摘 要：在调水对湖泊治理中采用大口径输水管，因周边环境输水管部分需长距离沿河底铺设。本文以大理州三库连通洱海应急补水工程沿海尾河河底铺设长1431m、φ1620×19螺旋钢管为例，介绍一种河底输水管S形铺管法施工技术。
关键词：钢管 S形铺管 输水管排水 管道抗浮
1. 前言
在调水对湖泊治理中部分输水管需沿弯曲小河底铺管工程中，河底输水管S形铺管法是边开挖、边组管、边沉管、边回填河底管道施工技术。经大理州三库连通洱海应急补水工程沿海尾河底铺设长1431m、φ1620×19钢管工程实践，成功的解决了整体沉管的弯曲段管道的翻身难题、河底铺设解决水中围堰再减排水的难题。同时河底输水管S形铺管法具有适用性广、安全、方便、成本低，更彰显因沟槽开挖与沉管、回填时间间隔短，大幅度降低了对建筑物的风险。也突显了河底输水管S形铺管法的可操作性、先进性及优越性等特点。
2. 工程概况
大理州三库连通洱海应急补水工程沿海尾河河底铺设长1431m、φ1620×19螺旋钢管、材质Q235B、净重750.2kg/m、截面积2.06m2，沿海尾河纵向布置距河堤7m左右敷设；河道宽19至20m，河道两侧从内向外为石砌河堤、绿化带、公路，从上往下穿越2座桥、1处河底铺设污水管、在污水管位置将河底铺设管子分上下段、上段741m、下段690m，经岸上顶管相连后连接。管道中心为河床底-3.2m至-3.8m，河床水位1m至1.3m，可满足管道浮运要求。
结合弯曲的河道情况、雨季施工等因数，经反复优化工艺，决定将2段河底输水管均按从上往下S形铺管法。见图1 S形铺管法示意图
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3. S形铺管法示意图 见图2
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4. 河底输水管S形铺管的关键技术
4.1 河底管道S形铺管法最小开挖长度[2]
本工程管道采用φ1620×19、Q235B的钢管，管子净重7352N/m、管子浮重6415N/m、按铺设最深河底管子中心距河床-3.8m考虑、河床水位最高1.3m考虑、沉管高度△h=5274mm，；见图3 河底管道S形铺管法最小开挖长度意图
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简化水平管两点支撑间距、均布荷载、无集中荷载的中部的挠度进行计算。最大弯曲挠度δ=△h=5274mm、L=2L沉管min、管子浮重q=6415N/m、管子截面特性I=3062306.4cm4、W=3780625mm3、E20=206000MPa、断面外径面积2.06m2，计算需要的长度[3]；见图4 河底管道S形铺管法简化计算示意图
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L——两支撑点间距（m）；
δ——最大弯曲挠度（mm）；
E20——管子在常温温度下的弹性模量（206000MPa）；
q——管子单位长度水下自重N/m；
I——管子截面惯性矩cm4；
经计算L=141.3m，故最小开挖长度L沉管min=70.65m
4.2 沉管的盲板计算[1
水面距离管底为5.274m+0.81m=6.084m,按考虑6.5m即P=0.065MPa、材料Q235B许用应力[σ]=205MPa、管道的内径Dn为1582mm、结构特性系数考虑K取0.4；
平端盖盲板经计算平端盖盲板厚度δ=11.3mm，采用12mm钢板作盲板安全。
4.3 沉管条件及操作
4.3.1 沉管管段按计算长度2倍的组焊完毕，并100%无损检测合格后补漆完成；沉管端按计算加厚盲板；在沉管端的盲板上下安装接管口，并用橡胶软管引出，下口用接水泵注水、上口用于排气；在非沉管端开上部开一个与注水口一样大的排气口。
4.3.2 水下挖沟达到4.1 河底管道S形铺管法最小开挖长度，核查挖沟底标高符合设计要求；沉管管段就位，并在沉管端设置2至3排临时导向桩。
4.3.3 考虑管道的刚度每间隔20m设置一个标高观察点。
4.3.4 沉管端往上1.5L沉管min左右位置布置一个浮筒门架，再用葫芦与滑轮组将此点管子提高400mm左右后用绳索固定；沉管端用抗浮预制块进行附重，使沉管端往下沉300mm左右，并做好刻度标记便于沉管期间观察；并核查两端的高差；使首次注水沉管工况变化时水均富积在注水沉管端；
4.3.5 沉管具备的条件满足后，将1台长臂挖机布置在沉管端下侧作为应急使用；停止此管段所作业。
4.3.6 用流量50m3/h水泵经水表向沉管段注水，观察沉管端下沉过程，当沉管端全入水，此沉管段所有应拆离；沉管端管头沉到河底后，停止水泵注水，按以下操作：
1） 记录管内的水量、沉管端的位置及标高：
2） 拆除临时提高管子的浮筒，使整个管保持正常状态；
3） 用一台长臂挖掘机对沟槽适当清理，按图样安装抗浮块、启动水泵注水沉管，核查注水量与沉管以及管顶标高；注意观察接管口平齐；停止注水做标记；
4） 在非沉管端组管、焊接、无损检查及补油漆合格后，再注入加长管子的水量与沉管长度相匹配，循环此操作工艺直到完成整个沉管工作。
4.4 装抗浮砼预制块及回填
经检查验收河底铺设的管道达到设计坐标和标高后，安装抗浮浮砼预制块及回填。
4.5 输水管排水及配口
抗浮浮砼预制块及回填完成，对岸上打围堰及排水；在排水过程监测及监控管子的抗浮情况，有异常立即停止排水。
5. 结束语
河底输水管S形铺管法具有不影响河水正常流动，边挖沟、边沉管、边回填间隔时短，减低了对周边建构筑等公用设施的影响，操作过程简单、施工安全、工期短、成本低等优点，赢得建设各方的广泛好评；可为水下管道穿越工程提供参考和借鉴。
值得注意的是1.由于河底输水管S形铺管法在施工期存在应力大，不得采用法兰连接，法兰难以承受施工期间的应力导致泄漏；2.在岸上打围堰完毕后用混凝土浇灌河堤，减少透水和下雨冲刷垮塌的风险。
参考文献：
[1] 唐永进 压力管道应力分析[M] 中国石化出版社出版发行2003
[2] 《海洋石油工程设计指南》编委会编著 第五册海洋石油工程海底管道设计[M] 北京：石油工业出版社，2007.7
[3] 火力发电厂汽水管道设计规范DL/T5054-2016