劉朝輝

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 )

1 基本情況

隨著我國長距離輸水工程建設，預應力鋼筒混凝土管主要包括混凝土、鋼筒、鋼絲等，在長距離輸水、供水和排污等工程中應用廣泛。在遼西北全面啟動重點輸水工程建設以來，工程管線段涉及的大直徑PCCP管是本工程的核心問題，其中彎頭由于其重量大，安裝難度高，是大直徑PCCP管道安裝技術中的重點和難點。

目前各種施工方法中，主要以PCCP標準管道安裝技術為主，較少涉及大直徑PCCP管道安裝。大直徑PCCP空間彎頭施工中主要存在以下問題：由于水平與豎向轉(zhuǎn)角的重疊引起空間彎頭安裝難度較大，尤其是管件兩端插口方位角及高程，極易出現(xiàn)安裝不到位等工程質(zhì)量問題；管件吊裝過程中的平衡問題，由于空間彎頭的不規(guī)則形狀導致彎頭質(zhì)心并不在彎頭上，傳統(tǒng)吊裝很難達到管件平衡，難以實現(xiàn)管件及彎頭的精確對接；空間彎頭多應用于地質(zhì)環(huán)境較為復雜，或者地下存在建構筑物的情況，因此，吊裝難度較大，對吊裝設備管理及具體吊裝方法、手段要求很高；空間彎頭安裝過程中，管件下部需要建設混凝土支撐建筑物，因此，需要架空空間彎頭以便提供作業(yè)空間，空間彎頭架空難度大，極易出現(xiàn)安裝位置和方向變化；對于小尺寸空間彎頭配件，可以實現(xiàn)在管廠一次整體成型，并運送到施工場地，但目前對于尺寸大于7m的空間彎頭，需要在現(xiàn)場焊接拼裝，往往導致彎頭焊接質(zhì)量差，輸水過程中導致滲漏等質(zhì)量問題，同時，影響施工建設工期。

基于上述對空間彎頭安裝問題分析，提出了一種大直徑PCCP空間彎頭整體安裝技術，并成功應用于具體的工程實踐中，具有快速、準確對接，整體安裝等優(yōu)點，相關成果可以為類似工程提供有益參考。

2 施工工藝

2.1 管道運輸

空間彎頭處溝槽開挖寬度大，管道安裝時采用400t履帶吊吊裝，以滿足第三排管道整體吊裝施工要求。管件整體制作前，首先利用超長平板專用運輸車對管件運輸?shù)缆愤M行沿線實際考察，結合管件總體運輸高度及寬度要求進行運輸路徑規(guī)劃；管件整體運輸時，采用枕木對管件進行分段支撐(分頭部、中部及尾部)，支撐穩(wěn)定后采用鋼絲繩配合吊鏈進行捆綁加固，確保管件整體運輸?shù)陌踩⒎€(wěn)固。管道運輸采用15m平板拖車直接運輸至現(xiàn)場，管道運輸時，考慮到管件較大，開草線路面寬度只有9.0m，為確保運輸安全，空間彎頭管件運輸時，前后各安排一輛皮卡車進行巡道。

2.2 溝槽開挖

建安二標C41+458.039處工程中采用分段分層開挖土方，根據(jù)工程場地施工地質(zhì)勘查資料，采用3層開挖方式，分層厚度≤4.0m。利用“時空效應”，控制開挖速度，滿足主體管道安裝即可。開挖土方利用自卸汽車運土至臨時堆土區(qū)或回填區(qū)段，并采用大型推土機配合進行土料堆放。根據(jù)地質(zhì)條件，該樁號段石方主要呈全風化狀，采用挖掘機開挖即可，局部配合液壓破碎，如果地質(zhì)有變化，開挖時出露強風化巖等堅硬巖石，則采用石方爆破后挖掘機挖裝，并棄入監(jiān)理工程師指定渣場。

表1 空間彎頭各線承插口管端高程計算表 單位：m

對控制樁位置及高程復核無誤后，劃定開挖邊界線并放線，施工過程中控制樁間隔50m。嚴格按照施工設計開挖邊坡，避免欠挖、超挖等現(xiàn)象出現(xiàn)。將施工工程中基礎底部預留的20cm保護層修整到設計標高，按照槽底允許高程誤差為±20mm標準，待驗槽合格后進行下一道工序。管道基槽形成后確定澆筑邊線，然后采用10方木筑模，墊層澆筑按10m/塊，分塊澆筑?；炷林苯幼⑷牍艿阑?，澆筑厚度為10，振搗密實并木抹刀抹面。在土方運輸中，注意施工道路的穩(wěn)定性。道路由專人負責管理，定期對道路進行檢查維修，保證道路的暢通。

2.3 承插口段高程計算

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，承插口管口中心高程計算結構詳見表1。

2.4 空間彎頭吊裝

管件在管廠按照設計轉(zhuǎn)角和尺寸加工制作成整體構件，核對構件的數(shù)量、尺寸、方向，采用超長平板運管車運輸至現(xiàn)場。由于彎頭水平與豎向轉(zhuǎn)角重疊引起的空間轉(zhuǎn)角，導致空間與水平彎頭的幾何尺寸存在較大差異，因此，要實現(xiàn)空間與水平彎頭的準確對接減少或避免彎頭安裝誤差，應嚴格按照標準管節(jié)安裝的方位角和縱坡?？臻g彎頭安裝吊具主要包括1個定長吊具和3個可調(diào)節(jié)吊具。吊具主要組成材料有：鋼絲繩7條(1條21m長，2條16m長，2條1.5m長，1條14m長，1條6m)，2個5t吊鏈，2個5t卸扣，2個10t吊鏈。插口端吊裝為21m主承重鋼絲繩，管件承口端為14m、6m鋼絲繩配合2個10t吊鏈吊裝，可通過2個10t吊鏈調(diào)整承口端位置，見圖1中的1#、2#鋼絲繩，吊點位置為距管道1m處。采用兩條2條16m鋼絲繩分別配置一個5t吊鏈組合成可調(diào)節(jié)吊點。如圖1所示：3#和4#鋼絲繩為16m鋼絲繩環(huán)抱捆綁管件，捆綁節(jié)點位于管道腰線，捆綁節(jié)點采用5t卸扣連接。兩條鋼絲繩分別位于管件左、右兩側(cè)，剩余一端與吊鉤上部1.5m長鋼絲繩吊鏈連接。經(jīng)計算與廠內(nèi)吊裝試驗確定的布設具體吊裝位置詳如圖1所示，綁扎方案如圖2所示。

圖1 管件吊裝捆綁示意圖

圖2 空間彎頭吊裝前綁扎

空間彎頭吊裝具體實施步驟如下：利用履帶吊將捆綁好管件吊起，為保證各條吊帶均勻受力，管件脫離地面之前，調(diào)整2#、3#、4#吊帶吊鏈；然后，依次調(diào)整吊鏈1、2，保證管端徑向線繩處于水平位置，符合管件設計安裝的方向和水平轉(zhuǎn)角。管道與空間彎頭對接方式主要包括10t吊鏈內(nèi)拉對接如圖3所示，以及起重吊車上下輕微擺動，如圖4、圖5所示。在標準管管縫處和空間彎頭安裝方向管端設置受力橫梁，使管件對接至內(nèi)縫80左右。對于安裝過程中軸線控制，主要方式為在管端放置一根長2.5m的角鐵，角鐵上部放置一80長水平尺，在角鐵水平中心處掛線錘，通過2#、3#吊鏈調(diào)整吊帶長度，旋轉(zhuǎn)管件達到微調(diào)目的，調(diào)節(jié)管道中心與控制樁吻合。分別按照管件與上一節(jié)管道內(nèi)縫管件小于25以及內(nèi)底高程處于設計高程±3范圍內(nèi)等設計要求，確保管件連接及內(nèi)地高程符合設計規(guī)范要求。

圖3 管件安裝內(nèi)拉示意圖

圖4 空間彎頭吊裝

圖5 空間彎頭微調(diào)

2.5 管道軸線復核

管道安裝施工過程中，分別測量2.5m角鐵(角鐵始終保持水平狀態(tài))兩端至中線控制點2的距離，保證管道方位角與設計吻合。通過內(nèi)拉設備左右微調(diào)和2#、3#吊帶吊鏈旋轉(zhuǎn)微調(diào)，調(diào)節(jié)至邊長1=邊長2時，使管端橫截面與管道軸線垂直，即管件安裝方向的方位角和管件軸線與設計中心線吻合。如圖6所示，利用手提式打壓泵打壓接頭，根據(jù)試壓嘴壓力有無壓力變化，對接縫壓力進行驗證。

圖6 管件安裝軸線復核方法示意圖

2.6 空間彎頭支撐與固定

由于水平轉(zhuǎn)角和豎向轉(zhuǎn)角之間的疊加導致管件不穩(wěn)定，因此，需要對空間彎頭進行支撐與固定，空間彎頭管件支撐位置主要在管件承口端和插口端，支撐數(shù)目設置不少于兩處，支撐裝置采用直徑75cm鋼管桁架，同時，為增加支撐的有效作用面積，分別在鋼支撐立桿下部及管道接觸部位分別尺寸為30×30×2及20×20×2的鋼板，防止應力集中破壞管道。管件加固用型鋼桁架根據(jù)安裝高程與基礎面間距離提前制作完成，制作尺寸應略小于管外壁與基礎面高差，管件現(xiàn)場安裝就位后采用墊塊及楔鐵進行位置調(diào)整與加固，然后進行焊接固定。管件加固方式、鋼桁架支座樣式詳見圖7、圖8，支撐方式見圖9。

圖7 空間彎頭管件固定示意圖

圖8 鋼桁架支座細部圖

圖9 鋼桁架支撐圖片

2.7 混凝土澆筑

本樁號水平鎮(zhèn)墩混凝土澆筑將鋼桁架與固定穩(wěn)定的彎頭一并澆筑，使其成為一個整體，在日后通水時，混凝土鎮(zhèn)墩固定彎頭，降低或避免水錘對管件影響。按照施工組織設計中，施工圖紙進行放線，鋼筋尺寸、位置等安裝參數(shù)應嚴格按照施工圖紙的設置。在施工過程中應保證鋼筋表面潔凈無損，銹跡等污染應清除，顆粒狀或片狀老銹的鋼筋嚴禁使用。

建安二標C41+458.039處工程中模板主要為竹膠模板，并輔助使用小型標準鋼模板，根據(jù)模板表面光滑、接縫嚴密，不漏漿原則對安裝模板進行工程驗收。對于模板內(nèi)側(cè)澆筑面，澆筑前需要清理雜物，用高壓風水槍沖洗干凈，并涂刷脫模隔離劑?；炷林苽鋰栏褡袷鼗炷僚浜媳龋砂韬驼炯邪柚?，采用8m3混凝土罐車運輸。混凝土鋪料厚度每層30～40cm，保持混凝土面均勻上升。分別采用插入式振搗器以及平板振搗器對倉號內(nèi)及表面混凝土進行振搗?；炷翝仓瓿珊笮枰M行人工養(yǎng)護，澆筑完成12～18h后，采用灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間持續(xù)一到兩周，并按照混凝土相關施工規(guī)范對混凝土拆模。對于水平施工縫處理：先人工拉毛后用水沖毛，鑿毛時混凝土強度應達到2.5MPa。

3 效益分析

本成果在遼寧重點輸水工程三段建安二標C41+458.039處進行了成功的試點應用，本段管線安裝多處于溝谷及坡地地貌，原地面地勢起伏較大，且地勢狹窄，管線穿河、穿路段埋深均較大。通過采用空間彎頭改變管道方向，能夠有效克服復雜地質(zhì)條件的不利地形，保護周圍地上及地下建構筑物。本工程空間彎頭一共有58處，工程工期、現(xiàn)場施工協(xié)調(diào)和安全生產(chǎn)管理工作均存在壓力巨大。

采用文中提出的空間彎頭整體安裝技術，施工質(zhì)量得到有效保證，施工組織管理設計更加合理有效，施工進度管理水平不斷提升，增強空間彎頭安裝工程質(zhì)量。空間彎頭整體安裝技術應用節(jié)約大量的人力物力成本，經(jīng)濟效益核算表明，本工程整體吊裝技術比傳統(tǒng)安裝技術節(jié)約成本約1186萬元。每處空間彎頭施工工期比傳統(tǒng)施工技術節(jié)省25天。

4 結語

空間彎頭整體安裝技術的運用可以有效的提高工作效率和施工效果，通過對空間整體安裝技術優(yōu)化與現(xiàn)場實踐，能夠有效減少管理支出降低管理成本。研究成果的推廣與應用必將為PCCP管道安裝工程提供有力支撐。

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