張亦弛

上海市政建設(shè)有限公司 上海 200438

1 工程概況

上海黃浦江上游水源地連通管工程C8標(biāo)段范圍為：自松江泵站—金山分水點(diǎn)段的JC26號(hào)井（不含），金山分水點(diǎn)—閔奉分水點(diǎn)的JD07號(hào)井（含）。包括1個(gè)分水點(diǎn)（金山分水點(diǎn)）、8座頂管井（JC27～JC28、JD01～JD07）、7個(gè)頂進(jìn)區(qū)段，頂進(jìn)長(zhǎng)度4 569.53 m。

該標(biāo)段中JD01基坑井內(nèi)凈尺寸為φ17 m，沉井下沉深度21.25 m，井壁厚度1.0 m。JD01井內(nèi)有1根DN3 600 mm連通管需與另一端DN3 600 mm開(kāi)槽埋管段相連接，也就是本文討論的大S彎鋼管井內(nèi)連接施工技術(shù)（圖1）。

圖1 JD01頂管井平面布置

JD01井內(nèi)大S彎中心線高差為11.8 m，管節(jié)最上沿至底端15.4 m，彎中水平角度偏轉(zhuǎn)7°50'1''，對(duì)于這種一定深度井內(nèi)大質(zhì)量的管節(jié)連接，施工存在相當(dāng)?shù)碾y度及風(fēng)險(xiǎn)，需要施工人員合理細(xì)致地規(guī)劃施工。

2 可行性方案

考慮到大口徑鋼彎管運(yùn)輸有別于直管，經(jīng)分析卡車實(shí)際裝載空間尺寸（標(biāo)準(zhǔn)車寬小于2.5 m）及超寬車輛運(yùn)輸備案情況，應(yīng)盡量避免平躺運(yùn)輸增加裝載寬度，同時(shí)由于豎向運(yùn)輸途中易造成彎管損壞變形，故應(yīng)盡量減少?gòu)澒荛L(zhǎng)度，經(jīng)協(xié)商后將大S彎分成4段45°管節(jié)及一部分直短管加工運(yùn)輸較為穩(wěn)妥，45°管節(jié)裝車后采用三角木墊塊及綁帶固定，管段運(yùn)輸在夜間進(jìn)行，減少交通影響（圖2）。

圖2 45°彎管裝車示意

經(jīng)劃分后，井內(nèi)接攏共分6段管節(jié)、7道焊縫，剩余焊縫由加工廠完成（圖3）。管段內(nèi)細(xì)實(shí)線為加工廠焊縫，粗實(shí)線為現(xiàn)場(chǎng)焊縫，同時(shí)6#管節(jié)作為橫向直管主要用于橫向調(diào)節(jié)偏差，3#管節(jié)則用于縱向調(diào)節(jié)偏差。

圖3 大S彎進(jìn)場(chǎng)管節(jié)劃分

管節(jié)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)焊工拼接。拼接可采用沉井外預(yù)焊接再井內(nèi)整體吊裝，也可采用管節(jié)分段下井拼裝。經(jīng)過(guò)對(duì)三維模型和現(xiàn)場(chǎng)工況的分析以及以往的施工經(jīng)驗(yàn)，井下焊接的難度一定程度上大于地面，有條件地減少井下焊縫數(shù)量，同時(shí)采用合理的吊裝方法是更為穩(wěn)妥的施工方案，經(jīng)研究，存在2種可行性方案。

1）整體吊裝：將大S彎各段先由沉井外施工場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)拼接，完成后由2臺(tái)汽車吊雙機(jī)抬吊入井拼接，此方案為類似工程較多選用的施工方法。

2）分段吊裝：合理的分段吊裝并非由加工廠運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后直接下井進(jìn)行拼接，選擇合適的管節(jié)進(jìn)行預(yù)拼接，減少下井段數(shù)，同時(shí)也要保證吊裝質(zhì)量不宜過(guò)大，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)計(jì)算，將吊裝分為3段，包括1段90°彎頭、1段90°彎頭加縱向短管及1段排氣三通。

3 施工方式分析與選擇

雖整體吊裝為傳統(tǒng)常用施工方案，但在具備一定深度的地下施工時(shí)，在可行的條件下應(yīng)避免采用危險(xiǎn)性較大的施工方案，我們認(rèn)為分段吊裝比整體吊裝具備如下優(yōu)勢(shì)：

1）整體吊裝管節(jié)質(zhì)量大、體型大，總質(zhì)量接近60 t，理論對(duì)角最長(zhǎng)達(dá)19.3 m，且管節(jié)中心線呈大S形，無(wú)論單機(jī)吊裝或是雙機(jī)抬吊，起吊后的管節(jié)姿態(tài)都較難控制，對(duì)起吊要求相當(dāng)高。若采用分段吊裝可控制每次起吊質(zhì)量，降低施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，同時(shí)分段后的管節(jié)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，吊點(diǎn)更易選取，整體施工難度相應(yīng)降低[1-2]。

2）采用整體吊裝時(shí)，無(wú)論井邊加工場(chǎng)地如何放置大S彎管，起吊的難度都較大，如若采用側(cè)躺放置，在起吊時(shí)必須經(jīng)過(guò)翻身操作，易造成管節(jié)彎心或邊口受損。最佳方案采用“∽”形放置，同時(shí)墊設(shè)大量的鋼結(jié)構(gòu)作支撐，起吊時(shí)配合采用溜尾吊，避免管段受損變形。而分段吊裝由于結(jié)構(gòu)相對(duì)更為簡(jiǎn)單，起吊難度遠(yuǎn)低于整體吊裝，同時(shí)整體吊裝還存在場(chǎng)地堆放的局限、大起重量汽車吊地基加固等問(wèn)題。

3）在整體吊裝中，S彎下口拼接完成后需在拐角重心下布置鋼支撐結(jié)構(gòu)，在未澆筑混凝土支墩前，鋼支撐結(jié)構(gòu)需能夠承載整個(gè)大S彎的全部質(zhì)量，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)支撐載荷強(qiáng)度要求較高，同時(shí)大S彎管上端吊鉤不可脫鉤，直至上端完成接攏后方可脫鉤進(jìn)行混凝土支墩的澆筑，整體施工風(fēng)險(xiǎn)大。采用分段式吊裝可以在第1個(gè)90°彎管完成后即可進(jìn)行混凝土支墩澆筑，鋼結(jié)構(gòu)支撐的載荷遠(yuǎn)小于整體吊裝，相應(yīng)的可靠度更高，施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步減小。

4）在整體吊裝完后進(jìn)行上端口拼管焊接時(shí)，由于施工工序的原因，可以搭設(shè)多層鋼平臺(tái)（或是類貝雷梁結(jié)構(gòu)）協(xié)助焊工焊接（圖4），搭設(shè)高度為10 m，工人高空作業(yè)存在較大的安全隱患。而分段施工則采用邊施工邊回填的工序，不存在高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 整體接攏鋼支撐形式

5）在施工措施費(fèi)方面，這里估計(jì)三段式吊裝采用2個(gè)臺(tái)班160 t汽車吊及1個(gè)臺(tái)班80 t汽車吊，共計(jì)2×1.8萬(wàn)＋0.8萬(wàn)=4.4萬(wàn)元，整體吊裝采用2臺(tái)250 t汽車吊雙機(jī)抬吊各1個(gè)臺(tái)班，共計(jì)2×2.5萬(wàn)=5萬(wàn)元。

在人工費(fèi)用方面的區(qū)別主要體現(xiàn)在拼管人工上，在下井前一般只需要2名工人進(jìn)行拼管，下井后由于施工難度加大，則需要4人進(jìn)行拼管。這里我們計(jì)算整體吊裝下井前需完成5條焊縫，下井后只需2條，以人工費(fèi)400元/日計(jì)算，共計(jì)（2×4＋5×2）×400=7 200元；分段吊裝下井前需完成3條焊縫，下井后只需4條，共計(jì)（4×4＋3×2）×400=8 800元。

同時(shí)由于整體吊裝需要更為牢固的管道鋼支撐以及高15 m鋼支撐平臺(tái)的租賃費(fèi)用，在施工過(guò)程中也存在費(fèi)用上的區(qū)別。

根據(jù)計(jì)算，2種吊裝接攏方式整體費(fèi)用差距不大，預(yù)計(jì)分段吊裝節(jié)省0.7萬(wàn)元。

但同時(shí)整體吊裝也有它的優(yōu)勢(shì)。在工期方面，采用分段吊裝施工時(shí)穿插混凝土支墩支模、澆筑等，勢(shì)必影響階段性施工節(jié)點(diǎn)要求[3-4]。

根據(jù)計(jì)算，預(yù)計(jì)多花費(fèi)時(shí)間約為15 d。在接攏管精度控制方面，整體吊裝相對(duì)分段吊裝更為容易，分段拼接每一段的施工偏差都有延續(xù)性，對(duì)拼管的精度要求更高。

4 大S彎三段式接攏

根據(jù)如上分析，我們認(rèn)為，將大S彎管節(jié)分成三段分別進(jìn)行吊裝，即90°彎頭、90°彎頭加縱向短管及1段排氣三通這一方案更具可行性。

三段管段分別為：A段45°彎頭雙拼并在其上部焊接上500 mm短管，B段45°彎頭雙拼形成90°彎頭，C段排氣三通。根據(jù)計(jì)算，A段質(zhì)量為27.93 t，B段質(zhì)量為26.32 t，C段質(zhì)量為6.45 t。

根據(jù)JD1井DN3 600 mm連通管的外形尺寸、安裝位置、安裝形態(tài)、起吊質(zhì)量及沉井邊場(chǎng)地情況，A、B段吊裝選擇1臺(tái)160 t汽車吊，C段選擇1臺(tái)80 t汽車吊，依次分步驟完成吊裝。

4.1 A段吊裝

A段管段，由45°彎頭雙拼及500 mm短管組合而成，為不規(guī)則形管，由計(jì)算重心來(lái)確定臨時(shí)吊耳位置。根據(jù)管段重心，且安裝就位時(shí)一端管口截面水平，一端管口截面豎直，因此主吊點(diǎn)為2個(gè)20 t級(jí)的吊耳布置于重心上方偏離垂直管口側(cè)，在截面垂直管口前端設(shè)置1個(gè)20 t級(jí)輔助吊耳（圖5）。

圖5 A段管段吊耳布置

兩主吊耳通過(guò)鋼絲繩掛于汽車吊吊鉤上，主要負(fù)責(zé)管節(jié)起吊；截面垂直管口前端處設(shè)置的輔助吊耳通過(guò)手拉葫蘆掛于汽車吊吊鉤上，主要負(fù)責(zé)調(diào)解管口截面垂直度和管節(jié)吊裝姿態(tài)，保證吊裝拼接質(zhì)量。

在起吊前，被吊管段兩口處做好十字鋼結(jié)構(gòu)支撐，保證施工過(guò)程中管口的橢圓度不受外力原因超出標(biāo)準(zhǔn)以至對(duì)口困難。待準(zhǔn)備工作就緒后，采用160 t汽車吊將A段吊入JD01井內(nèi)，在吊裝過(guò)程中，管節(jié)的角度控制稍大于安裝角度，在對(duì)接口設(shè)置了導(dǎo)向型靠模，吊裝管節(jié)在上部進(jìn)入靠模后，緩緩松鉤，使其下部管口對(duì)接重合；在焊縫未完成燒焊連接前，汽車吊保持不松鉤；彎管內(nèi)搭設(shè)鋼平臺(tái)逐步往上，方便焊工操作[5-6]。

在A段管吊裝時(shí)，在管底布置鋼支撐托架（圖6），以保證在混凝土支墩澆筑及井內(nèi)回填前，管節(jié)不會(huì)因?yàn)橹亓υ驅(qū)е滦巫?，同時(shí)也能保證管道電焊施工的安全性。托架采用20a#工字鋼，底部鋪設(shè)厚12 mm鋼板，兩支腿側(cè)向各增加斜撐以保證穩(wěn)定性。

圖6 鋼支撐托架示意

A段管節(jié)完成吊裝后，在不拆除鋼管支撐托架的情況下進(jìn)行混凝土支墩澆筑及井內(nèi)回填，回填至管口標(biāo)高下1 m，實(shí)際標(biāo)高為－6.50 m，便于后續(xù)B段的吊裝、焊接工作。

4.2 B段吊裝

B段管節(jié)為45°彎頭雙拼，其重心在中心線上，由于安裝就位時(shí)一端管口截面水平向下，一端管口截面豎直，因此主吊點(diǎn)設(shè)置為2個(gè)20 t級(jí)的吊耳布置于重心上方偏截面垂直管口側(cè)，采用鋼絲繩連接汽車吊主吊鉤；在截面水平管口上端設(shè)置1個(gè)20 t級(jí)輔助吊耳，采用手拉葫蘆連接汽車吊吊鉤，用于調(diào)節(jié)安裝水平度（圖7）。

圖7 B段吊裝重心及吊耳布置示意

B段吊裝同樣采用160 t汽車吊，吊裝方式及施工要點(diǎn)都類同A段吊裝。

在B段管吊裝時(shí)，在管底布置同A段相同的管道支撐托架，上部鋪設(shè)橡膠墊以保護(hù)管節(jié)防腐涂層，并在其下方架設(shè)臨時(shí)支撐平臺(tái)，保證管段整體穩(wěn)定性。

B段管節(jié)完成吊裝后在井內(nèi)進(jìn)行回填，回填至管口標(biāo)高下1 m，實(shí)際標(biāo)高約為－2.50 m，便于后續(xù)C段的吊裝、焊接工作。

4.3 C段吊裝

C段吊裝相應(yīng)較為簡(jiǎn)單，在排氣口兩端平均分配2個(gè)15 t吊耳（圖8），并采用80 t汽車吊進(jìn)行吊裝。

圖8 C段吊耳布置位置

在C段管吊裝時(shí)，在管底同樣布置帶橡膠墊的管道支撐托架，以保證管節(jié)質(zhì)量及焊工安全。

5 實(shí)施效果

在施工決策階段，項(xiàng)目部技術(shù)人員經(jīng)討論選擇了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)妥的施工方案，施工前期做好了完善周全的準(zhǔn)備工作，各方面人員協(xié)同努力，按計(jì)劃井然有序?qū)嵤罱K未產(chǎn)生任何施工安全及質(zhì)量問(wèn)題，各階段施工中都消除了可能出現(xiàn)的隱患問(wèn)題[7-8]。

采用分段下井接攏的施工方法不僅在施工安全上面有顯著地提高，在成本上也得到很好的控制。分段吊裝采用更小噸位的單臺(tái)吊機(jī)，同時(shí)減少了一定量的鋼支撐，雖然需要更多地拼管人工費(fèi)用，但整體費(fèi)用略低于雙機(jī)整體吊裝。

由于前期準(zhǔn)備工作充足，施工階段井然有序，從第1根鋼管下井至最后1根鋼管焊接完成共用16 d，其中包括混凝土支墩的澆筑、養(yǎng)護(hù)，井內(nèi)回填土等較為耗時(shí)的工作，基本符合施工計(jì)劃。

本項(xiàng)目大S彎鋼管由于分為3段井下拼接，故對(duì)前2段的拼接精度要求非常高，且施工偏差是具備延續(xù)性的，操作不當(dāng)很有可能造成最后一個(gè)管段無(wú)法接攏，因此必須高度重視拼管質(zhì)量。為此，在實(shí)際施工中，我們每拼完一段即做一次復(fù)測(cè)，嚴(yán)控精度，最終在合理的尺寸誤差內(nèi)完成了大S彎接攏施工。

6 結(jié)語(yǔ)

考慮到井內(nèi)施工較為不便，往往在施工中總想著化零為整，盡量將工作轉(zhuǎn)移到較為方便的井邊施工場(chǎng)地，減少井內(nèi)的工作。但從這次大S彎接攏施工中，總結(jié)出了更進(jìn)一步的施工經(jīng)驗(yàn)。

在保證施工安全的前提下，做好合理的規(guī)劃與準(zhǔn)備，可以有效地減少施工工期，分段施工確實(shí)比整體吊裝所需工期更長(zhǎng)，但只要計(jì)劃合理，可以將工期差距減到很小，同時(shí)也能減少施工相關(guān)費(fèi)用。

所以，我們認(rèn)為最合理的施工方法不是依靠經(jīng)驗(yàn)按圖索驥，施工總有它的相似性和差異性，根據(jù)實(shí)際情況做好統(tǒng)籌準(zhǔn)備，合理布置，即可達(dá)到高效施工。