环境工程施工第7章 地下管道铺设目录n第七章 管道水下铺设n第一节 概述n第二节 水下沟槽开挖n第三节 水下管道的材料、接口和防腐n第四节 管道水下铺设方法第七章 管道水下铺设第一节 概述n 修建过河管、江心取水头部与岸井连接管 、污水向水系排放干管、长距离河底或海底输 水管等，应根据水下管道长度、水系深度、水 系流速、水底土质、航运要求、管道使用年限 、潮汐和风浪情况等因素，选择合适的施工方 法。可供选择的方法一般有围堰法和水下铺管 法。n 根据技术经济比较，在水系较浅，梳速较 小，航运不频繁、筑堰材料可以就地取材，筑 堰对水系污染可控制在允许范围以内时，围堰 法是可以作为水下管道可行施工方案之一。但n，当不具备上述条件时，常采用的是水下铺管 法。n 水下管道一般有两种铺设方式：铺设在水 底上；或埋设在水底下沟槽内。管道水下均槽 埋没时，槽内管顶覆土深度一般为管径的34 倍，以避免船只抛锚，河床冲刷等影响。海下 管道埋沟敷设，还应防止风暴时管道可能浮漂 或下沉，为此，管道应埋设在海床下足够深度 。此外如果水道较深，水底之上铺管不会影响 航运，水底平坦，沿管线没有障碍物和悬空地 ，管道不会因船只抛锚、流体动力、土壤液比 、床底土运动、河床冲刷或其它原因引起n破坏，为了避免上述因素的影响，则可将管道 直接铺没在稳定的河床或海床上。水底直接敷 设的管道抗震性能也较水下沟槽埋设要好。第二节 水下沟槽开挖n 管道水下沟槽敷设一般有3种情况，一是先 挖槽后埋管，二是挖槽与埋管同时进行；三是 先放管后沉入土内。这些方法的选择取决于水 底土质、水系宽度和深度等因素。n 先挖水下沟槽的优点是施工设备简单；缺 点是管线定位不易准确，槽底平整度差，沟槽 准宜度低，而且易于回淤。为此应该增加槽底 余宽和开挖深度。底宽一般为管外径加0.81m 。开挖深度根据回淤情况而定，边坡为1：21 ：4。粘土河床回淤并不严重，砂土回淤迅速 。常用为水下沟槽开挖方法和设备有爆n破法、岸式索铲、挖泥船、高压泵船等。n 爆破开挖适用于岩石河床。 n 岸式索铲布置如图8-1所示，适用于狭窄 水系。铲斗用岸上卷扬机曳引。n 铲斗顺滑道上拉，随着挖深增加而下放滑 道。为了便于卸土，岸式索铲头部构造如图8- 2所示，土斗自动倾翻卸土。这种挖土设备可 以比较准确地控制沟槽的平面位置和准直度。n 水系宽阔，常用抓斗式或多斗式挖泥船开 挖水下沟槽，土方卸在沟槽水流下游一侧，或n由驳船运至远处。河床土质松散，可用高压泵 船以高压水流冲射水底土层进行开挖，如图8- 3所示。n 用船或其他浮动设备开挖时，挖泥船等应 该临时锚舶，以保证沟槽中心位置准确。水下 沟槽中心线用岸标(图8-4)或浮标显示，并用 经纬仪或激光准直仪测量。条件允许时，可在 两岸标之间拉设管道中心线，或者由固定位置 的挖泥船与岸标之间拉设管道中心线，以中心 线为，准用标尺或锤球可测水下沟槽的位置与n槽底高程。n 为了防止回淤影响，可以采用分段开挖铺 管的施工方法，以缩短水下晾槽时间。第三节 水下管道的材料、接口和防腐n 水下铺设的管材大多为钢管、管壁厚度应 保证由于管内压力引起的圆周切向应力不大于 允许应力。内压的产生，周向应力为：n h=PD/2t (8-1)n式中 h内压P引起的周向应力；n P管子内压;n D管子公称直径；n t管壁厚。n 选择管壁厚度和管子强度应考虑动水压力 、床底土壤稳定性，土运动、床底凹凸不平 ，冲刷和水蚀等环境因素引起的影响。n 动水压力作用下的最小水中管重W为：n (8-2)n式中 管子表面与海床间的摩擦系数。n对于水平海床，0，则WFL+(FD+F1)/。n 最小水中管重可采取下列方法进行调节， 增加壁厚或用于压载的管道深层，或者两者兼 用；增加管道强度和刚度；在管道上设置砂砾 、混凝土垫块、砂浆等。还经常采用混凝土包 裹管道，既调节管子重量又作防腐保护层。n还可用调节比w确定最小水中管重：n W=wB (8-3)n式中 W包括覆盖层或保护层在内的最小水 中管子重量；n B浮力。n w取值一般为1.21.5，常用的混凝土覆 盖层(图8-5)在管段焊接后浇灌。管道运输、 铺设过程中产生的混凝土裂缝一般不会导致覆 盖和隔绝失效。n 水流横向流过管道时，在管子下出现涡流 。涡流使管子上净、动水压力产生周期性变化 ，导致悬空管子发生振荡，这种振荡如与管子 共振，则有可能使管子损坏。n 风浪和潮汐有可能使半埋或全埋管道发生 上浮或下沉。土壤对管子的作用力(漂浮力和 阻力)取决于管子重量，土密度和土的湿抗剪 强度。土壤阻力R可由下式求出：n R=2C/D (8-4)n式中 R对单位容积的管子漂浮或下沉的阻 力；n C土的剪切强度；n D管外径。n而 WR (8-5)n式中 等效土壤密度；n W单位体积的管子和管内介质重量。n 上式两边除水密度，则管子相对密度 的许可范围为：n /+2C/D/-2C/D (8-6)n式中 /为土壤相对密度。n 根据，即可计算出管子所需的稳管相 对密度。n 在浪袭区和海底大流速区，海底土可能到 处剥蚀，上浮和沉积，导致管子失去支承、悬 空和裸露，从而使管子位移，受振和破坏。海 底沉积物冲刷和水蚀的规律是很复杂的。为了 防止冲刷和水蚀，应将管子埋到有足够深度的n范围。n 为了提高管段整体强度，电焊钢管焊接时 相邻两管的纵向焊缝至少错开45，见图8-6所 示。n 管道应进行防腐处理，通常采用煤焦油玻 璃布或沥青玻璃布隔绝层，有时也采用环氧玻 璃钢、改性环氧玻璃钢等隔绝层。但是，只采 用隔绝层而要做到不蚀在经济上是不合理的。 为此，在隔绝层外再建立附加保护，如阴极保 护。牺牲阳极可附在水下管线上，也可采用n岸上牺牲接地法。采用阴极保护时，由于水下 管道与水上管道的防腐电流相差很大，在交界 部分要作隔绝处理。通常做法是在交界处用法 兰连接，绝缘材料作垫圈。n 水底管道由于受到风浪、潮汐、冲刷等作 用，要求刚性接口具有一定的强度，而且还应 比陆地铺设更多的柔口，要求柔性接口有必要 的强度和柔密性。接口大多是在陆地或敷管船 上焊接，但有一定数星的水下焊接口和法兰接 口。刚性接口有焊接口和法兰接口，焊接口一 般部在陆地上或船上焊接，也可进行水面n焊接，将两个管口提升到水面，焊接后放入水 底。但当无法将管口捉到水面时，就需进行水 下焊接。焊接分常压焊接和高压焊接两种。法 兰接口主要用于两个管段之间的联结，因此一 般为水下作业。柔性接口有橡胶圈人字法兰接 口、伸缩法兰接口(图8-7)和球形接口(图8-8) 。n 地震时，过河管由于两岸滑移而破坏，破 坏都在倒虹吸管水下与岸边连接的弯头部位， 而且往往只发生一个弯头接口破坏。这是因为 能量在最薄弱的一处释放后，使其他接口不致n破坏。因此，在过河倒虹吸管弯头处安装柔性 或球形接口是必要的。在非震情况下，防止地 基不均匀沉陷的影响，也应安装柔性或球形接 口。n 铺设在水底的管道，尤其是深水底的管 道，不易检查和维修，因此要保证管材和接口 的强度，并建立管道防腐。每个焊接口都应检 查，例如用X射线检查。管段应作水压试验， 试验压力为工作压力的1.52倍，按规范n要求验收，或按24h不降压验收。第四节 管道水下铺设方法n 一、浮漂拖航铺管n 浮漂拖航铺管方法是先在岸边把管子连接 成一定长度的管段，管段两端堵板，浮漂拖航 到铺管位置，灌水入管，下沉到水底或沟槽内 ，解脱堵板，然后各管段之间在水下接口。n 若水系较窄，有纵深岸边，岸边与水面高 差不大，可在过河管中心延长线的岸边原地面 制备管段；或者岸边与水面高差较大，就需开 挖岸边，减少与水面高差，并在开挖区内降低 地下水位后再制备管段。预制管段用船只或用n设在对岸的曳引设备(卷扬机、拖拉机等)浮拖 (见图8-9)。n 但多数情况是岸边预制的管段与水系平行 ，管段制备后装上浮筒推入水中，在水面由船 浮票拖航，见图8-10所示。管段也可用浮筒系 住而在水面下浮漂拖航。水面或水面下浮航所 需拖力较小，但易受水面风浪和其他情况的影 响。采用这种浮航方法，预制场不必有较大的 纵深，与敷管地点的距离不受限制，以制备 100200m、甚至更长的管段。n 管的两端采用法兰盘螺栓堵板或焊接堵板 。在堵板上设有直径1/2”1”的放气孔和进 水孔。如果管段所承受浮力还不足以使管段漂 浮，可在管两旁系结刚性浮筒，柔性浮囊，或 捆绑竹、木等，使管子浮起。n 管段在水面浮航到沟槽上方，由定位起重 船用放入槽，如团8-11所示。起重船锚舶在事 先经过校正的地点，由若干船锚定位。自堵板 上预留孔向管内注水和解脱浮筒后，管段下沉n到构槽或水底。n 管段水下定位和接口均由潜水工操作。潜 水工用通讯工具与定位起重船联系，调正定位 船锚舶位置和船上起重臂操作，使下沉管段与 已铺管段对口。浅水中管道的铺设高程可用标 尺，如图8-12所示。如果沟槽回淤或深挖超过 允许范围，可以从堵板的预留孔压入空气使管 段重新浮包进行整槽工作。定位正确底潜水工 解脱堵板，进行水下焊接口或法兰接口。n 浮漂拖航的方法很多。可以根据浮航的n基本特点来设计具体的施工设备和方法。n 二、水底拖曳铺管n 大长度管段采用浮航困难时，可在水底拖 曳，如图8-13所示。拖运时受风浪、潮汐等影 响较小，作业安全，不需牵制船，但拖运马力 较大，管子防腐有可能破坏，而且通到水底凸 起障碍物时管子不易拖曳。这种方法适用于长 距离深水铺管，如向海中排污干管的铺设。n 如管道分段预制，则应在拖曳过程中将管 道逐段接口，增长拖曳长度。管道一次拖曳长 度可达数十米。n 管段因拖曳而产生应力。应进行验算，以 保证管段不受损坏。n 管段在水底拖曳，当浮管一端开始沉没时 ，管段有3种受力状态，如图8-14所示。n 假设荷重是沿管子纵向分布，为集中反力 ，该点弯矩为零，则对管子应力的计算如下：n 第一种受力状态是管的一端接触水底，如 图8-14(a)所示：n (8-7)n (8-8)n (8-9) n式中和图中nq1管子的全没浮力(dN/m)；nq2管在水中的重量(dN/m)；nH水深(m)；nJ管断面惯性矩(cm4)；nE管材的弹性系数(dN/m2)nl管子淹没时的影响长度(m)：na浮力作用的管段长度(m)；nM弯矩；nR反力；nq1+q2；n管变住(挠度)。n 三、铺管船铺管n 在铺管船上有防腐、接口、起重等设备。 管段在船上接口，并进行接口防腐、延长管段 、沿敷管船上的滑道、管托架等装置，下入水 底，如图8-15所示。管子用运管船运至铺管船 上。这种方法适用于长距离管段远离岸边的铺 管工作。n 铺管船上的管段生产线可设置在船中心线 ，也可设置在船两侧。如在两测设置可充分利 用船中央部位的场地。 n 四、冲沉土层铺管n 水底铺设的管道，如采用预先挖沟的方法 ，管线定位、沟槽准直、沟底平整等质量不易 保证。为了避免预先挖沟引起的缺点，可采用 冲沉法铺管。n 冲沉法铺管是先把管子放到水