取水工程水下施工工藝研究

蔡維松

摘 要：本文以合肥第七水廠原水泵站取水工程為背景，分別對水下基坑開挖、鋼管安裝、取水頭部砼結構沉放等關鍵工序和工藝進行探討和工程實踐。結果表明，本文探討的工藝合理、可行，可為今后同類型工程提供參考和指導。

關鍵詞：取水頭部 水下施工 施工工藝

中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（c）-0043-01

1 工程背景

合肥第七水廠原水泵站位于合肥市蜀山區(qū)科學島路東側，施工水域的正常蓄水位為28 m，歷史最低水位為21.5 m，取水頭部頂部高程為24.5 m，比歷史最低水位高3 m，頭部進水管中心高程為18.00 m，取水泵房進水管中心高程為23.00 m。因取水部位水位較深，取水頭部及進水管道采用岸上制作、水上沉放、水下安裝的施工工藝。取水頭部為預制鋼筋砼結構，外形為長方形，長7.7 m、寬4 m、高7.55 m。進水管為兩根DN1400的鋼管，壁厚16 mm，進水管單線總長877 m，水下施工部分單線長為692.47×2 m。

2 施工流程

2.1 取水頭部開挖安裝施工流程

取水頭部基坑開挖→基坑整平碎石墊層→頭部浮運→頭部精確定位下沉安裝→頭部四周砼澆筑→取水頭部拋石穩(wěn)固→頭部格柵閘板安裝。

2.2 管道開挖安裝施工流程

管槽開挖整平→管槽碎石墊層→管道焊接拼裝→管道浮運定位→管道灌水下沉→管道水下連接→管槽回填→管槽沿線拋石整平。

3 水下溝（管）槽開挖施工工藝

管槽開挖前，采用全站儀岸邊測量軸線法，利用交通船每隔50 m設置浮標顯示開挖邊線，并在岸邊設置水面標尺一把，顯示水面標高，使用測繩控制開挖深度、寬度。

開挖期間，指定專人利用GPS測量觀測開挖寬度及浮標位置是否準確，派遣經驗豐富的技術人員，在開挖船上進行作業(yè)指導和驗收開挖深度及開挖寬度。

施工中工作船通過兩端浮漂開挖定位，利用工作船上的三個導向轉揚機調節(jié)工作船的船頭方向以及軸線位置。

管槽開挖采用依次開挖，按“之”字型路線進行，開挖過程中應精心施工，勤測量，勤復核。溝槽挖好后，應測量槽底高程和溝槽橫斷面，測量間距按水下可視度控制，對不符合施工質量的按“往復開挖法”進行操作，保質保量地完成溝槽開挖施工。

溝槽開挖的棄土由各運泥船運至順風方向100 m以上距離，盡量降低溝槽成型后回淤比例。

溝槽開挖后，對溝槽底部進行水下平整，保證水下溝槽的深度、平整度達到設計要求。溝槽平整完成后拋碎石墊層，再由潛水員水下找平，使管道在庫床受力更趨合理，找平墊層碎石粒徑為20～40 mm。

4 管道沉放及水下連接施工工藝

進水管道在岸上拼裝焊接、防腐合格后，利用加工臺上鋼軌人工推滑至水庫里，在管道入水前應將兩端管口用堵板封堵，管道浮運工作由機動艇完成。

管道浮運至管道軸線前，將工作船拋錨固定在軸線一邊1 m左右位置，長邊與管道軸線平行，然后將浮運過來的管道慢慢靠近吊裝船邊，先將吊裝船吊鉤系掛在管道吊耳上，再同時松開管道兩邊盲板引水進管，直到管道灌水的重量等于浮力即處于“失重”狀態(tài)時，管道開始慢慢下沉，此時通過GPS測量儀器測量，及時調整管道中心線使之符合設計要求，由于每根管材重約27 t，利用GPS測量儀器控制好軸線后，緩慢下沉鋼管，待沉管到位后，再利用測尺防止管道中心線偏移，利用GPS測量儀器復測，保證管材偏離不超過20 mm，超過20 mm則重新起吊糾偏，直至管材到位，然后由潛水員在水下管道兩邊用石塊進行穩(wěn)固，防止管道跑偏，最后將吊鉤從鋼管吊耳上摘除。

管道水下連接采用哈夫接頭、法蘭接頭交錯連接。管道沉放就位后，水面上將吊裝船中心軸線與管道中心軸線重合，起吊鋼管慢慢挪動管道與前根鋼管對接，然后由潛水員安裝哈夫接頭（或法蘭接頭）并緊固螺栓，完成管道對接。

5 取水頭部基坑平整及水下墊層施工工藝

取水頭部基坑形成之后，應對其底部及邊坡進行水下修坡及平整，基坑整平完成后，由浮船裝運石料抵達施工面，在水面測設浮標控制線，由挖機船（反鏟式挖泥船）投料，邊投邊測量，拋填剩30公分左右時，利用挖機稍做整平，然后由潛水員在水下利用DN80鋼管鋪設取水頭部樣架，鋼管采用石袋固定，之后利用浮漂定位，采用測繩控制標高，待樣架完成后，人工拋碎石回填至上部30公分。最后潛水員利用刮尺（長7 m10a工字鋼）將基底再次精平，達到設計要求的標高，從而完成整個基坑的鋪墊工作。

6 取水頭部浮運安裝施工工藝

取水頭部預制位置靠近岸邊，位于原水管道軸線上，通過吊裝浮運至設計位置，然后吊裝下沉就位。

根據(jù)取水頭部的自量，及其排水體積，采用四根DN1400×48 m鋼管進行取水頭部的起吊、浮運安裝。

吊裝前應將取水頭部四周及內部用紅油漆畫上刻度，刻度精確至5 cm，然后在取水頭部四周打入鋼管錨樁，利用繩子將取水頭部四角固定于錨樁之上。采用挖機在預制坑上口挖出進水槽，往基坑內注水。當水面上升至2 m標高時，將進水槽縮小，緩慢注水，嚴密觀測取水頭部是否因浮力上升，若由于底部油氈吸引力底部形成真空狀態(tài)，水無法滲入，取水頭部不能浮起時利用挖機緩慢輕推取水頭部，使水滲入取水頭部底部，使取水頭部浮起，再將進水槽堵死。

打開事前準備好的兩臺水泵，同時往取水頭部兩個部分注水，讓頭部回沉。待取水頭部沉穩(wěn)后，利用挖掘機挖出吊裝通道，其通道基底標高與基坑標高相同。然后將吊裝架浮運船套入取水頭部，掛好倒鏈起吊取水頭部，然后采用拖船浮運取水頭部至安放水域，做好下沉的準備工作。

采用V30 GNSS RTK系統(tǒng)測量設備精確定位取水頭部坐標，浮運船拋錨微調，將取水頭部完全就位之后，潛水員進入取水頭部內底部，打開四個DN50球閥，讓水從底部進入，使整個取水頭部形成連通器，然后松開倒鏈使取水頭部緩慢下沉，下沉過程中邊落邊沉，及時糾正偏差，使取水頭部按設計要求準確落放至基坑墊層。

落位后派潛水員下水檢查落位情況，并及時反饋給指揮人員進行調整，直到滿足設計要求。

進水鋼格柵、蓋板最后由工作船起吊，潛水員水下安裝完成。

取水頭部四周拋填塊石，組織石料和浮船運抵制施工水域進行拋填，潛水員水下清理。

7 結論

實踐證明采用基坑水下開挖，取水頭部及管道岸上制作、水上浮運沉放、水下安裝的施工工藝是一種因地制宜行之有效的工藝。改變了水中施工需要進行圍堰的傳統(tǒng)工藝，由此加快了施工進度，降低了施工難度，節(jié)約了施工成本。

參考文獻

[1] GB 50141-2008，給水排水構筑物施工及驗收規(guī)范[S].

[2] 王壽華，王賢光，等.建筑施工手冊[M].中國建筑工業(yè)出版社，2003.endprint