管段浮运、沉放及对接施工工艺

一、 工艺概述

在完成管段浮运前的各项准备工作后，即可进行管段的浮运工作，一般情况下，管段都是通过绞车系泊缆绳系统牵引出坞。管段出坞后，若浮运距离较远，可选择作业船布置在坞口外，管段出坞后即将管段与作业船只连接，进行浮运施工；若浮运距离较近，则可以通过布置在船上和岸上的绞车浮运至沉放位置，管段的沉放方式很多，常用的管段沉放采用双方驳骑吊吊沉法，双方驳骑吊吊沉法是利用两艘专用的方驳，在方驳上设置铰车，利用方驳的浮力提供起吊力，利用管段内的压载水箱蓄装压载水提供负浮力，在放松起吊铰车绳索情况下，管段平稳下沉。同时不断调整系泊系统缆绳，实现管段的沉放和对接施工。

图 1-1   管段沉放方式示意图

二、 作业内容

管段浮运、沉放及水下对接。

三、 工艺流程图

图 3-1   沉管管段浮运、沉放与对接施工工艺流程图

四、 工艺步骤

1 、管段一次舾装

管段舾装分两次进行， 干坞内进水前应确认所有的 “一次舾装件”准备安装就位。通常的   “一次舾装”主要包括以下两个方面：

管段外部： GINA 橡胶带、吊点、拉合座、系缆柱、导缆钳、端封墙人孔封门、GINA 橡胶带保护装置、灌砂管顶部保护盖、现浇管顶防锚层护边块、第一节人孔钢护筒（高度不小于 1.5米）。

管段内部：垂直千斤顶、垂直千斤顶液压控制系统、压载水箱、进气管和进、排水管路系统、管内临时照明系统、管内临时通风系统、水箱顶部施工走道。

2 、管段浮运

准备工作

⑴测量出坞航道、浮运航道及系泊位置的水深及回淤情况，如果回淤严重造成水深不足，则应进行清淤。

⑵清除浮运线路上的障碍物。

⑶在坞口设置流速仪，以详细掌握水流速度变化情况；设置水位标尺，以获取潮位资料。

出坞时机的选择及要求

一般情况下，管段都是通过绞车系泊缆绳系统牵引出坞。出坞作业应选在高潮的平潮前半小时进行。管段出坞时应控制速度，避免由于出坞速度过快形成涡流，造成搁底的事故。管段在坞内中移位时，应保证管段不触及临近的坡面结构。

管段浮运前，对浮运日期前后 7～10d 的气象条件作出预测（天气状况、风向、风力、温度、风速等），观测浮运沉放日的水文，对沉放当天的水文条件作出预测，确定浮运沉放时间，并随时根据实际情况作出调整。管段浮运时的水流速度应＜0.5m/s（减小管段受水流速度影响而产生 大的摆动），所以选在白天大潮的高平潮到达前 3 小时做好拖航准备，高平潮到达前 （水流速度

最小）开始浮运。在高平潮。为确保管段可控，管段浮运时，前方采用 2 艘拖轮提供主牵引力，后面采用 2 艘拖轮进行制动和调节方向，当风浪较大时，两侧用 2 艘拖轮护航。另配备发电船 1艘，领航船 1 艘，同时安排多艘交通船作为水上配合。

管段出坞作业

⑴在管段起浮前，要将坞顶绞车及转向滑轮布置好，并用缆绳连接管面的缆桩，收紧钢丝绳，防止管段起浮时发生漂移。

⑵利用管内水泵，在高潮前将管内压载水箱内的水抽排出管外，使管段起浮。

⑶利用坞顶及工程驳船上的绞车将管段自起浮位缓慢地绞移出坞。

管段浮运图示步骤

步骤一：拖带半潜驳在预定下沉位置抛锚定位，管段的绞拉及定位驳船就位，并系带好所有缆绳。

图 4-1   管段的绞拉及定位驳船

步骤二：选择在当日最低潮时，半潜驳压水下沉，座落在河床面上。

图 4-2   半潜驳压水下沉

图 4-3   管段移出半潜驳

步骤三：待潮水涨至管段底部离半潜驳甲板面高约 400mm 时，起动工程驳船上绞拉管段的的卷扬机，将管段缓慢的绞移出半潜驳。

步骤四：利用工程驳船，将管段绞移至沉放区，带上管段的系泊缆绳使管段在沉放区系泊定位。

图 4-4   管段沉放区系泊定位

2 、管段的二次舾装

管段在沉放区进行二次舾装，主要是准备管顶面沉放吊驳、测量控制塔与人孔的安装、管内垂直千斤顶安装及测量引点等工作。

沉放吊驳安装

沉放吊驳可根据施工实际情况选择合适安装方式：起重船吊装在坞内趁高潮时绞移出管段。

测量控制塔安装

每节管段设 2 个测量控制塔。测量控制塔多采用桁架结构形式，塔顶主要布置管段纵横向调

节绞车。每个测量控制塔上均配备多台液压绞车，其中 2 台用于管段横向调位，一台或两台用于管段纵向调位。管段首部的测量控制塔上还配置了以下设备：

⑴1 套供拉合千斤顶使用的液压站

⑵1 套起重用的电动葫芦

⑶1 个供指挥管段沉放对接使用的控制室。控制室内需要的主要设备有：

①显示管段位置状况的电子设备及显示屏幕

②操纵浮驳的控制台及负荷显示仪器

③显示管段纵横倾的显示屏幕

④一套完善的指挥联络通讯设施

拉合装置安装

拉合装置主要由拉合千斤顶及配套设施组成。

纵、横调节系统安装

纵、横调节系统常采用滑车组和滑轮组组合而成。

垂直千斤顶安装

每条管段设 2 个垂直千斤顶，工作有效行程 500mm。

3 、管段沉放、对接

管段完成系泊工作后，即进行沉放作业的准备工作。管段沉放对接安装主要包括管段初步对接、安装拉合装置、管段拉合及检测、水力压接、管段检测验收、管段稳定压载等。

管段沉放

管段沉放就是利用方驳提供足够的吊力；通过调节水箱压载水以提供负浮力进行下沉，同时通过方驳提供的吊力来控制下沉速度；沉放过程中通过 GPS 实时定位系统以保证精确定位。

沉放过程分为三步进行： a、初步下沉：逐步调节压载水，管段初次下沉，并进行初步定位， 管段缓慢浮近已沉管段或接口段结构； b、靠拢下沉：稳定压载水，精确定位，管段靠拢已沉管段或接口段结构，再次校正管段位置；c、确认位置无误后，先将管段前端搁置在已沉管段的鼻托上，通过鼻托上的导向装置使管段自然对中，然后将管段后端搁置在临时支座上。待管段位置校正稳定后，即可卸去全部吊力。

⑴初步下沉

随着压载水的不断注入，管段开始缓慢下沉。当管段顶面沉入水面以下 10cm 左右，停止初始负浮力的加载，初始负浮力约为规定值的 50% ，然后进行位置校正。此时方驳吊挂钢缆处于拉紧状态。等到管段前后左右位置校正完毕后，再继续灌水直至下沉力完全达到下沉的规定值，并开始放松钢缆，使管段以 40 ～ 50cm/min 的速度下沉，直到管底离设计标高 2 ～ 2.5m 时停止。

图 4-5   初步下沉

⑵靠拢下沉

管段稳定后，利用沉放方驳的吊挂系统对管段进行调坡，基本与设计坡度吻合。然后调整系缆将沉放方驳向前面已沉放的管段方向平移，使两节管段的对接端面相距 600±30mm，初步调整各项误差，再继续下沉管段，并使管段稳定在高于其设计标高 0.5m 处。利用对接定位装置（鼻式托座或导向定位梁）进行水平定位，定位范围为±170mm。管段的水平位置要随时测定，并通过调节钢缆予以校正。

图 4-6   靠拢下沉

⑶着地下沉

利用对接定位装置不断减少管段的横向摆动幅度，并自然对中，以提高安装精度，管段继续缓慢下沉，使管段处在高于其最终标高以上 20 ～ 5cm   处，准确距离根据沉放作业时视水文条件而定，以防距离过近造成管段发生碰撞。把管段拉向距前面已安装管段大约 10cm 的位置，然后再次检查管段的水平姿态。确认符合预定姿态要求后，开始着地作业。此时通过测量校正误差，使管段着地施工误差应控制在：左右误差小于±20mm，高程误差小于±20mm。在沉放过程，管段底面下的河水的重度将随着管底与基槽间隙的减少而逐渐加大，尤其是在泥沙含量较高的江河中这种现象更为明显，因此要注意观察管段与缆绳的状态，及时调整负浮力，保证管段顺利下沉就位。当管段相互靠拢，并确认位置无误后，先将管段前端搁置在已沉管段的鼻托上，通过鼻托上的导向装置使管段自然对中，然后将管段后端搁置在临时支座上。待管段位置校正稳定后，即可卸去全部吊力。

图 4-7   着地下沉

2、管段对接

管段对位精度应符合以下规定：管段前端水平方向为 ±2cm，垂直方向为±0.5cm；管段后端 水平方向为 ±5cm，垂直方向为±1cm。对管段的姿态进行测量，根据测量结果确定精确定位方案， 精确对位后，在已安装管段和新设管段间还留有一定间隙 , 即可进行初步对接（即初次拉合） 。

⑴初步对接

初次拉合就是利用拉合千斤顶，将待安装管段拉向已安装管段，使 GINA 橡胶止水带的尖肋部分被挤压而产生初步变形，使两节管段初步密贴，实现初步止水要求，为下一步压接施工提供作业条件，也称之为一次止水。当管段完成了初步对接后，安装拉合装置，主要是潜水员水下将拉杆及拉合挡块安装在已装管段尾部拉合座上，并清除杂物，以便于管段拉合对接。安装好拉合装置并经全面检查后，操作拉合千斤顶的控制站，进行管段拉合作业。拉合速度不大于 7cm/min，当两端面相距 210mm 时，再一次对管段进行姿态精确微调，直至满足设计的安装精度要求，然后再开始拉合作业。拉合时要求 GINA 橡胶止水带被压缩 20mm ，便能达到初步止水的效果。拉合完成后，通过两种方法对拉合情况进行检查：一是，利用测量对管段的位移进行测定，可以确认 GINA 橡胶止水带的压缩量是否达到预定指标；二是，拉合完成后，即派遣潜水员再次下水作业，检查 GINA 橡胶止水带被压缩情况，多点测定两节管段拉合后的间距，通过与拉合前的间距对比，确认拉合的效果

图 4-8   初步对接

⑵水压对接、机械拉合

水压对接是在两条管段端封门之间通过 GINA 止水带形成一个相对密封的空间后，将端封门之间的水排出去，利用管段尾部端封门的水压力将管段向已装管段方向压接。在拉合千斤顶拉合管段完成后，潜水员全面检查 GINA 止水带的压接情况，并测量两条管段之间的距离，所有的实际情况与设计要求相符合时，进行放水压接作业。在已装管段内，打开端封门上预先设置的排水阀门，将端封门之间的水排到已装管段的水箱内。在排水阀门上安装水压表，通过表压的变化值，判断放水压接情况。当端封门之间的水位降低时，打开上部的进气阀，继续进行排水作业。在整个放水压接过程中，潜水员在水下不断测量两条管段之间的距离，随着放水的进行，距离赿来赿小，当所测距离与设计大致符合时，放水压接完成。

GINA 橡胶止水带在这一施工阶段的被压缩量非常大，一般可以达到 GINA 橡胶止水带自身高度的 1/3 左右。因此，在压接作业完成后，可以利用测量确定管段的纵向位移量，根据该数据初步确定压接是否成功。压接完成后，首先通过测量测定管段纵向位移量，确认无误后，安排潜水员进行水下探摸，检查 GINA 橡胶止水带是否因受压而出现破损现象。

图 4-9   水压对接

⑶稳定压载

管段沉放对接完成后，先将管段端封门上的水密门打开，从已装管段内引线到后沉放管段，利用测量仪器进行准确测量，主要是检测沉放管段的轴线偏差及调整管段尾部标高。管段沉放对接经测量验收复核无误后，在管内操作压载系统，往压载水箱内增加压载水，进行管段稳定压载。达到设计要求，压载量达到管段的抗浮系数为 1.05 。加载完成，撤除沉放及其他工程船舶、系泊系统，解除封航，转入下一道工序作业。潜水员下水拆除各种临时施工设施。在拆除人孔前，要先进行人孔盖板的焊接工作，并在人孔盖板上灌注无收缩浆料。

图 4-10   稳定压载

4 、拆除端封门

拆除端封门采用常规方法即可，先拆除型钢支撑，再利用人工风镐破除钢筋混凝土端封墙和枕梁，端封墙的钢筋予以割除。枕梁的钢筋注意保留，在浇注压仓混凝土的时候，将枕梁钢筋埋入混凝土内。但在拆除过程中应注意：采取必要的措施保护 OMEGA橡胶止水带以及混凝土面，避免出现损伤，进而影响管段防水性能。

5 、 PC 钢索施工

为了增加两节管段的连接强度，利用 PC 钢索对管段实施柔性连接。每条接头 PC 拉索由一对索体（高强低松弛钢绞线）和连接套筒组成，索体两端为固定端锚环和 P 锚挤压头（预埋件），接头两侧的索体通过中间的一对定位套环实现与连接套筒的连接。

作业内容

拉索在管段预制时进行预埋，管段沉放后打开拉索预埋件外端的封盖，拉出拉索本体。将连接套筒与两端的拉索初步连接。拉索头部的定位套环与连接套筒基本旋紧，且使连接套筒基本位于管段接头中心位置。安装特制小吨位张拉千斤顶。在两侧的接头拉索钢护套和拉索预埋件端部之间，同时开启，使两侧千斤顶顶力调整至 50kN，直至两侧拉索稳定调直。采用工具扳手将两侧连接套环与定位套筒旋紧，具体旋紧量大小待承包方确定材料选型后再确定。释放张拉千斤顶的预力，拆除张拉千斤顶。进行连接拉索的防腐蚀处理。

工艺流程

拉索预埋件施工 →管段沉放对接→开封盖拉出索体→拉索对接→张拉→防腐蚀处理。

施工要点

每组 PC 钢索在安装时必须先施加设计的预张力，使钢索调直，并使其均匀受力后与连接套筒连接。

6 、压舱混凝土施工

压舱混凝土在管段对接且基础处理完毕后施工，其主要作用是置换压载水箱（含水），保障管段抗浮的要求。

作业内容

其作业内容主要包括拆除水箱和浇注混凝土。

施工准备

准备拆除水箱的切割器材，同时购置商品混凝土，工地现场拥有混凝土搅拌站的情况下可自己生产混凝土。

工艺流程

施工准备 →浇筑混凝土→拆除水箱→浇筑混凝土→拆除水箱。

施工要点

管段内压载水箱的拆除必须与压仓混凝土浇注配合进行，首先在不设水箱处浇注压仓混凝 土，然后拆除部分水箱，在拆除的水箱位置浇注混凝土，再拆除部分水箱，一次循环作业。

7 、 OMEGA 橡胶止水带施工

OMEGA 橡胶止水带是柔性接头的第二道防水措施，其正确安装及确保不漏水是管段接头止水的重要保证。

表面打磨

在压件装配前，对钢端壳翼缘板指定区域用砂轮打平、磨光，转角角度要求与 OMEGA 橡胶止水带转角的折角相同。

清洁

接头内腔及钢端壳翼缘板采用潜水泵和高压射流水枪，将管段压载水箱的水抽出作冲洗之用，冲洗后的污水及时用水泵排回压载水箱内。接头处的沉积淤泥、杂物清除后运出管段外。

标记

在管段接头顶部及侧墙的安装区域找出中点并作标识，同时根据供应商提供的资料将 OMEGA

橡胶止水带的转角位置进行标识，以此作为安装 OMEGA 橡胶止水带的控制点。

预装压块及编号

压块安装前，要先试安装检查压块的对应情况，并进行成对的统一编号，然后再拆除压块，准备重新安装。

热接成型

按照管段断面尺寸，将 OMEGA 橡胶止水带热接成框架准备安装。

安装

OMEGA橡胶止水带安装顺序为：OMEGA橡胶止水带的热接→中孔顶中点→顶角位→侧墙中点→底角位→中孔底中点→控制点之间区域安装→OMEGA橡胶止水带保护措施施工。

试漏

OMEGA橡胶止水带安装后进行压水试验，在OMEGA止水带和GINA橡胶止水带间压入高压水，当水压达到设计压力时，关闭进水闸并进行保压。如发现压力下降，则必须全面检查，处理好渗漏点后重新做压水试验，直至经2～3小时保压时间压力不降低方为合格，此时可抽出压入的水。 OMEGA橡胶止水带试漏选用适用的潜水泵配合压力表进行试压检漏，试压时注意：在试压过程中，由专人观察压力表的额定压力及操作潜水泵的开关和出气孔。一旦出气孔有水流出，则马上用堵头把气孔封好。当压力表指针快达到设计压力时，压力将会上升很快，此时应将截止阀开关拧小。待压力表指针达到设计压力时，应马上关紧截止阀开关。稳压直至压力表数值没有变化即可。反之，则应找出泄漏原因，并进行处理后，再重新试漏。

图 4-11   OMEGA   橡胶止水带试压检漏图

五、 质量控制说明

1 、沉管沉放就位对接后，沉管段的总体精度要求：

管段中线水平误差为 ±1cm；顶面高程误差为±5cm；中线长度误差为±2cm。

管段安装相对误差要求：管段横向容许误差 ±2cm；管段纵向容许误差±2cm；相邻管段对接端面水平转角开度为±1cm（弧长）。

2 、管段沉放对接注意事项：

管段的沉放前应制定详尽的施工组织计划，并经设计方认可后方可实施。

管段应在高潮位时下沉就位，若一个潮期内不能沉放好，要将管段保持在基槽内，以减少水流的影响，等到下一个潮期再沉放，但应尽量在一个潮期内沉放完毕。

管段的沉放宜选择在水文、气象条件良好的低平风浪时进行。

沉管沉放过程中应控制好管段的姿态：管段绕其形心的横向摆角 <2°；纵向摆角相对管段沉放就位倾角<1°。

管段沉放过程中的抗浮安全系数应逐步增大，在初次下沉段宜控制在 1.01 以内，在靠拢下沉和着地下沉阶段可根据基槽底部水体的比重适当增大抗浮安全系数，但不得大于 1.02。

在纵坡调整前，管段内的压载水应均匀施加，相邻水箱内的水位差不得超过 10cm。在初步调整纵坡时，应避免只在个别水箱内加注压载水的现象，保证相邻水箱内的最大水位差在一定范围内（10~35CM）。

管段纵坡的初步调整应缓慢进行，避免由于对姿态变化的滞后现象估计不足而造成姿态失控。管段纵坡的初调精度可控制在相对管段沉放就位倾角 ±0.2°，且应保证沉放管段鼻托端与已沉放管段鼻托先接触，再使自由端千斤顶与临时支撑垫块接触。

当沉放管段与已沉管段间的端面距离接近 1m 时，应放慢移位和沉放速度，杜绝沉放管段端面触及已沉管段的事故。

管段的沉放就位应从鼻托端开始，当测量数据表明上、下导向装置开始接触后，应严格控制管段在水平面内的摆动，防止由此造成的导向装置卡死。

当确信上、下导向装置接触后，通过垂直千斤顶推杆将管段缓缓地搁置在临时支承垫块上。

管段的拉合和水力压接应严格遵循先期制定的施工方案，方案应经设计认可。

在调整好管段的平面位置后，逐级缓慢地释放吊力，直至吊缆内的吊力为原吊力的 70%。同时，监测垂直千斤顶的顶力变化，调整推杆伸出长度，使两个垂直千斤顶受力均匀，并将管段纵坡准确调整至设计值。

管段水力压接工艺完成后，向压载水箱对称、均匀加注压载水，直至管段的抗浮安全系数达到 1.05 左右，相邻压载水箱内的水位差不得超过第⑹条初调坡度时相邻水箱水位差的要求。

从管段加注压载水的开始到基础施工结束，应实时监测垂直千斤顶的顶力变化，确保两个垂直千斤顶受力均匀。同时，若单个垂直千斤顶顶力达到警戒值时应采取应急措施，并立即向各方通报。

只有当前一节管段基础处理完毕、管底两侧砂石回填锁脚后，方可沉放下一节管段。

在沉放、对接的过程中，应限制通航，保证管段定位不受船行波的影响。

六、 工艺装备

表 6-1 主要船舶机械设备表

七、 作业组织

表 7-1   劳动力组织表 （参考 ）

八、 安全生产保证措施

⑴成立专门的安全管理组织机构。设安全负责人一名，安全员两名。

⑵所有设备必须有年审记录，相关安全资料齐全，机况良好。

⑶运输起运前，对承运船舶和相关索具进行认真的检查，消除事故隐患。

⑷设备装船时，捆扎牢固。

⑸根据工地的情况，布置安全防护设施和统一的安全标志。

⑹注意潜水安全以及水上行驶船只的警戒工作。

⑺沉放前对沉放管段进行严格的气密性检查，避免重大倾覆的发生。

⑻浮运前要做好气象及海浪情况预测，同时应准备应急预案，对可能发生的不良天气情况有所准备。

⑼运输起运之前应将浮运的行程安排上报航运部门，并组织好封航工作。