中铁九局集团第四工程有限公司 辽宁沈阳
摘要：根据管道漂浮的原理及特点，将其应用在昆明市兰花沟、弥勒寺大沟系统雨污合流水转输调度工程中，成功管道水中铺设的运输问题。
关键词：长距离；管道；漂浮；
1引言
地下水位高、地下水丰富、河流密集的地区和城市，建造大型室外给排水工程中，过河段通常采用钢制管道。常规的施工工艺为围堰、抽水、排水、开槽、清底、下管、拆除围堰。这样施工难度大、作业空间小、施工周期长、成本费用高、质量不宜控制、安全性差。漂浮式工法可以施工速度快，成本低，文明环保，在很多室外需要在水中安装管道的工程中应用。我项目部承建的昆明市兰花沟、弥勒寺大沟系统雨污合流水转输调度工程，需要在昆明市船房河内安装长度为5000米的排水钢管，本工程采用深水长距离漂浮式施工工法，缩短了施工工期，同时解决了无法提供施工场地的问题。施工完成后在环保、进度、质量等方面获得业主、监理方面的肯定。经总结现场施工经验，形成本工法。
2 工程概况
昆明市兰花沟、弥勒寺大沟系统雨污合流水转输调度工程为主城老旧排水管网改造及泵站建设工程-新河湾配套兰花沟、弥勒寺大沟河流水外排管道工程近期应急段，主要目的在于新河湾泵站、兰花沟、弥勒寺大沟合流水外排管道未建设完成之前，将雨季兰花沟溢流至船房河的河流水外排至已建蓝藻收集箱涵，减少对草海水质的影响。远期待新河湾泵站、兰花沟、弥勒寺大沟合流水外排管道建设完成之前，该管道可以配合新河湾泵站做为船房河外排水的通道。
昆明市船房河雨污分流工程沿现状船房河西岸边采用明敷新建外排管道，管道起点在凯旋利河闸，终点在观景红卫桥闸口附近，外排管长度为5000mm，外排水管道采用DN1200螺旋钢管，厚度8mm，内外防腐，管道采用法兰连接的方式。全线管道施工安装里程为：（起始端）凯旋利河闸→福舟桥→福扬桥→聚贤桥→福佳桥→福新桥→福景桥→彩霞桥→彩虹桥→彩云桥→福海桥→郑家桥→天泽桥→新河特大桥→新河桥→终点（观景路红卫桥闸口附近）。
3 施工工艺及方法
3.1施工工艺流程
施工工艺流程图见3.1-1
图3.1-1深水长距离管道漂浮式施工工法工艺流程图
3.2施工准备
3.2.1测量放线
测量河底的标高，每隔5m检查一次沟底标高，对标高异常突起或者不平整处进行处理，以保证管道底的平整。平整沟底时，要严格控制标高，以免沟底不平整造成管道不顺直。
3.2.2管道制作
管材在加工厂内预制成型，长度为12m一段，两端焊接法兰盘，两段钢管运至现场进行法兰连接。预制成型后的钢管进行防锈防腐处理，经检验合格后方可出厂。
3.2.3操作平台搭设
操作平台可采用土袋堆砌或者钢制浮箱，操作平台的尺寸要满足管道对接时工人作业空间要求。
3.3管道端头封堵
第一节管道端头要用“盲板”进行封堵处理，以免漏水进去，造成管道下沉，盲板采用钢板制作，与管道第一节管道的法兰盘用螺栓连接，并设置密封胶圈，连接完毕后进行密封试验，试验合格后才能接续接管。
3.4管道安装及牵引
第一节管道端头用盲板封堵，经检查严密不漏水后，即可进行下水，第一节管道下水后，在操作平台上进行第二节管道连接（如图3.2-1），管道连接采用法兰盘进行连接，法兰盘中间安装橡胶胶垫，防止漏水。两节管道安装好后，在首节管道进行牵引，第二节管道用挖机和吊车进行吊起顺势推向水中，然后在平台上按照此操作流程依次安装后续节段管道，牵引时利用伸向两岸的绳索调整方向。
管道在安装的过程中，注意端头及接口处严密，一旦漏水管道进水将无法保证管道能够漂浮。管道在穿越桥梁时，如果桥梁不是单跨结构，需要牵引管道从正确的桥梁跨道内穿过。遇见河道或者沟槽转弯的地方，需要适当的布置柔性接头，保证管道能够转弯。
图3.2-1管道连接
3.5管道调整固定
管道全部就位后，整体进行调整（图3.2-2），位置调整好后，需要对其进行就位。管道就位有两种方法，一种是排水法，一种是注水法。排水法是指将沟槽内的水用水泵抽出，随着沟槽或者河道内水位的下降，管道也会下降，直到沉到底部。注水法指在管道上方开设注水口，用水泵将水抽到管道内，随着管道内水量的增多，管道在沟槽或者河道内逐渐下沉，直至沉到底部。
图3.2-2管道调整
管道固定采用型钢支架进行固定，支架采用“门”字型，上部与管道焊接，下部固定在河床内，固定支架防止管道上浮。
3.6 渗漏试验
闭水试验应该管道灌满水24小时后进行，对管道的渗水测定时间不能少于30分钟，管道24h的允许渗水量按下式计算：
Q=0.0046D
式中：Q——每1km管道24小时允许渗水量（m³）
D——管道内径（mm）
管道安装后进行闭水渗漏试验，对焊缝采用超声波进行探伤检验。探伤合格后进行管道渗漏试验。
本次试水区间选定彩霞桥至彩云桥段，长度为240m，最大允许渗水量为
Q=0.0046*1200*0.24=1.3248m³。
试验段管道两侧用盲板封死，然后在中间位置开孔，安装两个排气阀，排气阀直径为20cm，用水泵对管道进行注水，注水满后，等待24小时后，进行渗漏观测。观测每小时进行一次，共进行3次，记录数据后取平均值，经观测排气阀内水位每小时平均下降15cm。
渗漏量Q=3.14*0.1*0.1*0.15*24*（1000/240）=0.471m³＜1.3248
试验结果合格，说明管道密闭性良好，符合规范设计要求。
4水深验算
设计沟槽内存水深度，根据阿基米定律可知：
F浮=ρ.g.V排 （1）
G=r.L （2）
当浮力等于重力，即F浮=G时，管道能浮起，即
ρ水.g.V排= r.L，简化得
V排=r.L/ρ水.g （3）
式中，ρ水—水的密度，1*103kg/m³，
g—重力加速度，10m/s2
r—所安装管道的单位长度荷重，r=G/L，kg/m
L—管道长度、沟槽长度，m
长度为Lm的沟槽断面形状如图1所示，假设沟槽中水深达到h米时，恰好能浮起封闭的管道。从下图2的虚线部分可以看出：管道排出的水量V排，等于沟槽内原有的水量，（D.h.l）减去虚线框中阴影部分的水量2S1L，即
图1 图2
V排，=Dhl-2S1L （4）
根据几何学：
S1=1/4（D2- πD2/4）， （5）
将公式（5）带入公式（4）中所得，
V排，=D.L[h-1/2D（1-4/π）] （6）
由于V排，=V排，那么
rL/ρ水g=DL[h-1/2D（1-4/π）]
简化得：
h=r/ρ水g.D+0.1073D
式中 D为管道直径，m （7）
当水深h大于或者等于（7）中的要求时，管道即可浮起，可采用漂浮法施工。
5 应用实例
昆明市兰花沟、弥勒寺大沟系统雨污合流水转输调度工程，2018年5月2日开工，5月31日竣工。该工程起点为船房河凯旋利河闸附近，终点为船房河下游新建收集井。管道全长5000m，新建管道采用DN1200钢管，管道采用法兰连接的方式。
该工程采用长距离管道漂浮式施工工法，采用此工法仅用22天便完成管道安装，施工过程中质量、安全、进度、成本都得到可靠保障，无安全生产事故发生，环保节能，得到了各方面的一致好评，同时为以后类似工程提供宝贵的施工经验。
参考文献：
[1]李长阁.适用于山区管道工程的漂浮施工法[J].石油工程建设，1999（05）：31-32+57.
[2]李贵宾.西气东输管道漂浮法穿越江南水网[J].油气储运，2003（01）：35-36+2-60.
[3]梁政.海洋管道漂浮敷设充水下沉时的分析[J].石油学报，1991（01）：107-120.
论文作者:韩利杰,储著胜
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第8期
论文发表时间:2019/5/6
标签：管道论文; 沟槽论文; 昆明市论文; 弥勒论文; 工程论文; 兰花论文; 法兰盘论文; 《建筑模拟》2019年第8期论文;