華緒銀

(廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340)

1 工程概況

珠江三角洲水資源配置工程深圳分干線起點為羅田水庫南側新建的羅田加壓泵站，終點為公明水庫，線路下穿公明水庫4#主壩左壩肩進入水庫，在庫內設進庫閘。線路全長為11.9 km，設計輸水流量為30 m3/s，盾構隧洞外徑為6.0 m，內襯鋼管內徑為4.8 m，流速為1.66 m/s。其中339 m為帶有鋼管的試驗段。

該試驗段項目輸水管道為盾構隧洞，外襯采用預制鋼筋混凝土管片，管片外徑為6 m，內徑為5.4 m，厚為0.3 m，環(huán)寬為1.5 m，管片通過不銹鋼螺栓連接。內襯鋼管采用鋼材Q345C，壁厚為14～22 mm，內徑為4.8 m。鋼管設加勁環(huán)，材質Q235C，環(huán)高為0.12 m，環(huán)寬為 28 mm，間距為1.5 m，內襯鋼管與管片之間回填C20自密實混凝土(如圖1所示)。

試驗段輸水管道工廠預制成9 m/段的鋼管節(jié)，再運輸至項目現(xiàn)場進行洞內組裝焊接。由圖1可知：安裝洞內直徑為5 400 mm，而鋼管內直徑為4 800 mm，壁厚為14～22 mm，加勁環(huán)寬度為140 mm，可以得出鋼管直徑最大的位置為 4 800+22×2+140×2=5 124 mm。故鋼管與洞內壁距離最小的地方僅為：(5 400-5 124)/2=276 mm。要在如此狹窄的空間內運輸并安裝管道是十分困難和復雜的，另外工期非常緊張，解決鋼管在洞內運輸、組對安裝成為本項目的重中之重。

圖1 珠三角水資源配置試驗段輸水管道斷面示意

2 鋼管隧洞內運輸安裝方案

初期擬定方案為：始裝節(jié)設置在出發(fā)井口處，地面進管在接收井出口，設備布置[1]如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)運輸安裝方案設備布置示意

1)在接收井口上方作業(yè)平臺120 t汽車吊，在距離始裝節(jié)約5～6 m洞軸線上位置布置1臺3 t卷揚機，卷揚機通過與管片手孔內8個螺栓焊接加固。

2)接收井底面距離鋼管吊放落地點后方3～4 m洞軸線上布置松放鋼絲繩鉸車。

3)在鋼管安裝范圍，按設計洞中心水平投影圖，在洞轉彎部位布設5 t鋼絲繩轉向滑輪。

4)拖拉鋼絲繩固定端，鋼絲一頭固定端扣在卷揚機底架上，雙股拖拉鋼絲繩通過5 t滑輪與系鋼管前拉耳上的短鋼絲繩連接。

5)保護鋼絲繩在鉸車的U型卷筒上繞3圈后一端(靠小端)鋼絲繩系到鋼管后拉耳上，另一端通過鋼絲繩近地面固定4寸管轉方向后人工系緊，達到安全保護作用，防止拖拉管過程中的管往前沖自動下滑。

然而，該隧洞并不是完全直的，還存在R=500 m的彎道和i=5%的坡度，該方案在這樣的工況下不是最優(yōu)。

提高鋼管在洞內的安裝效率，需借助自動化設備—運輸安裝車[2]，但經了解市場上沒有現(xiàn)成的自動化設備，可以滿足在此特定的洞內尺寸工況完成鋼管運輸。經與鄭州新大方重工科技有限公司合作，共同研制能夠在此工作環(huán)境下，完成鋼管運輸和組對調節(jié)為一體的專用設備DCY45型液壓臺車(見圖3)。

圖3 DCY45型輪胎式專用液壓臺車示意

2.1 鋼管隧洞內運輸安裝新方案

2.1.1總體構思

出發(fā)井至接收井間鋼管安裝待此段隧洞全線打通后進行，從接收井開始安裝。單節(jié)鋼管標準長度為 9 m，約24節(jié)，單重最重為26 t。洞內的運輸安裝通過DCY45型輪胎式專業(yè)液壓臺車(見圖4)進行，該臺車可實現(xiàn)鋼管在隧洞內的水平運輸、重載爬坡及鋼管組對調節(jié)要求(見圖5)。

圖4 DCY45型輪胎式專用液壓臺車側視示意

圖5 DCY45型輪胎式專用液壓臺車截面示意(組對調整桿)

2.1.2隧洞口裝車工藝[3]

1)DCY45型管道運輸車首先正常行走至裝載平臺處(待運輸管道與輔助臺階對齊)，此時管道運輸車輔助輪[4]抬起(見圖6)，不與管道內壁以及砼盾構內襯接觸。

圖6 輔助輪抬起示意

2)管道運輸車到達裝載區(qū)后，前端輔助輪放下(見圖7)，前端主輪離地。輔助輪向前前進，直到輔助輪靠近待運輸管道。

圖7 前端輔助輪放下示意

3)前端主輪下降，落至待運輸管道內壁，前端輔助支撐輪軸提升(見圖8)，運輸車進入管道。并且沿著待運輸管道下內壁前進。

圖8 前端輔助輪提升示意

4)管道運輸車穿過待運輸管道，運輸車頂部的頂升裝置開始運作，通過運輸車上搭載的超聲波測距傳感器，水平儀等輔助器具輔助操作人員通過調節(jié)豎直支撐油缸，縱橫移油缸將頂升裝置準確定位(見圖9)。

圖9 DCY45型輪胎式專用液壓臺車穿過鋼管段示意

5)運輸車頂升裝置繼續(xù)抬升(見圖10)，將整個管道馱運返回，當輔助支撐輪離開輔助臺階后著地，并繼續(xù)行駛。

圖10 DCY45型輪胎式專用液壓臺車頂升裝置抬升示意

6)運輸車繼續(xù)行駛，當全部走出輔助臺階后，調節(jié)頂升裝置至合適高度，輔助輪支撐輪軸離地(見圖11)，整機正常行駛至鋪設區(qū)，完成整個鋼管裝車運輸工序。

圖11 DCY45型輪胎式專用液壓臺車輔助輪離地示意

2.1.3工作面組對安裝工藝

1)首裝節(jié)選擇

鋼管從SY接收井進入，始裝節(jié)選在出發(fā)井口處。

2)首裝節(jié)安裝

當管節(jié)運到就位后，根據(jù)測量放出的鋼管中心軸線的垂直投影線、鋼管里程控制點對管口進行調整。鋼管調整好后支撐將鋼管與洞壁之間加固牢固。加固要牢固可靠。加固完后，再對各項指標進行復測并作記錄，接連組第2節(jié)管。

3)第2節(jié)管組對

① 第2節(jié)管由DCY45型管道運輸車正常馱運至始裝節(jié)管口，此時管道運輸車輔助輪抬起，不與管道內壁以及砼盾構內襯接觸。

② 管道運輸車到達組對區(qū)后，前端輔助輪放下，前端主輪離地。輔助輪向前前進，直到輔助輪靠近第1節(jié)管(見圖12)。

圖12 前端輔助輪放下主輪離地示意

③ 前端主輪下降，落至第1節(jié)管內壁，輔助支撐輪軸提升，運輸車進入管道(見圖13)。并且沿著第1節(jié)管下內壁前進。

圖13 運輸車前端進入管道

④ 管道運輸車前端進入第1節(jié)管道，第1節(jié)管與第2節(jié)管之間的空隙縮小至100 mm間隙時，運輸車頂部的頂升裝置開始運作，通過運輸車上搭載的超聲波測距傳感器，水平儀等輔助器具輔助操作人員通過調節(jié)豎直支撐油缸，縱移油缸，橫移油缸將第2節(jié)管與第1節(jié)管準確定位組對。使管節(jié)的高程、環(huán)縫間隙、錯位符合要求[5](見圖14)。

圖14 調節(jié)支撐調節(jié)管節(jié)組對示意

運輸車準確定位組對后，繼續(xù)緩慢前進收縮間隙，并且在收縮間隙的同時做細微的調整；2節(jié)管道合攏且調整各項指標符合要求后，進行環(huán)縫點對。對位好后在先焊定位組對縫，對管道進行加固。

管道加固完成后，運輸車后退(見圖15)，當輔助輪走出第2節(jié)管后，先讓輔助輪支撐輪落地，調節(jié)主輪至合適高度，離開管道下內壁。

圖15 管節(jié)組對加固完成后運輸車開始退出鋼管示意

待整機完全離開管道后(見圖16)，調節(jié)主輪至合適高度放下，輔助輪支撐輪軸離地，繼續(xù)正常行駛至鋪設區(qū)，完成整個鋼管組對運輸工序。

圖16 管節(jié)組對加固完成后運輸車完全退出鋼管示意

3 結語

輸水管道在狹小空間內運輸、組對是整個輸水管道安裝的重點與難點。擬定的新方案能夠很好地解決大直徑輸水管道在隧洞內運輸及組對難的技術問題，且大大縮短了安裝時間，給企業(yè)帶來效益。此施工技術在珠三角水資源配置工程試驗段項目得到了很好的實踐。后續(xù)還可以在此DCY45型輪胎式專用液壓臺車上增加人工智能，使其變得更加智能，能夠記憶運輸過程中的彎道位置、啟運和組對程序，使其更加高效簡便。