工程取水管施工工藝研究范文

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【摘要】

東風(fēng)西沙水庫(kù)及取輸水泵閘工程取水口采用埋管和頂管相結(jié)合施工，取水頭部采用蘑菇頭鋼結(jié)構(gòu)件，施工過(guò)程中進(jìn)行有效的管理和控制，取得了良好效果。

【關(guān)鍵詞】

取水口施工;施工工藝;施工難點(diǎn);處理方案

1工程概況

1.1工程簡(jiǎn)介崇明島東風(fēng)西沙水庫(kù)及取輸水泵閘工程位于長(zhǎng)江口南支上段、崇明島的西南側(cè)。利用東風(fēng)西沙與崇明島之間的夾泓建設(shè)水庫(kù)，為崇明島提供優(yōu)質(zhì)的長(zhǎng)江原水。水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容為976.2萬(wàn)m3，是供水集約化后上海市崇明島的主要水源地。

1.2進(jìn)水管道該工程進(jìn)水管道采用兩根DN3200mm的鋼管從取水頭部引水至取水泵站。進(jìn)水鋼管單根長(zhǎng)分別為450m(1號(hào)進(jìn)水鋼管)和452.6m(2號(hào)進(jìn)水鋼管)，從取水頭部至泵室按其所在位置可分為三大部位:取水頭、樁基埋管段及頂管段，如下頁(yè)圖1所示。a.取水頭:為蘑菇形鋼結(jié)構(gòu)件，單個(gè)重約150t，取水頭與埋管段和頂管段之間采用哈夫套管連接方式。b.埋管段:頂管至取水頭之間采用埋管連接，單根總長(zhǎng)分別為207.5m(1號(hào)進(jìn)水鋼管)和210.1m(2號(hào)進(jìn)水鋼管)。c.頂管:樁基埋管段至取水泵站，單根總長(zhǎng)242.5m。

2施工工藝

2.1頂管施工該工程頂管段施工特點(diǎn)是一次頂進(jìn)距離較長(zhǎng)，且頂管口徑較大，整個(gè)水平方向的頂管以0.91%的坡度下坡頂進(jìn)，管頂平均覆土深度約為4m，頂管為DN3200mm×30mm鋼管。

2.1.1頂管工具頭根據(jù)頂管所穿越的土層結(jié)合以往類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)，選擇采用大刀盤(pán)泥水平衡頂管機(jī)，大刀盤(pán)泥水平衡水力機(jī)械化出土頂進(jìn)工具頭切削前方土體，被切削土體水力泥漿化后由管道輸出，施工過(guò)程中，借助減阻泥漿減小推進(jìn)阻力。

2.1.2主頂裝置主頂進(jìn)裝置由底架、油缸組、頂進(jìn)環(huán)、鋼后靠及液壓動(dòng)力站等組成，是頂管施工的重要組成部分。底架主要承載頂管機(jī)、管節(jié)，為拼裝式鋼結(jié)構(gòu)件，底架設(shè)置8只微型千斤頂，可以調(diào)整底架高度達(dá)到施工要求。底架上部設(shè)置內(nèi)外兩副軌道，左右對(duì)稱(chēng)分布，內(nèi)軌道作頂管機(jī)、管節(jié)的承載之用，外軌道則為頂進(jìn)環(huán)行走之用。油缸分兩組，按設(shè)計(jì)頂力配置8只油缸，并用可分式結(jié)構(gòu)的支座固定，左右對(duì)稱(chēng)分布，用連接梁連成一體。頂進(jìn)環(huán)由頂環(huán)和頂座組成，頂環(huán)用螺栓固定在頂座上，頂座底部設(shè)置4只滾輪，放于外側(cè)軌道上可往復(fù)運(yùn)行。頂進(jìn)時(shí)頂環(huán)伸入管節(jié)尾部，起對(duì)中及導(dǎo)向作用，并傳遞油缸的頂力，使管節(jié)受力均布。頂管后靠作為頂管工作臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，待頂管頂進(jìn)結(jié)束驗(yàn)收后鑿除，并按進(jìn)水流道型線(xiàn)要求恢復(fù)光滑。

2.1.3頂管施工工藝流程頂管施工工藝流程如圖2所示。

2.2埋管施工樁基埋管段管道設(shè)計(jì)為兩根DN3200mm×22mm的鋼管，單根總長(zhǎng)分別為207.5m(1號(hào)進(jìn)水鋼管)和210.1m(2號(hào)進(jìn)水鋼管)，采用800mm×110mmPHC管樁架設(shè)固定。樁基埋管施工總體方案為:采用抓斗式挖泥船進(jìn)行水下管道溝槽的開(kāi)挖，打樁船進(jìn)行管道樁基施工，水上起重船進(jìn)行水下管道及鋼結(jié)構(gòu)的吊裝沉放施工，由潛水員水下配合定位及連接螺栓的安裝。施工主要工藝流程為:水下土方開(kāi)挖→水上打樁施工→樁帽、橫梁安裝→橫梁間距水下測(cè)量→管道與管座抱箍定位→管道及管座水下沉放→潛水員水下定位→管座與橫梁螺栓連接。

2.2.1水下土方開(kāi)挖根據(jù)工程量及施工先后順序，除頂管和埋管連接段約40m長(zhǎng)度暫時(shí)不開(kāi)挖外，其余水下埋管段和取水頭部基坑考慮一次進(jìn)行開(kāi)挖。待頂管施工結(jié)束后具備連接段開(kāi)挖條件后再進(jìn)行該段管道溝槽土方開(kāi)挖施工。水下土方開(kāi)挖方法:采用抓斗挖泥船開(kāi)挖管道溝槽。開(kāi)挖順序:從取水頭部向岸邊進(jìn)行。因開(kāi)挖深度較大，具體開(kāi)挖時(shí)其溝槽邊坡可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行試挖和調(diào)整，再結(jié)合泥沙回淤情況，現(xiàn)場(chǎng)修正，確保基槽滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，基槽開(kāi)挖后，由潛水員水下沖吸泥修整邊坡和基底。

2.2.2水上打樁施工該工程水下樁基主要包括取水頭部、埋管段、防撞裝置樁基礎(chǔ)，除防撞裝置為鋼管外，其余均為PHC管。為盡量減少施工成本，該工程所有水上樁基均采用一次進(jìn)行施打的施工方法。沉樁位置為已開(kāi)挖好的管道基槽和取水頭部基坑，沉樁次序由進(jìn)水管向取水頭部方向依次推進(jìn)。以上管樁除防撞裝置樁基的樁頂出水面可直接施打外，其他管樁均在水面以下施打，因此應(yīng)根據(jù)施工時(shí)水位、設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高采用加設(shè)送樁架的方法進(jìn)行施打。沉樁程序:移船取樁→吊、立樁入龍口→移船就位→調(diào)平船、調(diào)整龍口斜度→定位、收緊纜繩→樁自沉→測(cè)樁偏位→調(diào)整船和龍口→壓上錘和替打→測(cè)樁偏位，調(diào)整船和龍口→小沖程錘擊沉樁→正常錘擊沉樁→換上送樁架→滿(mǎn)足沉樁控制條件、停止錘擊→估測(cè)樁偏位→起吊錘和替打→估測(cè)樁偏位→移船取樁。

2.2.3樁帽、橫梁安裝橫梁與樁帽采用螺栓連接，在陸地上將橫梁下方與樁帽連接處的螺栓孔全部開(kāi)好(樁帽上的螺栓暫時(shí)先不開(kāi))，橫梁下水安放至樁帽上，待安裝完成后，由潛水員在水下通過(guò)橫梁上的螺栓孔打開(kāi)樁帽上的螺栓孔，然后將樁帽與橫梁進(jìn)行螺栓連接，詳見(jiàn)圖3。

2.2.4管道沉放安裝管道沉放前應(yīng)根據(jù)實(shí)際尺寸將剛性支座環(huán)安裝在埋管上，剛性支座環(huán)上的螺栓孔應(yīng)全部開(kāi)好孔，橫梁與支座環(huán)螺栓連接的螺栓孔應(yīng)等鋼管定位結(jié)束后由潛水員在水下根據(jù)支座環(huán)上的螺栓孔開(kāi)啟，然后安裝螺栓。鋼管沉放工藝流程:起重船拋錨定位→管段拖航就位→起重船同步起吊→起重船調(diào)整位置→管段下沉→潛水員水下探摸→潛水員水下連接、安裝→水下檢查、檢測(cè)。每根管道長(zhǎng)度為40m，約重70t，鋼管上有4個(gè)吊點(diǎn)位于剛性環(huán)上，采用一艘220t的起重船進(jìn)行吊裝，在管道沉放至接近管頂位置時(shí)，停止下沉，派潛水員到管端進(jìn)行探摸，在管端位置間隙符合要求后，聽(tīng)從潛水員水下指揮慢慢沉放，直至管段接近著床，如圖4所示。

2.3取水頭安裝施工該工程共兩個(gè)取水頭，為鋼制蘑菇形，單個(gè)重約150t，構(gòu)件運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)碼頭進(jìn)行拼裝，然后吊駁上船再運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)水域由起重船進(jìn)行整體吊裝沉放，沉放前將水下混凝土澆筑用的鋼模框也一并焊接在取水頭上。將取水頭浮運(yùn)至沉放位置，采用220t起重船起吊進(jìn)水箱下沉，取水頭安裝時(shí)，在測(cè)量員的指揮下浮吊定位，將取水頭按測(cè)量方位定位于設(shè)計(jì)軸線(xiàn)位置開(kāi)始下沉，下沉至基槽后，潛水員下水觀(guān)測(cè)取水頭位置，浮吊在潛水員指揮下調(diào)整取水頭底座與基槽的相對(duì)位置，確保接口管位置和沉管位置相對(duì)應(yīng)。沉放完畢后必須進(jìn)行復(fù)核測(cè)量，符合設(shè)計(jì)要求后才能將取水頭與樁基固定連接。

3施工難點(diǎn)及處理方案

3.1頂管過(guò)程中遇到不明地下障礙物的預(yù)防措施在頂管過(guò)程中，可能會(huì)遇到地下不明障礙物，給施工帶來(lái)很大的困難。a.在頂管掘進(jìn)機(jī)的刀盤(pán)上增加硬質(zhì)合金刀頭，同時(shí)增加刀盤(pán)和刀頭上的不銹鋼堆焊材料，提高對(duì)障礙物的切削性能。b.對(duì)泥水平衡頂管機(jī)面板上的進(jìn)泥口的開(kāi)口度進(jìn)行了改進(jìn)，開(kāi)口改小，使得進(jìn)入泥水艙內(nèi)的障礙物不易發(fā)生堵管現(xiàn)象。障礙物始終在面板的前方被刀頭切削，直至破碎再進(jìn)入泥水艙。c.在頂管機(jī)的上方設(shè)置進(jìn)人孔，一旦出現(xiàn)木樁嵌入刀盤(pán)的開(kāi)口縫隙，造成進(jìn)泥口堵塞現(xiàn)象時(shí)，可以打開(kāi)進(jìn)人孔，借用工具清除木樁。

3.2地面沉降大，影響周邊環(huán)境安全的預(yù)防措施a.施工前對(duì)沿線(xiàn)的環(huán)境進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查，不留隱患。b.在管外壁建立性能優(yōu)良的完整觸變泥漿潤(rùn)滑套，減少管外壁背土引起的土體擾動(dòng)和地面沉降。

3.3頂管與埋管連接施工

3.3.1連接段管道長(zhǎng)度確定因該連接段管道是最后才進(jìn)行安裝的，故其管道長(zhǎng)度不宜按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行加工制作，必須待頂管工具頭切割完成后，由潛水員水下測(cè)量已沉放安裝好的埋管端部與頂管端部的實(shí)際距離后，再按照該長(zhǎng)度進(jìn)行連接段管道的加工制作。加工制作最后一段管道時(shí)，在水下實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，管道加工長(zhǎng)度應(yīng)至少減少200～300mm，即保證管道連接處每端至少有100～150mm的空隙，以確保該段管道能順利沉放到位，否則即便是按水下測(cè)量的實(shí)際距離加工的管道也無(wú)法安裝到位，因?yàn)樗掳惭b時(shí)容易一端卡住。

3.3.2兩端管頭標(biāo)高測(cè)量為確保該連接段管道安裝準(zhǔn)確無(wú)誤，同時(shí)便于哈夫連接接頭的安裝，在安裝前必須準(zhǔn)確測(cè)量出埋管段和頂管段管端的管頂標(biāo)高，以確認(rèn)兩端是否存在高差。一般情況下有一定高差，但不宜過(guò)大。如偏差較大，則需要相應(yīng)調(diào)整該段管道下兩道鋼橫梁的標(biāo)高，否則將無(wú)法完成管道及哈夫接頭的安裝。具體方法為:在測(cè)量出兩頭管道高差后確認(rèn)是否需要調(diào)整樁頂橫梁的高程，如確有必要?jiǎng)t進(jìn)行調(diào)整，如兩端標(biāo)高相差不大，總體推算后發(fā)現(xiàn)橫梁頂高程偏低，則采取在樁帽內(nèi)加設(shè)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墊的措施來(lái)加高橫梁標(biāo)高;如橫梁頂高程偏低，則必須對(duì)樁頂進(jìn)行切割破碎修整，將橫梁標(biāo)高降低后才能沉放管道。因此該段管道的樁基在施打時(shí)盡量不要過(guò)高，寧可低些采取調(diào)高橫梁的措施進(jìn)行修正。

3.4頂管穿越臨時(shí)圍堰大堤臨時(shí)大堤位于泵房前方60～70m的位置處(堤岸頂標(biāo)高為+7.5m，頂管穿越大堤時(shí)頂管中心標(biāo)高為－5.15m)，此時(shí)堤岸為主要施工道路，為防止頂管穿越時(shí)對(duì)堤岸造成破壞，影響總體施工，采取以下措施:a.圍堰段監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在長(zhǎng)江大堤上以?xún)身敼苤行南騼蓚?cè)各20m范圍內(nèi)，每7m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，堤頂共設(shè)置7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在圍堰堤腳處同樣平行設(shè)置7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。b.穿越圍堰時(shí)，降低推進(jìn)速度、推力，釋放正面土壓力，嚴(yán)格控制正面土壓力，將土壓力控制在盡可能小的范圍內(nèi)，保證出土量與頂進(jìn)量相匹配。同時(shí)盡量少做糾偏動(dòng)作。c.頂管機(jī)頂進(jìn)后，存在一定的后期沉降，及時(shí)補(bǔ)充失水的泥漿，支護(hù)土體，直至頂進(jìn)結(jié)束。補(bǔ)壓漿的位置和壓漿量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定。

3.5埋管段樁基施工在水上打樁施工時(shí)，因水下情況復(fù)雜，極可能遇到以下應(yīng)急情況:a.在打樁時(shí)，打樁船前后左右拋設(shè)至少6只錨纜，以盡量確保樁船的整體穩(wěn)定性，避免管樁在下樁入土后再有船體移動(dòng)導(dǎo)致樁位偏差。船上配備GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行精確定位并仔細(xì)復(fù)核，配合岸上全站儀復(fù)核樁位偏差，待兩者定位情況保持一致或最小偏差后再進(jìn)行下樁和插樁入土操作。b.樁位超過(guò)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范允許范圍，出現(xiàn)平面偏差。在樁施打完成后，先將鋼樁帽套在樁頂，然后將橫梁擱置在樁帽上，擱置時(shí)保證橫梁兩端距樁帽距離相同，然后由潛水員水下點(diǎn)焊固定樁帽和鋼橫梁，再吊出水面后將樁帽和鋼橫梁焊接成整體進(jìn)行沉放安裝，這樣可保證樁位在一組樁連線(xiàn)(與管道軸線(xiàn)垂直)方向偏位時(shí)橫梁的安裝定位準(zhǔn)確。若樁位在與管道軸線(xiàn)平行方向產(chǎn)生偏位超出允許值，則可能導(dǎo)致橫梁傾斜，各橫梁互不平行，可采取將樁帽向偏位相反的方向加大(或加寬)并加設(shè)肋板加固的方法，從而保證橫梁平行。如樁頂標(biāo)高低于設(shè)計(jì)高程(打樁時(shí)嚴(yán)格控制標(biāo)高，寧低勿高)，采取在樁帽內(nèi)部加設(shè)襯墊的方式進(jìn)行處理，即在鋼樁帽內(nèi)部樁帽頂板的下方加焊鋼結(jié)構(gòu)的肋板和鋼板，以抬高樁帽頂標(biāo)高。

3.6取水頭水下混凝土澆筑采用導(dǎo)管法澆筑:拖式混凝土泵及船舶進(jìn)行商品混凝土的駁運(yùn)，采用兩艘運(yùn)輸船舶進(jìn)行商品混凝土的運(yùn)輸，每艘船舶上事先加工制作好1個(gè)混凝土運(yùn)輸鋼箱，下部側(cè)面帶混凝土出料口和開(kāi)關(guān)。先由拖式混凝土泵車(chē)將商品混凝土灌注至鋼箱內(nèi)，然后再由運(yùn)輸船將鋼箱運(yùn)輸至取水頭澆筑混凝土處，采用工作船起吊鋼箱后澆筑混凝土，導(dǎo)管及料斗由水上工作船吊裝，潛水員水下定位至取水頭澆筑孔內(nèi)，如圖5所示。鋼筋籠吊裝采用兩臺(tái)25t汽車(chē)吊，起吊鋼筋籠時(shí)，先用主吊和副吊抬吊，將鋼筋籠水平吊起，然后升主吊、放副吊，將鋼筋籠凌空吊直。鋼筋籠入槽后卡住吊筋，為保證鋼筋籠吊裝安全，須合理設(shè)置起吊點(diǎn)。如果吊點(diǎn)位置布置不合理，鋼筋籠會(huì)產(chǎn)生較大的撓曲變形，使焊縫開(kāi)裂，整體結(jié)構(gòu)散架，無(wú)法起吊。因此，吊點(diǎn)位置的確定是吊裝過(guò)程的一個(gè)關(guān)鍵步驟，該工程采用六點(diǎn)吊法施工，橫向兩排，縱向三排。

3.6混凝土澆筑混凝土為現(xiàn)場(chǎng)HSZ120拌和站自生產(chǎn)混凝土，采用混凝土罐車(chē)運(yùn)送至澆筑槽段。槽內(nèi)下設(shè)導(dǎo)管，采用“泥漿下直升導(dǎo)管法”進(jìn)行混凝土澆筑施工。導(dǎo)管選用250mm快速接頭鋼導(dǎo)管，每節(jié)長(zhǎng)2.60m。導(dǎo)管底端距孔底0.30～0.50m，灌注過(guò)程中，要勤測(cè)量混凝土面上升高度，控制導(dǎo)管埋深在2～6m之間，灌注過(guò)程要連續(xù)進(jìn)行，中斷時(shí)間不得超過(guò)30min，灌到墻頂超灌0.50m。澆筑過(guò)程中一旦發(fā)生堵管，可利用吊車(chē)上下反復(fù)提升導(dǎo)管進(jìn)行抖動(dòng)，疏通導(dǎo)管，如果無(wú)效，可在導(dǎo)管埋深允許的高度下提升導(dǎo)管，利用混凝土的壓力差，降低混凝土的流出阻力，達(dá)到疏通導(dǎo)管的目的。當(dāng)各種方法無(wú)效時(shí)，可考慮重新下設(shè)另一套導(dǎo)管，新下設(shè)的導(dǎo)管底部應(yīng)完全插入混凝土面以下，然后用小抽筒將導(dǎo)管內(nèi)的泥漿抽吸干凈，方可繼續(xù)進(jìn)行混凝土的澆筑。

4結(jié)語(yǔ)

該工程工期緊、軸線(xiàn)長(zhǎng)、地質(zhì)條件復(fù)雜，通過(guò)采取有效的措施成功地解決了動(dòng)水條件下，深厚沙礫石覆蓋層的造孔成槽、漂石及膠結(jié)巖層的造孔、長(zhǎng)軸線(xiàn)鋼筋籠快速加工及下設(shè)等問(wèn)題。通過(guò)該項(xiàng)目施工，得出如下結(jié)論:a.對(duì)于深厚沙礫石覆蓋層、高地下水位情況下的防滲墻成槽施工，在成槽施工前進(jìn)行預(yù)灌水泥黏土濃漿可有效地加固沙礫石層，大大降低槽孔坍塌風(fēng)險(xiǎn);在漿液中添加正電膠制拌成的正電膠漿液可大大改善泥漿性能，護(hù)壁效果較好，有效地保證了槽壁的穩(wěn)定性。b.針對(duì)成槽過(guò)程中出現(xiàn)的大塊漂石及普遍存在的膠結(jié)巖層，利用鉆機(jī)沖打?qū)Э祝ザ讽樦鴮?dǎo)孔抓取成槽，施工工效高。c.對(duì)于長(zhǎng)軸線(xiàn)條件下的鋼筋籠吊運(yùn)和下設(shè)，可在軸線(xiàn)中心位置附近設(shè)置一個(gè)鋼筋集中下料區(qū)，在槽孔附近設(shè)置移動(dòng)式鋼筋籠制作加工平臺(tái)，施工效率高，并且有效地保證了鋼筋籠下設(shè)的安全。d.同一項(xiàng)目不同厚度的防滲墻，可通過(guò)將某一直徑的接頭管進(jìn)行改制進(jìn)而滿(mǎn)足兩種不同厚度的防滲墻施工。該工程通過(guò)對(duì)直徑為0.60m的接頭管兩側(cè)各幫焊一根0.10m的鋼管，而分別形成了0.60m和0.80m寬的兩個(gè)截面，能同時(shí)滿(mǎn)足0.60m厚和0.80m厚的防滲墻施工，不僅節(jié)約了成本而且提高了施工效率。

參考文獻(xiàn)

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作者：張國(guó)平 單位：上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司