高 勇

（中國(guó)鐵建股份有限公司 北京 100855）

淺議大口徑P CCP管道安裝方案

高 勇

（中國(guó)鐵建股份有限公司 北京 100855）

PCCP作為一種新型輸水管材，從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始在國(guó)內(nèi)使用，2000年后得到廣泛使用，管線(xiàn)的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度、管道的設(shè)計(jì)直徑越來(lái)越大，目前應(yīng)用于南水北調(diào)中線(xiàn)北京段的直徑已達(dá)到4.0m，長(zhǎng)度達(dá)到雙線(xiàn)56.4km。為發(fā)揮PCCP的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)吊裝方法和機(jī)械設(shè)備的選用非常關(guān)鍵，本文對(duì)南水北調(diào)中線(xiàn)北京段應(yīng)急供水工程4.0m直徑PCCP安裝技術(shù)進(jìn)行了針對(duì)性的分析，希望對(duì)后續(xù)類(lèi)似項(xiàng)目施工有所幫助。

PCCP 吊裝設(shè)備 安裝方案

1 工程概況

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生活水平的提高、城市建設(shè)的日益加快，人們對(duì)水資源的需求越來(lái)越緊迫，特別是生活、生產(chǎn)用水成為社會(huì)關(guān)注的重大問(wèn)題，以至于部分水資源豐富的地區(qū)由于水質(zhì)嚴(yán)重污染，如2007年5月28日江蘇無(wú)錫太湖藍(lán)藻事件造成全市自來(lái)水停用10天時(shí)間，同樣急需引水；且諸多引水工程都具有引水距離長(zhǎng)、流量大、標(biāo)準(zhǔn)高、投資規(guī)模大、采用管道引水等特點(diǎn)。例如已經(jīng)建設(shè)投入運(yùn)行的山西萬(wàn)家寨引黃工程、哈爾濱磨盤(pán)山引水一期、引俄濟(jì)烏、南水北調(diào)中線(xiàn)京石段應(yīng)急供水、大伙房引水等工程。管道引水管材的選用、安裝方案的確定將直接影響工程的進(jìn)度、質(zhì)量及投資控制。對(duì)于長(zhǎng)距離大口徑輸水管道世界上普遍采用經(jīng)濟(jì)優(yōu)良的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe），簡(jiǎn)稱(chēng) PCCP，它是在帶有鋼筒的混凝土管芯外壁纏繞預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲，再輥射水泥砂漿保護(hù)層。它是由鋼制承插口鋼圈（插口為雙槽）、鋼筒、高強(qiáng)度混凝土、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼絲、致密水泥砂漿保護(hù)層多種主要材料組成的復(fù)合型管材，設(shè)計(jì)充分發(fā)揮鋼材、混凝土的特點(diǎn)。同時(shí)工廠(chǎng)化、自動(dòng)化生產(chǎn)有利于質(zhì)量控制，投資相對(duì)鋼管、球墨鑄鐵管較低，更重要的是承插式管安裝快捷便利，雙膠圈便于接頭密水檢查和管線(xiàn)抗?jié)B漏，柔性接頭適用基礎(chǔ)變形能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，因此近年來(lái)在國(guó)內(nèi)很多工程中得到廣泛的應(yīng)用。

2 PCCP安裝方法

PCCP是一種剛性相對(duì)較大、重量較大的復(fù)合管道?，F(xiàn)場(chǎng)施工安裝工藝大致為：測(cè)量放線(xiàn)→施工降水→溝槽開(kāi)挖→管基處理→PCCP吊裝→接頭水壓試驗(yàn)→外接縫灌漿→管溝回填→內(nèi)接縫勾縫。其中受管徑大小的影響，PCCP吊裝工序?qū)⒂泻艽蟮牟町?。本文主要分析吊裝方案。

首先解釋頂推法、外拉法、內(nèi)拉法三個(gè)名詞。

a.頂推法。頂推法即管道在安裝接頭就位時(shí)，利用專(zhuān)用設(shè)備（改裝后加橡膠墊板的推土機(jī)）從待裝管道后部施加水平頂推力，依靠推力將管道頂進(jìn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)承插口就位。

b.外拉法。外拉法即管道在安裝接頭就位時(shí)，利用捆綁在PCCP管道外壁的鋼絲繩作為受力點(diǎn)，借用手拉葫蘆和設(shè)在待裝管道后部的鋼梁，依靠拉力將管道拉進(jìn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)承插口就位。

c.內(nèi)拉法。內(nèi)拉法即管道在安裝接頭就位時(shí)，利用支撐在已安裝完成的PCCP管道內(nèi)部的斜撐梁或插在承插口內(nèi)縫的鋼梁，借助手拉葫蘆或液壓缸、千斤頂，鋼絲繩或鋼拉桿和設(shè)在待裝管道后部的鋼梁，依靠拉力將管道拉進(jìn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)承插口就位。

直徑1.2~2.6m、單節(jié)長(zhǎng)度6.0m和5.0m的PCCP重量約為10~20t，常采用普通汽車(chē)運(yùn)輸至溝槽上部，再根據(jù)溝槽開(kāi)挖深度、寬度、地質(zhì)條件，選用20~50t左右的履帶式起重機(jī)直接卸管、吊裝，最后采用外拉法或頂推法進(jìn)行接頭對(duì)接就位；直徑小于1.2m的PCCP重量相對(duì)更輕，溝槽也相對(duì)較淺，現(xiàn)場(chǎng)多直接利用挖槽用的反鏟挖掘機(jī)起吊安裝，外拉法對(duì)接就位。

南水北調(diào)中線(xiàn)北京段（惠南莊—大寧段）應(yīng)急供水工程全長(zhǎng)56.4km，全線(xiàn)PCCP生產(chǎn)、安裝2150節(jié)，對(duì)應(yīng)配套的管配件生產(chǎn)、安裝4336m（約360件）。PCCP分0.8MPa、0.6MPa、0.4MPa三種內(nèi)壓，3m、5m、7m、9m、10m 五種覆土深度，共計(jì)15種工況；混凝土管芯壁厚分260mm、280mm、300mm、320mm、350mm、380mm六種，管道根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分別采用單纏絲和雙纏絲，管道有效長(zhǎng)度5000mm，最大單節(jié)重量達(dá)77噸。管道安裝分6個(gè)標(biāo)段，工期從2006年7月開(kāi)始至2007年11月結(jié)束，共計(jì)16個(gè)月，計(jì)劃安裝強(qiáng)度為70節(jié)/日。實(shí)際施工過(guò)程中受征地拆遷和管線(xiàn)改移等影響，首節(jié)從2006年9月才開(kāi)始安裝，個(gè)別標(biāo)段到2007年2月才開(kāi)始，造成2007年安裝施工強(qiáng)度達(dá)到80~100節(jié)/日。溝槽開(kāi)挖深度在7~27m之間，超過(guò)10m的溝槽在10m高處設(shè)置馬道，溝槽開(kāi)挖寬度13.1m，施工組織設(shè)計(jì)、安裝方案確定將直接影響工程進(jìn)度。

2.1 設(shè)計(jì)吊裝方案

將300t的履帶式起重機(jī)置于溝槽一側(cè)上部或10m平臺(tái)馬道（開(kāi)挖深度超過(guò)10m的地段）的22m施工道路上，直接從運(yùn)輸車(chē)上卸管并吊運(yùn)至溝槽內(nèi)就位，然后利用推土機(jī)改裝設(shè)備進(jìn)行管道輔助對(duì)接安裝。300t履帶式起重機(jī)設(shè)備的參數(shù)見(jiàn)下表，安裝見(jiàn)圖1。

300t履帶式起重機(jī)參數(shù)標(biāo)（臂長(zhǎng)60m）

德馬格300t履帶式起重機(jī)加超級(jí)配重，最大起重力矩4048t·m。選用臂長(zhǎng)60m的吊車(chē)加160t配重。28m吊幅時(shí)，其重量為119t，安全起吊重量為 119×0.8=95t；30m 吊幅時(shí)，其重量為109t，安全起吊重量為109×0.8=87t。

2.2 施工方案研究

施工準(zhǔn)備過(guò)程中發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)可利用的大型起吊設(shè)備非常有限，租用存在相當(dāng)大的難度；據(jù)國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)調(diào)查，臨時(shí)購(gòu)置加工周期需要8個(gè)月時(shí)間，無(wú)法滿(mǎn)足工期需要。為此各參建單位根據(jù)管線(xiàn)設(shè)計(jì)坡度平緩（約0.1%~0.5%）、溝槽寬度均勻、絕大多數(shù)地段具備管道運(yùn)輸車(chē)直接入槽等實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)研分析，確定采用以下方案：

a.方案一：借用溝槽寬度，分段修筑不大于8%的下槽坡道，管車(chē)直接運(yùn)輸入槽，槽底設(shè)跨雙管線(xiàn)的大龍門(mén)吊卸管和安裝，或者利用雙跨大龍門(mén)吊卸管布管，再利用跨單管的小龍門(mén)吊移動(dòng)調(diào)整對(duì)位，最后采用內(nèi)拉法就位安裝。

設(shè)備參數(shù)：雙跨式龍門(mén)吊跨度12.0m，起吊高度約7.0m，起重量 80~100t。

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備制造技術(shù)成熟、加工費(fèi)用相對(duì)較低，使用安全可靠，設(shè)備拆裝相對(duì)方便，大小龍門(mén)吊軌道可以相互借用，槽內(nèi)起吊卸管快捷方便。

缺點(diǎn)：需要分段布設(shè)下槽坡道，增加運(yùn)輸難度。

b.方案二：根據(jù)溝槽上部寬度，設(shè)計(jì)高低腿大跨度（跨溝槽上部）單向龍門(mén)吊，一腿置于槽底外側(cè)，另一腿置于槽上運(yùn)輸路外側(cè)，管車(chē)運(yùn)輸至龍門(mén)吊下，由起重機(jī)卸管，并運(yùn)輸至槽內(nèi)布設(shè)管道，再利用單線(xiàn)小龍門(mén)吊移動(dòng)調(diào)整，最后采用內(nèi)拉法就位安裝。

圖1 設(shè)計(jì)吊裝方案

設(shè)備參數(shù)：龍門(mén)吊寬度約32.0m，長(zhǎng)腿高度18.0m，短腿高度約9.0m，起吊高度約14.0m，起重量80~100t。

優(yōu)點(diǎn)：不需要增設(shè)下槽坡道，直接在槽上卸管，便于管道運(yùn)輸。

缺點(diǎn)：設(shè)備跨度較大，設(shè)計(jì)、制造、安裝難度大，加工費(fèi)用相對(duì)較高，設(shè)備移位拆裝費(fèi)用較大，不能沿槽行走，只能定點(diǎn)卸管，起吊速度較慢，起重機(jī)高度大，安全問(wèn)題多。

c.方案三：根據(jù)溝槽上部寬度，設(shè)計(jì)跨槽式雙向單側(cè)懸臂式龍門(mén)吊，雙腿均置于溝槽上部邊緣，管車(chē)運(yùn)輸至龍門(mén)吊懸臂下，由起重機(jī)卸管，并運(yùn)輸至槽內(nèi)布設(shè)管道，再利用單線(xiàn)小龍門(mén)吊移動(dòng)調(diào)整，最后采用內(nèi)拉法就位安裝。

設(shè)備參數(shù)：龍門(mén)吊寬度約24.0m，腿高度約7.0m，起吊高度約10.0m，起重量80~100t。

優(yōu)點(diǎn)：不需要增設(shè)下槽坡道，隨管道安裝可以沿槽移動(dòng)，便于槽內(nèi)布管。

缺點(diǎn)：設(shè)備跨度較大，設(shè)計(jì)、制造安裝難度大，加工費(fèi)用相對(duì)較高，設(shè)備移位拆裝費(fèi)用較大。

d.方案四：方案四類(lèi)似方案三，根據(jù)溝槽上部寬度，設(shè)計(jì)爬地式移動(dòng)起重機(jī)，管車(chē)運(yùn)輸至起重機(jī)側(cè)面，由起重機(jī)卸管，并運(yùn)輸至槽內(nèi)布設(shè)管道，再利用單線(xiàn)小龍門(mén)吊移動(dòng)調(diào)整，最后采用內(nèi)拉法就位安裝。

各方案施工情況見(jiàn)圖2。

3 安裝強(qiáng)度分析

采用300t大型起重機(jī)械設(shè)備定點(diǎn)卸管、安裝方案，施工比較單一，安裝一節(jié)管道周期較長(zhǎng)；采用大小龍門(mén)吊配合使用方案，可以分解工序，提高安裝效率。

南水北調(diào)中線(xiàn)北京段PCCP全長(zhǎng)56.4km，共分六個(gè)土建安裝標(biāo)，一標(biāo)12.3km，二標(biāo)13.2km，三、四、五、六標(biāo)分別為7.7km、7.8km、7.8km、7.6km。按照原設(shè)計(jì)方案，一、二標(biāo)分別設(shè)置2個(gè)工作面，其余4個(gè)標(biāo)分別設(shè)置1個(gè)工作面，每個(gè)工作面配置1臺(tái)履帶式起重機(jī)，共需要起重設(shè)備8臺(tái)。按照合同工期安排安裝強(qiáng)度每個(gè)工作面需要達(dá)到每天10節(jié)。根據(jù)實(shí)際安裝強(qiáng)度分析，PCCP安裝主要占用時(shí)間的工序?yàn)榻宇^對(duì)接，此方案每道工序相互銜接，上道工序結(jié)束，下道工序才能開(kāi)始，整個(gè)安裝過(guò)程的每道工序都需要起重機(jī)協(xié)助，安裝1節(jié)管道需要時(shí)間很長(zhǎng)，將不可能如期完成。且起重設(shè)備的利用率也會(huì)很低，同時(shí)也不利于協(xié)調(diào)PCCP運(yùn)輸車(chē)輛的調(diào)配。

圖2 各方案施工情況

采用龍門(mén)吊方案，大小龍門(mén)吊配合使用，對(duì)卸管、運(yùn)管、安裝盡可能地分解，部分工序相互交叉，安裝1節(jié)管道需要的時(shí)間相對(duì)縮短，另外每套設(shè)備制造加工周期較短、費(fèi)用相對(duì)較低，同時(shí)根據(jù)進(jìn)度需要，可以在短時(shí)間內(nèi)增加設(shè)備和工作面。

4 設(shè)備經(jīng)濟(jì)比較

新購(gòu)置1臺(tái)300t履帶式起重機(jī)的費(fèi)用為1600萬(wàn)~2200萬(wàn)元；新購(gòu)置1臺(tái)80~100t垮槽式龍門(mén)吊的費(fèi)用為100萬(wàn)~240萬(wàn)元，新購(gòu)置1臺(tái)80~100t單線(xiàn)小龍門(mén)吊的費(fèi)用約30萬(wàn)~50萬(wàn)元。按照工作面設(shè)置最多的標(biāo)段進(jìn)行設(shè)備購(gòu)置費(fèi)分析，如果采用300t履帶式起重機(jī)安裝方案，安裝最少需要設(shè)置2個(gè)工作面，使用2臺(tái)履帶式起重機(jī)，新購(gòu)置設(shè)備需要投入費(fèi)用3200萬(wàn)元；實(shí)際采用龍門(mén)吊配置安裝方案，設(shè)置了5個(gè)安裝工作面，大型龍門(mén)吊配置4臺(tái)，小型龍門(mén)吊配置8臺(tái)，設(shè)備投入1000萬(wàn)元。

如長(zhǎng)期租賃大型履帶式起重機(jī)，安裝工期按12月計(jì)算，每個(gè)月80萬(wàn)元，實(shí)際租賃費(fèi)需要支付960萬(wàn)元，租賃費(fèi)用和龍門(mén)吊方案的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用基本相同，可見(jiàn)龍門(mén)吊施工方案比履帶式起重機(jī)施工方案從設(shè)備使用上將節(jié)省較大的投資。

5 結(jié)語(yǔ)

從56.4km雙線(xiàn)4.0m直徑PCCP管道的安裝施工方案分析研究和具體實(shí)施情況來(lái)看，管道運(yùn)輸直接入槽、大小龍門(mén)吊配合使用、內(nèi)拉法對(duì)接就位方案是3.6m以上大口徑PCCP管道安裝施工經(jīng)濟(jì)快捷的最佳方案，在今后的引水工程建設(shè)中具有一定的借鑒作用。