长距离小管线接力充灌砂袋施工工艺研究

摘要：在吸、运、吹施工工艺基础上再增加一条吹砂船作为接力船，变成吸、运、吹、吹工艺，吹砂距离得到加长，解决了输砂距离超过单船输砂极限的问题，提高了施工效率。

关键词：长距离、接力、充灌砂袋、施工工艺

一、工程背景

横砂东滩促於圈围五期工程地处长江口河口段，地点位于上海市横砂岛东南，其中南大堤19.24公里（桩号4+000～23+240），布置在长江口深水航道治理工程（一期）北导堤南侧滩地上，堤顶前沿线距离北导堤轴线0～46.6m，西端与横砂东滩东南角相连，东端与N5丁坝相连，沿线滩面高程-0.8m～+2.1m，堤顶高程+8.0m，堤身采用内外二级袋装砂棱体+堤心砂的结构形式，总计用砂量约为470万m3。

由于该工程不允许在原滩面上进行取砂，需使用外来砂采取吸、运、吹（吸砂、运砂、吹砂）工艺施工，取砂区位于北港河段堡镇砂砂尾和北小砂砂体，距离现场约40km，吹砂船的吹砂距离约为1.5km。根据施工区域沿线滩地标高情况，离拟建的大堤南侧1.5km处的滩面标高约为0.2m，结合当地潮位情况（潮位为非正规半日浅海潮，平均高潮位为3.31m，平均低潮位为0.7m），运砂船吃水为4m左右，船舶进点需乘大潮汛高潮时才能到达吹砂船，这样每个潮水最多只能完成1条运砂船的吹砂作业，每天2潮水只能完成吹砂2船，约合1200m3左右，且小潮汛时运砂船无法进点靠驳施工，因此每月只能完成吹砂约1.2万m3左右，施工效率非常低。

而离开拟建大堤2.5～3km滩面标高能到达-2.5m以下，如果吹砂船在该位置进行作业，砂驳可连续进出档进行吹砂作业，每月能完成约4～6万m3，施工效率能得到大大的提高。

二、国内外研究概况

袋装砂施工工艺是利用高压水枪冲击泥沙，经过水的湿化崩解流动作用使基本固态的砂土变为流态的泥浆（造浆过程），再利用泥浆泵将泥浆经由管道输送到留有“袖口”的袋体内（充灌过程），最后砂袋体（经排水固结后）成为构成建筑物的实体材料。该结构具有造价低廉、取材方便、施工速度快、施工工艺简单等优点，因此在国内外已被广泛应用于海岸堤防、抗洪抢险、冲刷防治、围海造陆等领域。

然而随着该工艺的大范围推广，迎面而来的问题就是砂源的问题，砂作为该工艺的主要填充材料，没有砂源该工艺也无从下手，因此砂源问题已经逐渐成为该工艺急需解决的一个核心问题。外来砂及吹砂船的出现解决了由于工程地质原因无法现场取砂的问题，然而当吹砂船的最大扬程超过运砂船所能到达的位置时，单一的吸、运、吹已经不能满足施工的需要，需要寻求扬程更大的吹砂船来解决这一问题。

而大型船舶（如绞吸船）能满足扬程的要求，但其由于管径大、压力大、泥砂浓度低等原因不能满足泥砂需求浓度高、小管径的充灌砂袋的要求。此时如果在吹砂船与大堤之间增加一条接力船，也即在原来吸、运、吹的基础上变更为吸、运、吹、吹，安排两条吹砂船同时作业，形成了长距离小管线接力充灌砂袋施工工艺，吹砂距离将能得到大大的增长。

三、施工工艺

（1）总体思路

该工艺是普通吸、运、吹施工工艺的改良，在吹砂船外侧再接一条吸砂船，这样吹砂管线能延伸到离大堤2.5～3.0km处，使运砂船靠驳的位置由滩面标高为0.2m处调整到-2.5m处，保证运砂船持续进出档作业。

根据本工程的施工经验，使用2条1000t左右的船舶作为吹砂船和接力船，在吹砂船上安排6台37kw的吸砂泵进行吸砂，汇总到直径为350mm的吹砂管中再输送至接力船，接力船同样安排直径为350mm的吹砂管继续输送至现场充灌砂袋指定地点。最后在吹砂管末端连接分流阀进行分流，分流后再接小型的皮珑管直接输送至砂袋内进行充填作业。

（2）技术方案

①船位布置

2条吹砂船沿顺水流方向一内一外分别在大堤外侧进行抛锚，一条船离大堤约1km作为接力船，另一条离大堤约2.5km作为吹砂船，2船均在船头及船尾布置交叉涨落水锚，以保证运砂船无论在涨潮或落潮都比较容易进出档。

②管线布置

船舶定位完成后即可开始布置吹砂管线，管线布置分为吹砂船与接力船之间的水上管线、接力船与大堤之间的水上管线以及管线上岸后的管线3部分，管线直径为350mm。管线布置好之后使用500kg的船锚对水上管线进行固定，避免在潮流或风浪的作用下造成管线的损坏，并通过浮筒使水上管线漂浮在水面上以便检修和拆卸。

③充砂施工

管线布置完成后先输送清水进行试机以检测管线的密封性及各机械设备的性能，试机完成后方可进行正式的充砂作业。

施工时运砂船先靠驳在吹砂船外侧，之后使用吹砂船上的高压水枪对砂驳内的砂进行切割、冲刷成泥浆，然后再使用船上的6台37kw泥浆泵吸取泥浆并汇总到位于吹砂船另一侧的吹砂管中输送至接力船上，接力船上安排一台250kw的增压泵将泥浆继续向前输送至充灌砂袋现场。最后在施工现场通过分流阀（图3-1、图3-2）分为6~8个6寸的小型管线直接进行砂袋的充灌。

图3-1

充砂作业完成后需立即输送清水将管线内残留的泥沙清洗干净，否则残留的泥沙在管线内沉积将易造成管道堵塞

在施工过程中需根据运砂船的船长及压力泵的压力值来决定使用泥浆泵的数量，岸管分流阀皮管开启个数也视吹砂船压力而定，同时吹砂船与接力船必须同时开停机作业，以保证管线内压力值的平衡。

④主要施工人员、设备

吹砂船上配备一台500kw的发电机用于高压水枪和6台37kw的泥浆泵使用，一台250kw的发电机用于吹砂管增压输砂用，接力船上一台250kw的发电机用于吹砂管增压输砂用。同时配备6艘800m3~1000m3驳船作为运砂船用。

（3）实施效果

按照以上人员设备配置，一套吹砂接力船在一小时能完成充灌砂200m3，按每潮水工作6小时计算，每天2潮水可完成2400m3。每月按70%可作业天数计算，月生产能力约为5万m3。

四、施工难点

（1）吹砂管线的对接

本工艺管线包括吹砂船与接力船之间的水上管线、接力船与大堤之间的水上管线以及管线上岸后的管线3部分，其中吹砂船一侧、接力船两侧、岸管一侧共计4处位置需要与水上管线对接，接头位置一端相对固定，而另一端在水流的作用下前后左右漂浮不定，这无疑增加了管线对接的难度，因此管线对接时需由专业的施工人员进行操作，并结合当地气象及潮流情况选择合适的日期和时间进行对接，确保管线对接的成功。

（2）吹砂管线的保护

由于增加了接力船，水上管线的长度是普通吹砂船的2倍达到3km左右，对接接头也比普通的吹砂船多，同时在潮流和风浪的作用下受力面积增大，产生的破坏力也增强，吹砂船管线更加容易损坏。而吹砂管线为整个施工工艺的大动脉，一旦损坏现场将被迫停工，加上管线一旦损坏排查及修理时间较长（一般需要1～2天），这就需要从管线的材质、直径、保护措施等方面做进一步的改进，以减小管线的损坏率。

（3）施工现场的协调

从吹砂船至接力船再至分流阀共有3处可对吹砂管线内泥沙流量进行控制的阀门，在施工时必须保证各输砂管线内泥沙的流量相一致，否则压力过大将造成管线爆裂，而一旦压力过小则管内泥沙流速降低颗粒较大的泥沙将在管线内沉积造成管线堵塞。因此在施工时该3个位置必须设专人进行指挥，并密切关注所在位置管线内的压力值，位于吹砂船处的指挥人必须将吹砂船的情况及时告知接力船和分流阀处指挥人员，以通过调整增压泵的功率及分流管的数量，确保管线内压力的正常。

因此如何保持管线内泥砂的持续通畅是该工艺能正常得以实施的关键，管线的完好率也即意味着吹砂的施工效率。

五、推广应用前景及经济效益预测

经过多年的磨练和经验总结，袋装砂施工工艺在市场上的运用已经算是比较成熟的了，然而就砂源和供砂的方式则有一个发展的过程，从起初的原始滩面泥浆泵取砂直接进行充灌砂袋，到后来的使用运砂船运砂至吹砂船靠驳，再由吹砂船通过管线输送至现场进行砂袋充灌，以及现在的长距离小管线接力充灌砂袋施工工艺，可以明显的看出砂源位置距离施工现场的位置越来越远、而供砂管线的长度也越来越长，施工难度也在逐渐增加。

然而为什么仍采用这种长距离管线供砂的袋装砂结构呢？

（1）因地制宜，就地取材

由于袋装砂以砂作为填充材料，而对于沿海及河流的下游沿江一带砂源丰富、分布广，这主要是从河流上游带来的大量泥沙均在下游或沿海一带堆积，每年都需花费大量的人力物力进行疏浚以保证航道的畅通，而采用袋装砂结构形式除了可以减少航道疏浚工程量以外还可以解决航道疏浚带来的弃土处理难等问题，达到变废为宝、一举两得的目的。

（2）施工速度快，节约工期

袋装砂水上和陆上均可进行大规模交叉、平行施工，同时可以开展多个工作面同时施工。而如采用抛石堤结构形式，由于现场滩地高，运输船进点需乘大潮汛高潮冲滩才能到达指定抛填点，且只能使用小型运输船作业，施工速度非常慢。

（3）节省投资、经济效益显著

该工艺虽然增加了一条吹砂接力船，增加了一定的成本，但综合考虑，袋装砂结构仍占很大的优势，本工程南大堤约为3万元/延米，而如全部采用抛石堤则约为5.5万元/延米。

综上所述，只要施工区域附近有足够的砂源，尤其是当工程所在地石料资源匮乏、而滩地标高较高时，长距离小管线接力充灌砂袋施工工艺就可是得到很好的运用。

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