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广东联塑科技实业有限公司 广东佛山 528318
摘要：管道过江、排海在施工过程中一直存在较大的技术风险，经过近20年的逐步完善及工程检验，大口径的塑料管道在该领域的应用初步显现其较高的性能优势；施工工艺、技术逐步成熟，可以逐步推广使用。
关键词：大口径塑料管道；PE给水管；排海过江管道；施工方案
Abstract：There has been substantial technical risk on the construction process of bury pipeline in the river or under the sea.After nearly 20 years of improvement and project testing，it appeared a high performance advantages in the field of the application of large dimension plastic pipe.The construction technology，technical success gradually，can gradually promote the use。
Keywords：large dimension plastic pipe，PE water pipe，pipe buried under river and sea，congstrustion programme
國内某水厂清水管道工程穿过江管工程项目最高日设计流量16万吨/天，设计压力0.6MPa压力输送，原计划采用采用两根D1020×14mm钢管，管道长度1100×2m。施工方式拟采用定向钻孔拖拉法。后期根据实际情况，采用dn1600×61.2mm PE给水管，公称压力0.6MPa，采用过江沉管施工的方案。
根据地勘资料，采用泥浆护壁钻进，取样采用φ89mm反旋活塞薄壁取土器锤击法取样；根据钻探深度范围内所揭示的土层可分为4层。分述如下：
①层：灰黄杂灰色粘土、粉质粘土，含草根，为素填土，层厚0.5～1.8m，岸上普遍分布。
②层：灰、浅灰色粉质粘土，夹粉土薄层，局部近互层。无摇震反应，干强度、韧性中等，高压缩性。该层为河床新近沉积物，层厚1.2～2.4m，主要分布于滩面及近岸处。
③层：灰色细砂夹粉砂，夹粉质粘土薄层，含云母片。饱和，松散，局部稍密，矿物成分以长石、石英为主，颗粒级配不良，颗粒为亚圆形为主，粘粒含量0.0～9.5%，中压缩性。层厚2.1～3.5m，场地普遍分布。
④层：灰色粉砂夹细砂，局部夹粉质粘土薄层，含云母片，饱和，中密～密实，矿物成分主要为长石、石英，颗粒级配不良，颗粒为亚圆形，粘粒含量0.0～4.1%，本次钻探部分钻孔未揭穿，最大揭示厚度7.4～15.2m。
根据地勘资料，管道基础基本为粉土质砂、细砂、粉砂土质，河床基础5米下密实度较高，采用开槽施工结合挖泥船开挖。
（一）、陆地部分：陆地部分采用一条直径为1600mm的PE管，管道铺设可采用开槽直敷的办法，即根据地形开挖管槽，直接将焊接好的PE管埋置地下，要求最小覆土深度不得小于0.7米，建议覆土深度为1.5米以上。管道铺设要求平直顺滑，水平方向和垂直方向转弯半径均不得小于PE管规定的转弯半径一般大于125dn=200米，最小弯曲半径为200米，不得出现“驼峰”。管道铺设完成后应沿途设置市政供水标志，具体根据现场实际情况确认；局部设置禁行标识。
（二）、过江部分：
1、管槽开挖：本工程采用一条直径为1600毫米的PE管水底埋设的铺设方法，根据国内外过江、过海的实际工程经验，管道埋深要求一般在地下2.0米以下。为了保证PE管能完全设置于管槽内，管槽开挖底宽约为4.6米（含每侧各超宽1.5米部分）。并保证开挖沿着江床坡度。垂直方向必须顺滑。
2、PE管铺设；由于河槽部分地质基本为粉土质砂、细砂、粉砂，加上PE管的可伸展性、350%的断裂伸长率，拟将PE管直接铺设在开挖平整好的砂土上，浅滩部分如有硬石，则应开挖超深500mm并进行换砂处理，具体情况应根据开挖后的实际情况确定。
3、混凝土配压：为了保证管道的稳定性，PE管沉管过程拟配以混凝土配重块，PE管沉管就位后用水下袋装混凝土或者现浇混凝土对PE管进行压管。
使用的是成熟的HDPE实壁管的漂浮～下沉法。由于高密度聚乙烯HDPE管道的比重小于1；所以水中铺设塑料管道须加上压重才能使其稳定地座落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混凝土压重块。结合国外的工程经验，采用压重相当排水量25到50%。先将充满空气的塑料管道带压重块漂送到铺设位置，然后通过灌水沉到水底位置。但是为了考虑最不利的情况下，本工程还是采用最安全的施工方法，采用30%左右的排水量。具体的施工过程是：
1、利用HDPE管道可以对接的特性在岸边把运来的管段对接熔焊成连续长管段，逐步下水漂浮在水上，直接制成几百米长的连续长管段逐步下水漂浮在水上；
2、压重块可以在岸上就安装到管道上，然后和管道一起下水；也可以在水面上利用驳船把压重块固定到管道上；
3、把固定好压重块的连续长管段拖引到计划铺设的位置；
4、把各段长管连接到工程需要的长度；
5、通过从岸端灌水使管道逐步沉到水底要求的位置；利用塑料管道的柔韧性，让管道随着水底的地形状起伏埋在水底预先挖好的管沟内。
4、安装压重：
设计值按照30%排水量计算则；管材灌水为70%：每米管材所需混凝土为0.42立方米混凝土；
混凝土块设计为马鞍状，如下图：（单位cm） 计算混凝土块的体积为：0.92平方米每半个压块。设计按照每个压重块的长度为0.5米，半个马鞍块的体积为0.46立方米。
半个马鞍块的体积为0.46立方米≈0.42立方米。反核算排水量为67%，即灌水量为33%，间距2米设置一个压重混凝土块。
PE管依靠压重块稳定在水底。压重块为预制的钢筋混凝土块由上下两件马鞍形组成，以2米的间隔用螺拴夹紧固定在管道上。在压重块和管道之间要加橡胶或者EVA胶带层防止压重块损伤管道。
安装压重块的工作尽量在岸上进行，当管道下水时已经安装好压重块，根据现场情况可能需要设置起吊設备及滑道使负重的管道平稳顺滑的滑入水中。在水面上安装压重块是把没有安装压重块的管道下水，飘浮在水面上，然后用施工驳船上的吊车把管道的一部分吊上驳船，安装好压重块后再吊回到水中去；压重块具体采用那种安装方式可以根据现场实际情况确定，配重块砼标号建议为C30。
5、回填：管道完成水下作业后即可用原开挖土进行全面回填覆盖至原河床，回填时应避免采用硬块或块石直接抛填，以免划伤管体，建议采用河槽开挖砂进行回填，要求回填必须要恢复原地面地貌。
5、岸边加固工程：为了保护岸边的PE管安全和稳定，河两岸上岸段建议进行砼浇灌保护，砼保护浇灌长度为10米，宽度为2.5米，厚度为1.5米。砼标号为C30，具体位置现场确定。
二、工程施工方案：
（一）、陆地部分
1、管槽开挖方案：本工程管槽开挖采用挖掘机开挖的方法进行开挖，开挖后人工整平管槽底部。
2、PE管铺设：PE管采用直接埋设的方法进行埋设，即管槽开挖完成后人工整平合格后，将焊接好的PE管直接铺设到管槽中，人工调整平直。
3、回填：管槽回填采用挖掘机开挖原开挖管槽的开挖土直接回填的方法，回填过程应注意作好管身的保护工作，满足回填土的密实度要求，施工参照国家相关标准。（二）、过江部分
1、管槽开挖方案：本工程管槽开挖分两部分，即浅滩部分和河道部分。
浅滩部分施工，采用挖掘机进行陆地开挖，开挖时可利用开挖土铺设施工便道供挖掘机行走。
河道部分施工：采用挖掘机+挖泥船小开挖方案，即水深小于挖泥船吃水的，利用挖掘机进行开挖，利用开挖土铺设临时便道供挖掘机行走作业；水深大于挖泥船吃水的部分，利用抓斗船或绞吸、绞耙船进行开挖。
2、PE管水下铺设方案：管道铺设前，潜水员必须进行水下管槽平整，确保管槽水平方向平直，垂直方向平整，不得出现驼峰，可采用钢轨和钢刮尺水下刮平的施工方法进行水下平整，PE管铺设拟采用分段焊接、牵引下水的方案，在陆地上根据实际情况将PE管分若干段焊接好后，在滑架上将各分段再行焊接，每焊接一分段，利用牵引的办法将滑架上的PE管牵引过河。由于水流资料的缺乏，可参照常规经验铺设：
即：管道沉降：
管道沉降前需把管道准确地定位到要求位置的上方。
沉降过程最关键的工序，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，让管道能够顺着河床地形躺到水底沟槽中。同时保证管道沉降时的弯曲半径始终不小于限制值（弯曲半径不小于200米），避免因为过度弯曲造成管壁中应变过大或压屈失稳。
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，使灌溉人的水先充满近岸一段管道。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。
为了避免管道过度弯曲，要随时监控和调节空管部分内的气压，必要时可以通人压缩空气使管道沉降过程逆转。在沉降过程中还要在管道最外端施加合适的拖力来减小发生压屈失稳的危险。
3、水下管道固定铺摆方案：管道铺设就位后进行水下管道支墩固定，水下固定可利用尼龙袋灌装干搅混凝土，按标号为C20进行搅拌，然后装到尼龙袋中，利用运输船将其运到指定位置，人工抛到水下，潜水员水下拾袋按设计要求摆垒。
4、回填方案：岸滩部分利用挖掘机进行回填，利用原状土进行回填；河底利用挖泥船将原开挖集中堆积的土进行回填，回填料不得含有硬石块等尖硬块体，以免划伤管体，必须回填至原地面标高，恢复原地貌。
三、其它：
1、管槽开挖应根据现场实际情况选择施工机具。
2、施工过程环节多，各环节要求严格，因此要求施工过程必须认真施工，严格把握质量关。
3、水下管槽开挖和管道的铺设过程，必须有潜水员跟班作业，管槽开挖完成后，潜水员必须进行水下平整，保证管槽的平整度和顺滑性；管道铺设必须有潜水员进行水下调整，保证管道铺设的平直和顺滑。
4、水下支墩固定的铺设，必须由潜水员进行，利用运输船将预制压块运至抛填点抛至水下，由潜水员进行水下垒包铺排。
5、回填过程注意保护PE管，避免重物创伤管身。回填应严格要求必须恢复原地貌，以确保地面地貌的稳定性。
6、最不利点的管道弯曲半径的核算：出河床的位置有一段长度为100～150米，埋深为25米。
考虑管材最不利弯曲半径为200米，则河床最不利100米时，管道可以承受的最不利高度为26米，大于水深、沟槽、管道直接之和的25米，即在最不利情况下满足管道的最小弯曲半径。
四、结束
上述施工技术方案，是根据国外成熟的施工方案的基础上，结合了现场的实际情况。总之，类似大口径排海或者沉管的研究和施工方案的采用必须要慎之又慎，以上探讨的施工方法能否成功还有待于实践的进一步检验，但就其机理可行性分析和施工的可操作性得到了甲方和设计方的一致赞同。
参考文献：
[1]GB/T 19570-2004《污水排海管道工程技术规范》
[2]GB 50332-2002《给水排水工程管道结构设计规范》
摘要：管道过江、排海在施工过程中一直存在较大的技术风险，经过近20年的逐步完善及工程检验，大口径的塑料管道在该领域的应用初步显现其较高的性能优势；施工工艺、技术逐步成熟，可以逐步推广使用。
关键词：大口径塑料管道；PE给水管；排海过江管道；施工方案
Abstract：There has been substantial technical risk on the construction process of bury pipeline in the river or under the sea.After nearly 20 years of improvement and project testing，it appeared a high performance advantages in the field of the application of large dimension plastic pipe.The construction technology，technical success gradually，can gradually promote the use。
Keywords：large dimension plastic pipe，PE water pipe，pipe buried under river and sea，congstrustion programme
國内某水厂清水管道工程穿过江管工程项目最高日设计流量16万吨/天，设计压力0.6MPa压力输送，原计划采用采用两根D1020×14mm钢管，管道长度1100×2m。施工方式拟采用定向钻孔拖拉法。后期根据实际情况，采用dn1600×61.2mm PE给水管，公称压力0.6MPa，采用过江沉管施工的方案。
根据地勘资料，采用泥浆护壁钻进，取样采用φ89mm反旋活塞薄壁取土器锤击法取样；根据钻探深度范围内所揭示的土层可分为4层。分述如下：
①层：灰黄杂灰色粘土、粉质粘土，含草根，为素填土，层厚0.5～1.8m，岸上普遍分布。
②层：灰、浅灰色粉质粘土，夹粉土薄层，局部近互层。无摇震反应，干强度、韧性中等，高压缩性。该层为河床新近沉积物，层厚1.2～2.4m，主要分布于滩面及近岸处。
③层：灰色细砂夹粉砂，夹粉质粘土薄层，含云母片。饱和，松散，局部稍密，矿物成分以长石、石英为主，颗粒级配不良，颗粒为亚圆形为主，粘粒含量0.0～9.5%，中压缩性。层厚2.1～3.5m，场地普遍分布。
④层：灰色粉砂夹细砂，局部夹粉质粘土薄层，含云母片，饱和，中密～密实，矿物成分主要为长石、石英，颗粒级配不良，颗粒为亚圆形，粘粒含量0.0～4.1%，本次钻探部分钻孔未揭穿，最大揭示厚度7.4～15.2m。
根据地勘资料，管道基础基本为粉土质砂、细砂、粉砂土质，河床基础5米下密实度较高，采用开槽施工结合挖泥船开挖。
（一）、陆地部分：陆地部分采用一条直径为1600mm的PE管，管道铺设可采用开槽直敷的办法，即根据地形开挖管槽，直接将焊接好的PE管埋置地下，要求最小覆土深度不得小于0.7米，建议覆土深度为1.5米以上。管道铺设要求平直顺滑，水平方向和垂直方向转弯半径均不得小于PE管规定的转弯半径一般大于125dn=200米，最小弯曲半径为200米，不得出现“驼峰”。管道铺设完成后应沿途设置市政供水标志，具体根据现场实际情况确认；局部设置禁行标识。
（二）、过江部分：
1、管槽开挖：本工程采用一条直径为1600毫米的PE管水底埋设的铺设方法，根据国内外过江、过海的实际工程经验，管道埋深要求一般在地下2.0米以下。为了保证PE管能完全设置于管槽内，管槽开挖底宽约为4.6米（含每侧各超宽1.5米部分）。并保证开挖沿着江床坡度。垂直方向必须顺滑。
2、PE管铺设；由于河槽部分地质基本为粉土质砂、细砂、粉砂，加上PE管的可伸展性、350%的断裂伸长率，拟将PE管直接铺设在开挖平整好的砂土上，浅滩部分如有硬石，则应开挖超深500mm并进行换砂处理，具体情况应根据开挖后的实际情况确定。
3、混凝土配压：为了保证管道的稳定性，PE管沉管过程拟配以混凝土配重块，PE管沉管就位后用水下袋装混凝土或者现浇混凝土对PE管进行压管。
使用的是成熟的HDPE实壁管的漂浮～下沉法。由于高密度聚乙烯HDPE管道的比重小于1；所以水中铺设塑料管道须加上压重才能使其稳定地座落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混凝土压重块。结合国外的工程经验，采用压重相当排水量25到50%。先将充满空气的塑料管道带压重块漂送到铺设位置，然后通过灌水沉到水底位置。但是为了考虑最不利的情况下，本工程还是采用最安全的施工方法，采用30%左右的排水量。具体的施工过程是：
1、利用HDPE管道可以对接的特性在岸边把运来的管段对接熔焊成连续长管段，逐步下水漂浮在水上，直接制成几百米长的连续长管段逐步下水漂浮在水上；
2、压重块可以在岸上就安装到管道上，然后和管道一起下水；也可以在水面上利用驳船把压重块固定到管道上；
3、把固定好压重块的连续长管段拖引到计划铺设的位置；
4、把各段长管连接到工程需要的长度；
5、通过从岸端灌水使管道逐步沉到水底要求的位置；利用塑料管道的柔韧性，让管道随着水底的地形状起伏埋在水底预先挖好的管沟内。
4、安装压重：
设计值按照30%排水量计算则；管材灌水为70%：每米管材所需混凝土为0.42立方米混凝土；
混凝土块设计为马鞍状，如下图：（单位cm） 计算混凝土块的体积为：0.92平方米每半个压块。设计按照每个压重块的长度为0.5米，半个马鞍块的体积为0.46立方米。
半个马鞍块的体积为0.46立方米≈0.42立方米。反核算排水量为67%，即灌水量为33%，间距2米设置一个压重混凝土块。
PE管依靠压重块稳定在水底。压重块为预制的钢筋混凝土块由上下两件马鞍形组成，以2米的间隔用螺拴夹紧固定在管道上。在压重块和管道之间要加橡胶或者EVA胶带层防止压重块损伤管道。
安装压重块的工作尽量在岸上进行，当管道下水时已经安装好压重块，根据现场情况可能需要设置起吊設备及滑道使负重的管道平稳顺滑的滑入水中。在水面上安装压重块是把没有安装压重块的管道下水，飘浮在水面上，然后用施工驳船上的吊车把管道的一部分吊上驳船，安装好压重块后再吊回到水中去；压重块具体采用那种安装方式可以根据现场实际情况确定，配重块砼标号建议为C30。
5、回填：管道完成水下作业后即可用原开挖土进行全面回填覆盖至原河床，回填时应避免采用硬块或块石直接抛填，以免划伤管体，建议采用河槽开挖砂进行回填，要求回填必须要恢复原地面地貌。
5、岸边加固工程：为了保护岸边的PE管安全和稳定，河两岸上岸段建议进行砼浇灌保护，砼保护浇灌长度为10米，宽度为2.5米，厚度为1.5米。砼标号为C30，具体位置现场确定。
二、工程施工方案：
（一）、陆地部分
1、管槽开挖方案：本工程管槽开挖采用挖掘机开挖的方法进行开挖，开挖后人工整平管槽底部。
2、PE管铺设：PE管采用直接埋设的方法进行埋设，即管槽开挖完成后人工整平合格后，将焊接好的PE管直接铺设到管槽中，人工调整平直。
3、回填：管槽回填采用挖掘机开挖原开挖管槽的开挖土直接回填的方法，回填过程应注意作好管身的保护工作，满足回填土的密实度要求，施工参照国家相关标准。（二）、过江部分
1、管槽开挖方案：本工程管槽开挖分两部分，即浅滩部分和河道部分。
浅滩部分施工，采用挖掘机进行陆地开挖，开挖时可利用开挖土铺设施工便道供挖掘机行走。
河道部分施工：采用挖掘机+挖泥船小开挖方案，即水深小于挖泥船吃水的，利用挖掘机进行开挖，利用开挖土铺设临时便道供挖掘机行走作业；水深大于挖泥船吃水的部分，利用抓斗船或绞吸、绞耙船进行开挖。
2、PE管水下铺设方案：管道铺设前，潜水员必须进行水下管槽平整，确保管槽水平方向平直，垂直方向平整，不得出现驼峰，可采用钢轨和钢刮尺水下刮平的施工方法进行水下平整，PE管铺设拟采用分段焊接、牵引下水的方案，在陆地上根据实际情况将PE管分若干段焊接好后，在滑架上将各分段再行焊接，每焊接一分段，利用牵引的办法将滑架上的PE管牵引过河。由于水流资料的缺乏，可参照常规经验铺设：
即：管道沉降：
管道沉降前需把管道准确地定位到要求位置的上方。
沉降过程最关键的工序，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，让管道能够顺着河床地形躺到水底沟槽中。同时保证管道沉降时的弯曲半径始终不小于限制值（弯曲半径不小于200米），避免因为过度弯曲造成管壁中应变过大或压屈失稳。
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，使灌溉人的水先充满近岸一段管道。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。
为了避免管道过度弯曲，要随时监控和调节空管部分内的气压，必要时可以通人压缩空气使管道沉降过程逆转。在沉降过程中还要在管道最外端施加合适的拖力来减小发生压屈失稳的危险。
3、水下管道固定铺摆方案：管道铺设就位后进行水下管道支墩固定，水下固定可利用尼龙袋灌装干搅混凝土，按标号为C20进行搅拌，然后装到尼龙袋中，利用运输船将其运到指定位置，人工抛到水下，潜水员水下拾袋按设计要求摆垒。
4、回填方案：岸滩部分利用挖掘机进行回填，利用原状土进行回填；河底利用挖泥船将原开挖集中堆积的土进行回填，回填料不得含有硬石块等尖硬块体，以免划伤管体，必须回填至原地面标高，恢复原地貌。
三、其它：
1、管槽开挖应根据现场实际情况选择施工机具。
2、施工过程环节多，各环节要求严格，因此要求施工过程必须认真施工，严格把握质量关。
3、水下管槽开挖和管道的铺设过程，必须有潜水员跟班作业，管槽开挖完成后，潜水员必须进行水下平整，保证管槽的平整度和顺滑性；管道铺设必须有潜水员进行水下调整，保证管道铺设的平直和顺滑。
4、水下支墩固定的铺设，必须由潜水员进行，利用运输船将预制压块运至抛填点抛至水下，由潜水员进行水下垒包铺排。
5、回填过程注意保护PE管，避免重物创伤管身。回填应严格要求必须恢复原地貌，以确保地面地貌的稳定性。
6、最不利点的管道弯曲半径的核算：出河床的位置有一段长度为100～150米，埋深为25米。
考虑管材最不利弯曲半径为200米，则河床最不利100米时，管道可以承受的最不利高度为26米，大于水深、沟槽、管道直接之和的25米，即在最不利情况下满足管道的最小弯曲半径。
四、结束
上述施工技术方案，是根据国外成熟的施工方案的基础上，结合了现场的实际情况。总之，类似大口径排海或者沉管的研究和施工方案的采用必须要慎之又慎，以上探讨的施工方法能否成功还有待于实践的进一步检验，但就其机理可行性分析和施工的可操作性得到了甲方和设计方的一致赞同。
参考文献：
[1]GB/T 19570-2004《污水排海管道工程技术规范》
[2]GB 50332-2002《给水排水工程管道结构设计规范》