新闻：焦作市沉管隧道清理淤泥公司资质高水下大型取水管道施工技术
浅析水下大型取水管道施工技术摘要：结合太仓市应急水源地工程取水工程施工,本文着重介绍 了水下大型沉管、取水头施工方法、施工工艺及分段管道接头连接 工艺等。 关键词：大口径取水管道 水下沉管 取水头 中图分类号：tu753 文献标识码： 为满足城市中远期原水需求，太仓市在浏河口新建应急水源地。近年水工业有一个非常值得注意的技术进步是 海水淡化。随着反渗透膜技术等新技术的发展已经使得海水淡化的成本大大降低，目前成本已经接近使用地下水或井水的成本。采用海水淡化来解决水资源缺乏。现在已经不再是少数海湾地区富国不得已的选择，全世界很多***认识到海水淡化已经是经济性合理的产业，开始大量投资建设海水淡化工程 。我国大规模的海水淡化工程也已经起步，预计将对我国很多严重缺乏淡水的沿海地区发挥十分重大的作用。海水淡化产业的发展需要大口径的塑料管材抽提和排放海水，这将为塑料管材特别是 HDPE 管材的发展提供了重要的契机。 水源地面积约220 万m2，总容积为1742 万m3。水源地主要 建构筑物包含新建围堤、取输水泵站和进出水管线及取水头。本文 着重以水源地取水管施工工艺进行阐述。
新闻：焦作市沉管隧道清理淤泥公司资质高水源地取水管***设计流量为40m3/s，采用2根大口径钢管 （内径3600mm,壁厚18mm，外壁设加强环）从长江中取水,均采取 水下沉管施工方法，自水源地新建围堤至长江中取水头部之间的管 道分别长达1700.698m(1#管线)和1675.698m(2#管线)。国际上已经有很多成功利用塑料管道做排海工程的实例。最近一个著名的实例是前文提到的 法国蒙彼利埃市 Montpellier 排海工程：蒙彼利埃市是法国南部地中海边的文化和旅游名城， 2000 年起扩建其污水处理厂，其中排海工程是建设一条直径 1600 毫米， 陆上 9 公里海中 11 公里的 排放管道。参加竞争的有钢管，***管，玻璃钢管和 PE 管。最后是 Pipelife 公司的 PE 管在 2002 年 9 月中标。采用的管材是直径 1600 毫米， SDR26 （ PN6.3 ）的 PE100 管。管材在由 Pipelife 公司在挪威的工厂生产，材料用的北欧化工的 Borstar? HE3490-LS 。 每根挤出管材 550 米长，总共 20 根，在海面上分 4 批经过北海，大西洋，拖运到地中海边的工地。 PE 管采用管端对接焊，然后用专门设计的玻璃钢连接件把管道连接起来。在 PE 管外套上既起压重作用又起保护作用的***管段以后，逐步铺入在海底开挖的 2 米深管沟。管道最末端的排放扩散口在水深 30 米处。管道上再铺上***保护板。全部工程在 2004 年 1 月完成。 两根管道 轴线间距6.0m,管道中心高程-5.0m~-12.0m，采用φ 609mm 的钢管 桩基础，钢管桩单根长30m，桩顶架设桩帽、横梁和管座，管道通 过管箍安装固定于管座上。桩帽和横梁焊接连接，桩帽和桩、横梁 和管座、管箍和横梁之间均采取水下螺栓连接固定。通过多年的研究和实践，已经证明了所谓柔韧性水中管道原理。即在水中铺设管道工程中采用在非常外力出现（包括海底地形变动）时有可能适度活动和变形的管道（ possible movability of the pipeline ），就可以不必用高安全系数；有可能直接铺在海底上（常常无需挖沟填埋，随着水底地形变动），还可以只用较轻的压载。 管道分段长度 最长40m/段，分段管道之间采取水下哈夫连接方式。水源地长江取 水管道详见图1、图2。
新闻：焦作市沉管隧道清理淤泥公司资质高本工程管道敷设于长江河床下，因此必须先水下开挖管道沟槽，才能进行桩基及管道安装施工，根据原河床现状高程及管道敷设深度，其开挖深度约6m 左右。漂浮 - 下沉法最通常使用的是 HDPE 实壁管的漂浮 - 下沉法。众所周知，高密度聚乙烯 HDPE 的比重小于 1 ，在管道充满水后仍然有浮力。所以水中铺设塑料管道必须加上压重才能使其能够稳定地座在要求的水底位置上。（通常采用的压重方法是在管道上隔一定间距固定上***压重块。）通过大量实践证明：通常在的离岸近的海洋条件下，压重一般不需要超过管道排水量的 65% ，大多数情况下相当排水量 25 到 50% 的压重就足够了。所以管道在充满空气时即使已经加上压重块也可以浮在水面上。因此充满空气的塑料管道可以带着压重块先利用水面上漂送到铺设位置，然后通过灌水沉到水底位置。这样就可以尽量避免水底作业。该方法的施工过程是（后文有解释）： 管沟开挖采用2 艘4m3 链条式式抓斗 挖泥船，采用4 艘150m3 开底泥驳运输、抛卸土方。 根据两管中心间距，新闻：萍乡市水下燃气管道安装公司技术好两根管道沟槽一起开挖，开挖底宽为12m，边坡1:4。分两次进行开挖，首次次先将两根管道沟槽开挖至管底设 计高程，第二次再精确定位每组钢管排架桩位置，将6 根钢管桩范 围约10m14m 再挖深1.5m 左右，水中铺设塑料管道的材料主要是聚烯烃（高密度聚乙烯 HDPE ，中密度聚乙烯 MDPE 和聚丙烯 PP ）。聚烯烃材料很高的应变能力，结合其应力松弛能力 (stress relaxation ability) ，为水中管道的新型设计原理创造了条件。在 Lars-Eric Janson 著‘供水和排污塑料管道' Plastics Pipes for Water Supply and Sewage Disposal 一书中有两个研究实例：一个实例是数字模拟一条Φ 1,600 mm HDPE PN 4 管道对超过设计波浪负载的反应。在超过设计一倍的波浪负载下管道的某一部分在波浪到达 8 秒后往一边偏移超过 1m ，但是在 20 秒后几乎回到原来的位置，可以保证偏移量处在许可范围内。另外一个实例是调查澳大利亚 Latrobe 一条 1990 年直接铺设在当时海底的水中管道。发现海底有剧烈的沙石冲刷不稳定，每年变化约± 2 米。但是塑料管道仍然一直在成功地运行。 以便于钢管桩施打及桩帽、横梁 安装（因桩帽、横梁和管座比管底低1.0m 左右，且尚需潜水员水 下安装所需的工作面）。
开挖前，在管道沿线设置水位观测尺，便于挖泥船结合水位复核开挖深度。 挖泥船水下开挖测量定位采用gps定位系统，因此船机设备上需 配备相应测量设备和计算机软件，排放管道和取水管道用塑料管道全世界的人口大部分都居住在沿海地区，过去习惯于把污水不加处理直接排入海中。随着社会的进步和发展，污水对于海洋的污染日益显著，特别是对于 港口、河口、半封闭海湾，以及大中城市毗临的 近岸水域的 污染可能达到十分严重的程度，直接危害渔业、养殖业、旅游业和附近居民的***和安全。 由技术人员将本工程平面图输入计算机，并根据坐标系统输入管道起始位置坐标等相关参数。新闻：集安市沉管法施工公司诚信单位这样 船机设备上的gps 定位系统和软件就可以很直观的将船舶位置和沟 槽位置显示在电脑屏幕上，施工精度大大提高。中运河输水管线沉管工程关系到整个骆马湖水源地原水管线工程的成败，是全线80余公里原水管线实现全面贯通的至关重要的控制点。骆马湖水源地建设处负责人于孝民说，跨中运河输水管线工程主要分为地下土层中顶管施工和水上水下沉管施工，其难度和风险***的就是过中运河的沉管施工。 挖泥时，要勤测轴线、要勤测水深，防止偏位和超挖或欠挖。以水***和测深仪控制开挖底标高，对偏位的要及时纠正，对欠挖的地 方要及时进行补挖。 桩基采用水上打桩船进行施打，桩架高度根据桩长和施工工艺等进行选择。
新闻：焦作市沉管隧道清理淤泥公司资质高本工程管道下支撑桩桩长30m，为精确控制桩顶标高，采用将工程桩接长至施工水位以上然后再水下割桩至设计标高的工艺。因此根 据桩长、桩顶高程、施工期水位，本工程打桩的桩长在40m~42m 右，因此选择桩架高度为46m的打桩船。钢管桩向有资质的生产厂 家***，选用螺旋埋弧焊钢管，加工长度40~42m，由船运输至施工 现场。新闻：新疆市沉管施工船机设备公司高品牌 定位）稳桩、下桩锤击沉桩到位停锤测量桩顶标高（做好记录）移船吊桩打下一根桩。
一组排架钢管桩施打完成后，根据测量记录的桩顶标高和设计桩顶标高计算每根出水的钢管桩的割桩长度，然后再用特制的钢套环 从桩顶套入桩外壁，水下沉管***沉？先给水管灌满水，再放下去“沉管将分三次完成，首次下沉的管道长度是739米。我们看到的在河面上管道两端已经被封闭，正在向管内灌水，全部注满后才能向水里沉放。”于孝民告诉记者，仅这段739米的管道，全部注满水需要2000多吨，将耗时4个多小时。管道下沉正是通过向管内注水增加下沉动力进行的，达到平稳下沉。而从开始注水至管内充满水是最危险的时期，一旦注水不均匀或下沉速度不一，很容易引起整根管道倾覆，后果不堪设想。 钢套环底部与桩顶之间的距离应与割桩长度一 致，然后再由潜水员水下沿钢套环底部将钢桩割除，这样留置于水 下的钢管桩桩顶标高即为设计标高。我国实际应用在水中铺设输水的塑料管道还刚起步，目前只有不多的应用实例。例如：临海市伟星新型建材有限公司于 2003 年 9 月率先在舟山市岱山县长涂镇的跨海输水工程中试用了水中铺设的 HDPE 管道。该管道从大长涂岛至小长涂岛，跨海 2100 米，水深 20 米，直径 DN250mm ，压力等级 PN10 ，材质为 PE80 。工程运行至今已有两年时间，运行状态良好，充分显示了塑料管道的优越性。长涂镇过去跨海输水曾经采用防腐钢管，施工难，抗腐差，一般一年左右即会腐蚀穿孔，七年来更换了十根管。此外，伟星公司先后在舟山地区、三门县等众多海岛区域承接跨海工程十余个。又如： 浙江枫叶集团 2001年7月完成了诸暨至店口给水管道的水下过江工程。穿越的浦阳江宽 300 米，水深 3-6 米。工程全线采用DN 630、SDR26 聚乙烯管道。管道在河岸上焊接，试压合格后安装钢筋***压重块，整体下水后沉入江底预先开挖的沟槽内再回填。此外江苏星河集团等企业也先后完成过水中铺设 输水管道的工程。 采用此种方法控制桩顶标高精 度较高，施工偏差减小。
新闻：焦作市沉管隧道清理淤泥公司资质高水下管道沟槽开挖及桩基施工完成后，在管道安装之前须先水下安装好桩顶的钢支架构件，主要包括桩帽、钢横梁；管座和管箍构 件须安装在待沉放安装的管道上，然后再沉放安装管道。 桩帽和横梁钢结构件采取在工厂内加工制作及防腐，然后船运至施工现场，由潜水员和安装船配合水下安装的方法。
本工程一个排架由3根桩组成，钢支架由3 个桩帽和一根横梁组 成，横梁和桩帽采取焊接成整体后再水下安装的方法，因水上打桩 施工不可避免会产生一定的偏位，故三个桩帽和横梁不能一次焊接 成整体，需分两次焊接。在海底铺设输送石油和天然气管道的工程，这其中又包括海上定位、铺设管道及开沟等项作业。海上定位指导铺管船沿着路由方向移动和确定在海域中施工船队位置的作业。海上定位的方法是在岸上设置两座以上已知其经纬度的定向电台，定向电台发射微波定向信号。作业船上安装有无线电定向仪，可以精确地测定船与岸上各电台间的夹角，从而准确地测出船所在的位置。在近海作业时可以用微波发射信号；在远海作业时一般用200米的无线电长波发射信号。这两种方法均能达到铺管作业定位所需要的精度。 桩帽、横梁安装步骤如下： 首先由潜水员利用特制的工具水下精确测量排架桩的两根边桩的间距，然后根据测量记录将两侧的桩帽先焊接在横梁的底部两端， 焊接时应考虑桩帽和桩套接时的间隙。 将两端焊好桩帽的横梁吊放至水中，把桩帽套入排架桩的两根边桩内，由潜水员水下根据中间桩的位置在横梁底部做好标记。为了使沉降过程从近岸端逐步向外进展，要在从近岸端灌水前先把漂浮的管道近岸一小段吊出水面抬高，使灌溉入的水先充满近岸一段管道，形成一个水袋。这段管道充满水下沉后随着水的灌入，再逐步把前方的管道充满下沉。同时，管道的最外端要用盲板密闭，在盲板上装备上阀门，用阀门控制管道内空气的排出速度。 然后 再将横梁吊出水面后，按标记位置将中间桩帽准确焊接在横梁底 部，这样就可保证3 个横梁底部的桩帽均是按水下实际桩间距烧焊 在横梁上的，可精确套入桩顶。由于国内在此领域应用塑料管道总体上还处在刚起步阶段，这个领域的用户大多也还不太知道采用塑料管道能够带来的经济效益和社会效益。为了帮助我国塑料管道业开拓这个新市场领域，北京塑料工业协会正在通过调查研究，收集、翻译和编写了有关水中铺设塑料管道的市场信息和技术资料。希望能够为推动塑料管道在水中铺设的应用做一些贡献。 个桩帽都焊接好的横梁吊放至水中，新闻：梅河口市水下管线铺设公司守信单位由潜水员水下定位桩帽套入桩顶。然后再根据桩帽上预留的螺栓孔在钢管桩的相应位置水下切割穿孔，并将螺栓穿入后紧固螺帽将桩帽和桩固定在一起。
新闻：焦作市沉管隧道清理淤泥公司资质高管座、管箍钢结构件同横梁、桩帽一样也采取在工厂内加工制作及防腐，船运至施工现场。 管座和管箍先固定于待沉放安装的管道上，新闻：清远市过河光缆铺设公司价格咨询根据水下已安装好的横梁，由潜水员水下测量两根横梁间的实际间距，然后再根据横梁 间距将管座和管箍安装固定于待沉放安装的管道上。这里很简单地介绍水中铺设塑料管道的设计计算。（详细的资料可以查看美国塑料管道协会 PPI ，美国石油组织 API 和 KWH ， PIPELIFE 等企业发表的有关文献和规范）。水中铺设塑料管道的设计计算是比较复杂和特殊的。主要原因是水下的环境条件复杂和特殊，例如水流的作用力，波浪的作用力。此外水中管道在铺设过程中承受的负载和铺设后承受的负载是不同的，例如在采用漂浮 - 下沉法铺设时管道可能要承受较大的弯曲度，因此还需要专门进行沉降过程的设计计算。国际上通过近 50 年的研究和实践，目前水中铺设塑料管道的设计计算已经形成一套完全体系。我们可以充分利用这些经过实践验证的成熟经验。水中铺设塑料管道的设计计算包括：水力的设计计算 — 根据工程要求的流量等条件确定需要的管道通径等；设计计算的方法和通常的 HDPE 管道是类似的。 本工程取水管道为内径3600，壁厚18mm的钢管，外壁设槽钢加强 环，分段长度最长为40m/段，均采取在钢管厂家加工制作及防腐后， 由船运至施工现场，单根管道（40m 长）重约60 采用1艘150 吨水上起重船进行分段管道的沉放安装。漂浮 - 下沉法最通常使用的是 HDPE 实壁管的漂浮 - 下沉法。众所周知，高密度聚乙烯 HDPE 的比重小于 1 ，在管道充满水后仍然有浮力。所以水中铺设塑料管道必须加上压重才能使其能够稳定地座在要求的水底位置上。（通常采用的压重方法是在管道上隔一定间距固定上***压重块。）通过大量实践证明：通常在的离岸近的海洋条件下，压重一般不需要超过管道排水量的 65% ，大多数情况下相当排水量 25 到 50% 的压重就足够了。所以管道在充满空气时即使已经加上压重块也可以浮在水面上。因此充满空气的塑料管道可以带着压重块先利用水面上漂送到铺设位置，然后通过灌水沉到水底位置。这样就可以尽量避免水底作业。该方法的施工过程是（后文有解释）： 管道沉放 安装前，除按水下实际横梁间距在管道上预装好管座和管箍外，还 需在管道端部事先安装好哈夫接头的橡胶圈，橡胶圈套入管端并固 定好。管道安装断面图见图4，沉放安装示意图见图5。
新闻：焦作市沉管隧道清理淤泥公司资质高本工程取水管道分段管道之间连接采用钢制哈夫接头形式。哈夫为半合对抱结构，分为上下两片，上下两片哈夫采用螺栓水下紧固 安装方法。哈夫与管道之间通过橡胶圈压紧来保证紧密性，上下两 片哈夫对接螺栓紧固处也设有橡胶垫板。 哈夫接头安装在两根管道沉放安装完成，并完成管座和横梁的水下螺栓固定后才能进行施工。其安装步骤如下： ①铺管船铺设 这是最为常用的方法。作业过程是将管子经陆上预制厂加上水泥加重层后，用船运到铺管船上，将管子逐段***焊接，焊好的管段在铺管船向前移动时，从船尾部的托管架上滑入海中。整个铺管作业的过程中，管段下滑的长度必须与船的位移量同步，同时，铺管船必须处于较稳定的状态。为此，在铺管船的前后左右布置有4～6个船锚，调节锚缆的松紧可稳定船只；调节锚缆的长短可移动船位。管段自托管架的尾部滑向海底时，悬吊在海水中形成一个由上拱弯转为下弯曲的S形，使管段受到复杂的弯曲应力的作用。因此船上有能力足够的张力机夹住管段，使之不能自由滑动，并且使管段下滑同船的位移距离一致。 这种方法最早出现在上世纪50年代，开发浅海区油气田时，多采用人工开出一条能通行浅水船的河道，并在一种用浮箱拼装而成的铺管驳船上，把管子***起来，当驳船向后移动时，焊接好的管段即滑入水中。这种铺管驳船逐步发展成为大型铺管船。1956年，首次艘较大型的铺管船投入使用。1979年半潜式“卡斯特罗”号铺管船，在建设由非洲阿尔及利亚经突尼斯穿过突尼斯海峡通向欧洲意大利的输气管道时，成功地在608米深的海域中铺设了500毫米管径的管道。 在一根管道安装完成，第二根管道下水安装前，须先将该两根管道接头哈夫的下半片放至已安装管道一端的下方，避免两根管道均 安装完成后再在管道下部塞入下半片哈夫。 新闻：清远市过河光缆铺设公司价格咨询待两根管道均安装到位，再将上半片哈夫安装在管道接头上部，下半片哈夫则通过钢丝绳提升至管底，然后再进行上、下两片哈夫 的对接紧固。水中输送用塑料管道输送水或者天然气的管道（有压管道）常常需要穿过江河湖海各种水域。传统的管道在穿越水域时通常需要投资巨大，施工费时的工程。采用塑料管道就可能通过水中铺设方法把管道直接铺设在水底海床（或河床）上（或者水底沟槽内）。水中铺设输送塑料管道的设计与施工和水中铺设排海工程管道类似。 上、下两半片哈夫对接先在钢丝绳收紧的状态下，由潜水员水下将两侧螺栓连接处的两端各安装两个长螺栓，以先将哈夫初步固 定，然后再逐步收紧钢丝绳和四个长螺栓，然后再分别对称安装中 间的螺栓，直至中间螺栓均安装紧固完成后，再将两侧四个长螺栓 替换成设计规定长度的螺栓。发达***通常以污水集中处理作为控制污染的主要手段，大量建设二级（以至三级）污水处理厂。这种措施确实有效，但是建设二级污水处理厂需要巨额的基建投资和高昂的运行管理费用（高能耗）。因此近年越来越多近海地区采取污水一级处理和排海工程结合的办法。实践证明这种方法可以达到保证环境的要求而大量节约投资和运行费用（ 1/3 ～ 1/2 ），而且减少占地。 本工程长江取水头共2个，为钢制蘑菇型取水头，单个重约120 吨。取水头安装后其顶面标高为-2.0m，两个取水头中心间距为 42.8m，取水头与取水管道之间同样采用哈夫接头连接方式。每个 取水头下部设9 60916钢管桩基础支撑，钢管桩长50m。排放管道在水中的排出端需要安置扩散器。扩散器的用途是使排放的污水能均匀又迅速地被海洋中的水流分散和稀释。最简单的扩散器是一段钻孔的管道，为了防止堵塞，孔径不能小于5cm 。为了防止磨损，孔口处的排放速度不超过 4-6 m/s[。有些场合需要比较复杂的扩散器，例如带有垂直立管的 扩散器，通常用 HDPE 管道焊接而成。这种扩散器可以埋入水底 仅把立管露出来，适用于有严重淤积活动的地方[3] 。取水管道在水中的进水端需要安置取水口装置，如挡鱼网、冰屑档板等。 取水头制作选择在加工厂内完成半成品构件的制作和防腐，由船运输至施工水域附近岸边的制作场地上进行整体拼装、焊接和防腐 修补，然后再采用水上起重船将取水头吊驳至驳船上拖运至施工现 场水域进行沉放安装。
取水头的过驳、吊装采用1艘150 吨的起重船进行水下沉放安装， 取水头最终沉放至下部桩基础顶部的桩帽平台支架上，由潜水员水 下探摸配合定位情况。沉降过程是漂浮 - 下沉法中最关键的工序，必须周密计划和严格控制。要求管道的沉降从近岸端逐步向外进展，让管道能够顺着水下地形躺到水底，避免发生‘架桥'。同时保证管道沉降时的弯曲半径始终不小于限制值，避免因为过度弯曲造成管壁中应变过大或压屈失稳。 然后由潜水员水下安装桩帽顶板和取水头底 座间的连接螺栓。 水下管道铺设安装一般在沿江、沿河、沿海地区的自来水厂取水工程、发电厂和污水处理厂的取、排水工程中较为常见，且取水工 程在管道端部均设有取水头。经过多年的发展，公司已经取得水下作业机构三级资质，水利水电建设三级资质，建筑防水工程三级资质。公司现有固定资产2700多万元，设12个施工工程队，专业潜水员62人，技术人员35人，全体职工320人。水下作业队伍大多由退役海军潜水员组成，大部分人员参加过***重点工程项目施工，如秦山核电站二期取水管道建设、马当阻塞线清理、长江口截流整治工程等。 其大部分管线安装均位于水下，因此 均为水上、水下施工作业，需依靠大型船舶设备、潜水员和专业施 工人员精心组织施工，才能保证工程质量和施工作业安全。 施工过程中，应选择合理的施工方案和工艺，取水管道、取水头和水下钢结构件受现场条件制约宜在工厂内、施工现场水域附近岸边空地、码头上加工制作和防腐，水中铺设塑料管道的材料主要是聚烯烃（高密度聚乙烯 HDPE ，中密度聚乙烯 MDPE 和聚丙烯 PP ）。聚烯烃材料很高的应变能力，结合其应力松弛能力 (stress relaxation ability) ，为水中管道的新型设计原理创造了条件。在 Lars-Eric Janson 著‘供水和排污塑料管道' Plastics Pipes for Water Supply and Sewage Disposal 一书中有两个研究实例：一个实例是数字模拟一条Φ 1,600 mm HDPE PN 4 管道对超过设计波浪负载的反应。在超过设计一倍的波浪负载下管道的某一部分在波浪到达 8 秒后往一边偏移超过 1m ，但是在 20 秒后几乎回到原来的位置，可以保证偏移量处在许可范围内。另外一个实例是调查澳大利亚 Latrobe 一条 1990 年直接铺设在当时海底的水中管道。发现海底有剧烈的沙石冲刷不稳定，每年变化约± 2 米。但是塑料管道仍然一直在成功地运行。 尤其是高、大、重的大型管道和 构件，以方便制作完成后过驳至驳船或吊入水中拖运至施工现场进 行沉放安装。
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