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1、虹吸管安装工程水下施工技术总结刘刚摘要贵阳市西郊水厂虹吸管安装工程由于洪水原因后续工程全部采取水下施工，施工难度较大。本文就该项目水下施工项目水下灌注桩、水下支承梁安装、原钻孔平台的水下拆除、虹吸管水下沟槽爆破、水下清渣、沉管法安装虹吸管作施工总结，望对读者能带来一些借鉴。 关 键词 虹吸管；灌注 桩；支承梁；平台拆除；水下清渣；沉管法 1. 工程概况 贵阳市西郊水厂工程是贵阳市的重点工程。虹吸管工程是西郊水厂工程的关键部位，处于整个西郊水厂的最前端，位于距贵阳市西郊 35km 处的红枫湖。原设计虹吸管安装工程包含水下部分和地面部分，水下部分由水下灌注桩和支承梁支梁虹吸管，地面部份进行土石方爆
2、破开挖形成管沟，后部接入前期预埋的虹吸管。一期工程虹吸管安装平行的两根钢管，单管长 143.7 米和 140.7 米，管径 1820mm。 工程完成水下灌注桩施工正准备进 行平台拆除时，时缝汛期，红枫湖水位上涨迅速并很快淹没了整下工地，至次年枯水季节水位一直居高不下(较常年同期平均高出近 7.0m)，无法按原定方案进行施工，因而工程被迫中断施工长达一年之久。后业主决定对虹吸管工程剩余项目作水下施工，增加了施工的难度。目前，虹吸管项目已顺利完成，西郊水厂已实现正常供水。 总体上虹吸管工程水下施工主要分以下几个部分：(1) 水下钻孔灌注桩工程；(2)虹吸管支承梁水下安装工程；(3)原钻孔平台的水下
3、拆除；(4)虹吸管沟槽水下爆破；(5)水下清碴；(6) 虹吸管水下安装。除水下爆破外，其他几个部分对我们来讲都是新的挑战。 整个项目施工方案制定的宗旨，是把水下工作量尽可能地化解成水面的工程量，尽量减少潜水工作，因潜水作业不仅成本高，而且效益低，不安全的因素多。经对整个工程稳中有序的施工，取得了较好效果。下面就有关工序的技术问题作简要的叙述，希望能给同行工作中带来一些借鉴。 2. 水下钻孔灌注桩的施工 工程设计共有 15 根水下钻孔灌注桩，桩径 1.20m。根据施工时的基本条件是，岩层属石灰岩，由于风蚀严重，地面成犬齿状，上部有 0.30.7m 的沉积淤沙层及 3.05.0m 的风化层；水面离
4、地面最浅处 0.51.0m，最深处为 4.05.0m。详见图 2： 2.1 水平钻孔平台的搭设。 原投标设计中，曾提出三套方案即大围堰法、填筑法及筑平台法。最后经业主的多方考察及专家论证，采用了我方提出的筑平台法，该方案不仅投资少，而且没有遗留问题。 (1)平台的承 载力。在施工 时，必须 两台 18 型钻机同时在平台上作业。其钻机自重、辅助设备材料的重量、加上钻机钻孔时的扭矩力，预计平台的承载力应在 70 吨左右。因此，我们设计采用间距为 1.201.20m 的108 厚壁钢管作垂直支撑。钢管锤入下部淤沙层 0.5m 左右。上部高出水面 2.0m，用 14014 的槽钢十字交叉 焊接成基本平
5、面，再在往下1.50m 处以焊连接加固，四周用108 的同种钢管加设斜支撑。平面用木板铺平。经施工检验，该平台在完成 15 根灌注桩施工后，未出现任何的倾斜及下沉，达到了满意的效果。 (2)钻孔隔水。由于钻孔位于水中， 钻孔能否成功的关键在于隔水。我们设计采用护筒隔水的办法。护筒直径 2.0m，加长连接用法兰盘。法兰盘间用防水材料进行密封。由于地貌成犬齿状，凹凸不平，由潜水员进行水下钻孔基础找平，在护筒安装到位后，进行水下混凝土外围封堵。如图 3。通过以上措施，基本保证了隔水的效果，使钻孔顺利地进行。 (3)环境 污染的处 理。由于钻孔在水 资源保护区的红枫湖内，施工时水资源的污染应控制在最小
6、的范围内，设计采用泥浆槽，从孔口至陆地在陆地进行了循环净化处理后，再返回孔内。泥浆槽由 0.3cm 的钢板加工而成，宽 0.5m，高0.30m，长近 60m.(附照片说明)。由于钻 孔隔水的成功，且护筒高于水面 1.50m，使孔内泥浆循环不受外界的影响。在护筒最上部割就一个 0.300.30m 的泥浆溢出口，并成槽形向外延接至泥浆槽。成功地解决了由于泥浆外溢造成对周围水资源污染的问题。受到了业主的高度评价。 通过以上一系列的措施，我们成功并快速地完成了 15 根水下钻孔灌注桩的施工。经对钻孔桩的动测检验，综合质量优良率达 86.7。 3. 虹吸管支承梁水下安装 根据设计，单根支承梁长 16m，
7、由两根 单独的半梁合成。每根半梁长 8.0m，重 7.3 吨。在岸边预制养护。由于红枫湖没有如此大的运载船，我们采用已焊接成管体并浮于水面的两根1800 虹吸管，搭设吊装平台，其上焊有相对的两架龙门架，用两只 5 吨的葫芦起吊，安放于虹吸管平台上。由机动船牵引。由于虹吸管平台浮力很大，只需一只 10 马力的机动船即可牵引移动整个平台及所载的重物，所以，梁的就位就不成问题。但由于梁的安装在钻孔桩顶部两个切口内，要求有较高的精确度。而红枫湖风浪较大，虹吸管平台在风浪的作用下，会产生位移，同时，在安装时，水很深(水面离桩顶水深为 10.50m)，在水面 对梁的安装位置没有明确的方向性。给梁的安装带来
8、了很大的难度。 我们采用通过潜水员，在桩的顶部固接钢丝绳并与虹吸管平台相连，分四角对虹吸管平台平衡拉紧，使平台趋于稳定。并通过钢丝绳的松紧使平台可以适当的方向性移动。另外在桩顶梁的安装切口处，设置浮标使梁的下放有明确的方向性。通过龙门架葫芦的稳定下放，比较顺利地实现了梁的安装。4. 原钻孔平台的水下拆除 要进行梁的安装，就必先得拆除被水淹没的钻孔平台。原施工方案计划采用水下电割的方式切割焊点，考虑到潜水时间及水下电割工艺的限制，平台拆除速度将会很慢。在具体施工时我们采用水下爆破方式进行，用导爆管起爆法，由潜水员水下装药，将防水乳化炸药捆绑于焊点处然后在湖面引爆，取得较佳的效果。大大缩短了工期，
9、同时也大大降低了施工成本。 5.虹吸管沟槽开挖水下爆破 水下爆破范围为两根虹吸管安装所需的沟槽的尺寸，即底宽 7.50m，长为 25.0m。原设计为陆地开挖，并已完成了原设计的 64的工作量。后因涨水，余下 36的工作约 440m3需进行水下爆破(设计预算内的)。但因前一年抗洪抢险需要修筑在需开挖的土石方上的围堰，因水位降不到预期的位置，无法进行彻底的清理，堆筑在我方已开挖好的沟槽内或岩石面上的残留量约 1400m3,合计工作量约 1840m3。 水下沟槽爆破是水下施工中的重点，关系到整个工程能否圆满完成。工程的难点在于水下爆破的安全问题。由于距爆区 7m 处有由相距 5m 支墩支撑的清镇市自
10、来水厂输水管路通过，管路在距爆区最近处由于前期施工需要已挖掉三个支墩，两端由两个钢结构支架支撑，从而增加了管路跨度(16m)。钢结 构支架置于原 陆地开挖边坡边缘，受前期爆破及长期浸泡的影响，钢支架抗震能力相当低。另一方面，水下爆破其振速衰减规律与陆地爆破没有什么不同，经计算爆破地震对周围构筑物影响很大。再加上水下冲击波又是陆地上空气冲击波的 4 倍，冲击波对周围构筑物的影响同样不容忽视。这给水下爆破设计和施工提出了相当高的要求。我们第一次向业主提交了水下爆破设计及施工方案，经业主水下爆破专家会议审议初步通过，根据专家会议意见我们又对方案进行了调整，在进行了相关器材性能试验及抗水试验以及爆破网
11、络试验的基础上，成功进行了两次成功的爆破。 5.1 爆破设计 (1)在设计 中各参数的 选取充分考虑 水压因素，在采用考虑水深影响的单药量公式时，在保证爆破效果的同时，单孔装药量尽量减小，在设计上尽量降低炸药单耗。本工程中爆体为中风化白云岩，岩体节理和裂隙较为发育，再加上前期爆破对地层的影响，单耗取 0.5，取得较好的抛掷效果。 (2)尽量减小微差爆破各段药量，增加起爆次数。我 们最初的考虑是采用微差一次性爆破。但这样各段药量太大，经计算对周围构筑物的安全会造成较大威胁，减少段药量导爆管的段数不够。最后我们采用分次微差起爆的方法，效果较为理想。 (3)在爆破前作好相关的器材检验及器材 试验(主
12、要是性能试验和抗水试验)及其网络模型试验。对所采用的爆破器材的性能及效果必须作充分的了解，以做到心中有十分的把握。如出现拒爆和殉爆所产生的后果将会十分严重。另外，药卷的防水，也相当重要。 为此，我们对各环节都进行了多次的试验，在装药时，用防水胶布对有可能出现的渗水部位严加密封。 5.2 水下爆破的施工。 由于爆破表面距水面的平均水深近 7.0m，且有平均2.03.0 的围堰残渣在岩石面上，给施工带来了极大的困难。(1)钻孔。在爆破区内搭设脚手架钢 管钻孔平台，平台面高出最高水位 0.50m。用 100 型地质钻机钻孔。由于碎渣层很厚，用 110 的钻 具开孔，并下 108 套管至基岩，以起隔离
13、护壁作用。终孔直径 75，成孔后用 70 pvc 塑料管下至孔底，上端露出湖面，方便装药及联线。 (2)装药 。 根据 钻孔记录，计算各孔 药量，在岸上用 64塑料管把药装好，同时将导爆管放入管内(每孔用双导爆管)，用油漆在管上标明孔号及导爆管段数。然后将其运至爆破点，在湖面上用小木船直接对号将装好炸药的塑料管放入孔内，完成装药工作。 (3)网络联 接。 在我们爆破前网络试验的基础上，采用双起爆网络，即把每孔两发导爆管分接入不同的网络，最后将两个网络的导爆索连接在一起，用火雷管起爆(因爆区有高压电缆通过，采用电起爆不符合安全规程)。本工程实践证明，这样的起爆网络能较好地避免各类拒爆事件。 6.
14、 水下清碴 水下清碴是我们水下施工的重头戏。在当地无法实现大型水上作业机械进行清碴的情况下，按传统的作业方法，由潜水员进行水下清理或采用虹吸的方式，平均每工作日只能清除近 2.0m3 左右。这样，光清碴就需花 2 年多的时间。这显然是业主所不能承受的，而且会给我们经营带来严重的不良后果。 为此，我们利用现有的条件，在虹吸管平台上设置了一套卷扬系统，根据反铲的原理，加工一铲斗。以两根约 12.0m的108 钢管为主杆，形成一导滑轨系统。铲斗沿导滑轨至清碴点，利用付卷扬系统，斜插进入碴层，再由主卷扬往上提升，沿导滑轨至水面。在平台上人工的辅助下，由卷扬系统完成倾碴。在虹吸管平台两根虹吸管的空隙内放
15、置一小划船卸碴台，由铲斗内倾出的碴石直接倒至卸碴台上，由小划船运至卸碴点卸碴。 铲斗的容量，依据卷扬系统的牵拽力来设计，约 0.2m3 左右，铲斗完成一个循环出碴的时间约 6 分钟(卸碴同步进行)，这样每小时的工作效率达 2.0m3。实行三班制作业，每日能完成约 40m3 的工作量，而且能铲起近 150Kg 左右的块石，比传统的工艺提高了近 20 倍的工作效益。且所有操作人员的劳动都是不带水的轻强度作业。潜水员只需进行适时的水下情况检验工作。大大减轻了劳动强度，提高了效率。为非大型机械水下清碴作业有了较大的突破。 7. 水下虹吸管的沉管安装 两根虹吸管，单根长分别为 143.70m 及 140
16、.70m。外径1828，壁厚 14，单 位重量 0.65t/m，喇叭口垂直高度 2.70m，最外端口径 3.4m。原设计水下安装分别为 79.50m 及76.50m，其余为陆地安装，后因条件改变，全部成水下安装 考虑在岸边离水面约 50m，高出当 时水面高程约 7.0m 处浇注一焊接平台，长 100m，宽 8.0m。在此平台上，把虹吸管的单体(每单体长 5.4m)，联成整个管体，并完成规范要求的抗压及渗透试验。经试验合格后，在一端完成喇叭口的联接。另一端焊一盖板(厚 10mm)。盖板上，开两通孔，并分别装设两阀门，其中一个为进排气阀门，另一个进排水阀门。在两阀门都关闭的情况下，使整个管体成密封状态。利用涨水的机会，使整密封的管体成为一个大的浮体浮于水面。利用动力船的牵引，至安装部位。在确定方
