下水位后再制备管段。水系较宽、河岸无足够场地垂直排列管道，岸边预制的管段与水系平行，管段制备后装上浮筒推入水中，在水面上由船浮漂拖航。2.下水浮运拖曳法：将制作好的管道用机动船或设在对岸的曳引设备拖曳到管道中心线（岸上拖曳垫设带滚轮的小车）滚滑法：将管段滚下水然后利用水流浮运到需要下沉地点形成一个管道连接、检验、涂装的岸上生产线3.管段注水下沉管段由水面浮航到沟槽上方，自堵板预留孔向管内注水、解脱浮筒，由定位起重船吊放管段下放到沟槽内。管段水下定位及接口均由潜水工操作。潜水工用通讯工具与定位起重船联系，调正定位船锚泊位置和船上起重臂操作，使下沉管段与已铺管段对口。该方法主要关键工序：P155二、水底拖曳铺管底拖法就是大部分管道在水中处于与河床接触的状态，用拖轮拖管的方法。特点：其优点是受波、涌等的影响较小，就位轨迹易控制，而且在突遇恶劣气候条件时，可以弃管，沉放于拖航路线上，待气象好时继续拖；缺点是海床给予管道较大摩擦力，所需牵引力较大。