李 強(qiáng)，王 洋

(1.唐山學(xué)院土木工程學(xué)院，河北 唐山 063000； 2.河北省建筑工程與尾礦綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063000；3.唐山城市建筑工程集團(tuán)有限公司，河北 唐山 063000)

0 引言

近些年，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境治理力度的不斷加大，國(guó)內(nèi)各地石化、鋼鐵及煤焦化工業(yè)加速升級(jí)、搬遷改造，催生了大批天然氣、煤氣管道施工項(xiàng)目。唐山市地處環(huán)渤海地區(qū)，是重要的港口城市，其曹妃甸港和京唐港轄區(qū)內(nèi)多為灘涂、低洼地，且水文地質(zhì)條件較差，不利于油氣儲(chǔ)運(yùn)管道項(xiàng)目施工。目前，國(guó)內(nèi)管道穿跨越工程的施工方法大致分為2類(lèi)：架空穿越法和水下敷設(shè)法[1-3]。架空穿跨越技術(shù)主要應(yīng)用于跨越河流、公路和鐵路等區(qū)域的管線(xiàn)鋪設(shè)施工中，如前期施工階段出現(xiàn)選線(xiàn)不科學(xué)、施工方案不合理等問(wèn)題，會(huì)對(duì)管道后期的正常使用和安全運(yùn)行產(chǎn)生巨大隱患，因此，不斷提升和優(yōu)化管道穿跨越技術(shù)就顯得意義重大[4-6]。

1 技術(shù)概述

穿越架空大口徑管道施工技術(shù)適用于沿海地區(qū)的低洼地或吹沙造地等地質(zhì)條件較差區(qū)域的架空穿越河道大口徑管道的敷設(shè)工程，本技術(shù)主要包括管道支架基礎(chǔ)施工和管道安裝?；A(chǔ)施工過(guò)程中，采用拋土擠壓、單點(diǎn)板樁解決常規(guī)設(shè)備水下打樁、深基坑(旁邊有鐵路、管線(xiàn))開(kāi)挖難題；鋼板樁支護(hù)深基坑開(kāi)挖，采用基坑超挖、碎石濾水層、專(zhuān)用排水工具施工技術(shù)，解決在泥水作業(yè)面施工、河道降水難題。管道安裝部分采用BIM軟件輔助計(jì)算，實(shí)現(xiàn)管道、補(bǔ)償器、閥門(mén)的精確排管；使用特制千斤頂整圓器和專(zhuān)用對(duì)口器實(shí)現(xiàn)管道整圓和對(duì)口，從而解決大口徑架空管道高空吊裝作業(yè)難題。

本施工技術(shù)先后應(yīng)用于河鋼集團(tuán)唐山中厚板有限公司負(fù)壓除塵架空管道改擴(kuò)建工程、河鋼集團(tuán)唐山中厚板有限公司與唐山中潤(rùn)煤化工有限公司的燃?xì)庵脫Q等工程中，技術(shù)方案在大量工程實(shí)踐中得到了進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，逐步形成了準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化的架空大口徑管道施工工法。實(shí)踐證明，該技術(shù)在既保證施工安全、質(zhì)量的同時(shí)，能夠縮短工期，降低施工成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，極具推廣應(yīng)用價(jià)值。

2 施工方案及要點(diǎn)

2.1 施工方案

以河鋼集團(tuán)唐山中厚板有限公司與唐山中潤(rùn)煤化工有限公司的煤氣置換工程為例，主要包括管道支架基礎(chǔ)施工、管道及支架預(yù)制、BIM軟件建模排管、管道吊裝對(duì)口焊接等，施工技術(shù)方案如圖1所示。

圖1 施工方案

2.2 樁基礎(chǔ)施工技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1河道回填

由于工程穿越的河道西側(cè)有鐵路，因此，在河道東側(cè)修建臨時(shí)施工道路，且由河道東岸進(jìn)行回填。自卸汽車(chē)運(yùn)土，裝載機(jī)從河道東岸向河道中漸進(jìn)推土、拋土回填，將河道泥水?dāng)D壓至西側(cè)?；靥钇矫娣秶^(guò)管道支架基礎(chǔ)開(kāi)挖邊線(xiàn)500mm，回填至標(biāo)高-0.700m處，平均深度2m，寬度6m，長(zhǎng)度1 250m，回填土方總量約為15 000m3。管道支架基礎(chǔ)部位回填土承載力滿(mǎn)足打樁機(jī)施工要求，基礎(chǔ)中間部位回填土承載力滿(mǎn)足上人作業(yè)、架設(shè)測(cè)量?jī)x器放線(xiàn)要求，一邊回填一邊利用挖掘機(jī)清理河道西側(cè)淤泥過(guò)高部分，保持河道排水通暢。

2.2.2混凝土灌注樁施工

此工程樁基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土灌注樁，樁徑為600mm，混凝土強(qiáng)度為C30，主筋為HRB400，箍筋為HPB300，保護(hù)層厚度為55mm。有效樁長(zhǎng)為15.5m(至標(biāo)高-8.600m)，樁身鋼筋錨固進(jìn)入基礎(chǔ)承臺(tái)中≥750mm。 單樁承載力特征值Ra=1 000kN，每個(gè)樁基承臺(tái)下4根樁，共204根。樁身施工前需進(jìn)行試成孔，未出現(xiàn)縮頸、塌孔、回淤等現(xiàn)象方可正式施工。樁基礎(chǔ)分2個(gè)施工段，平行流水作業(yè)。成樁作業(yè)結(jié)束后需進(jìn)行檢樁試驗(yàn)，所有樁應(yīng)符合設(shè)計(jì)及樁基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范要求。

2.3 管道支架基礎(chǔ)施工技術(shù)

2.3.1深基坑支護(hù)及開(kāi)挖

1)鋼板樁支護(hù)及土方開(kāi)挖 管道支架基礎(chǔ)底標(biāo)高為-8.600m，回填土表層標(biāo)高為-0.700m，單個(gè)基坑開(kāi)挖平面尺寸為6.4m×6.4m，開(kāi)挖深度為7.9m(回填土層厚約2.0m，淤泥質(zhì)土厚約5.9m)，屬于深基坑開(kāi)挖。同時(shí)，由于施工場(chǎng)地存在地下水位高、滲水量大等不利地質(zhì)因素，因此，采用多支撐拉森Ⅳ(SP-U400×170×15.5)型鋼板樁和I40a鋼圍檁的基坑支護(hù)方案。根據(jù)河北省危險(xiǎn)性較大建設(shè)工程安全專(zhuān)項(xiàng)施工方案編制及專(zhuān)家論證審查辦法要求，編制了專(zhuān)項(xiàng)鋼板樁支護(hù)施工方案，并進(jìn)行專(zhuān)家論證。場(chǎng)地平整、放線(xiàn)定位后打入拉森鋼板樁，基坑分層開(kāi)挖及設(shè)置圍檁橫向支撐按表1標(biāo)高進(jìn)行。

表1 基坑分層開(kāi)挖及圍檁橫向支撐設(shè)置標(biāo)高 m

2)基坑排水 考慮到深基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中可能有地下水涌出，因此，需采取相應(yīng)排水措施，在基坑底部開(kāi)挖臨時(shí)排水溝，各拐角點(diǎn)設(shè)置集水井，利用泥漿泵抽出基坑內(nèi)積水，以確?；邮┕ぐ踩Ｔ诨咏遣吭O(shè)置1只直徑0.6m、高0.8m特制雙層鍍鋅鐵皮水桶，水桶內(nèi)外壁打φ8mm孔洞，內(nèi)外壁間填置棕櫚樹(shù)皮濾水材料，桶內(nèi)設(shè)置水泵抽水。由基坑底回填碎石至-8.700m，回填碎石層下部為0.6m厚粗粒徑碎石，濾水快；上部為0.2m厚細(xì)粒徑碎石，便于基礎(chǔ)墊層施工。鋼板樁縫隙滲水及基坑底上反水通過(guò)碎石濾水層內(nèi)埋設(shè)的水泵抽出，作業(yè)面保持干燥平整[7]。

2.3.2混凝土基礎(chǔ)施工

管道鋼結(jié)構(gòu)支架采用杯口基礎(chǔ)，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，主筋HRB400，箍筋HPB335，受力鋼筋混凝土保護(hù)層厚55mm。管道鋼結(jié)構(gòu)支架共51個(gè)，其中固定支架14個(gè)，滑動(dòng)支架37個(gè)。支架基礎(chǔ)共51個(gè)，即1個(gè)支架由1個(gè)基礎(chǔ)承托，其中固定支架基礎(chǔ)為4支柱基礎(chǔ)，滑動(dòng)支架基礎(chǔ)為2支柱基礎(chǔ)?；A(chǔ)頂面杯口深度為850mm，杯口底部預(yù)埋50mm厚鋼板，管道鋼結(jié)構(gòu)支架插入杯口，立于鋼板上，防止杯底混凝土局部受力過(guò)大而破壞。

2.4 管道安裝敷設(shè)技術(shù)

2.4.1管道鋼結(jié)構(gòu)支架預(yù)制

管道鋼結(jié)構(gòu)支架梁柱為H型鋼，柱間支撐為角鋼和槽鋼。按施工圖放樣，鋼材下料前必須先校正，校正后的偏差值不應(yīng)超過(guò)規(guī)范規(guī)定的允許偏差值，以保證下料質(zhì)量。H型鋼采用半自動(dòng)焊，其上、下翼緣不得在跨中1/3范圍內(nèi)接頭，上、下翼緣板和腹板的拼接應(yīng)采用加引弧板(其厚度和剖口與主材相同)的對(duì)接焊縫并保證焊透，三者對(duì)接焊縫不應(yīng)設(shè)置在同一截面，應(yīng)互相錯(cuò)開(kāi)200mm以上，與加勁肋亦應(yīng)錯(cuò)開(kāi)200mm以上，上、下翼緣板和腹板焊接次序如圖2所示。焊接全部完成后，應(yīng)將毛刺等殘留物及螺栓孔四周打磨平整。焊縫冷卻24h后，對(duì)所有焊縫進(jìn)行外觀(guān)檢查并記錄，對(duì)所有H型鋼對(duì)接焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)。構(gòu)件經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)合格后進(jìn)行除銹并涂刷油漆，涂料及漆膜厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求或施工規(guī)范規(guī)定，最后在構(gòu)件指定位置標(biāo)注編號(hào)。

圖2 焊接順序

2.4.2管道加工、預(yù)拼裝

本工程涉及的高爐煤氣管道(φ2 820)和焦?fàn)t煤氣管道(φ1 220)采用成品螺旋焊接管，螺旋焊接管單根長(zhǎng)12m，高爐煤氣管道和焦?fàn)t煤氣管道的單節(jié)加工長(zhǎng)度均約為26m(1個(gè)管道支架間距)。采用BIM軟件建立全程管線(xiàn)模型，實(shí)現(xiàn)各節(jié)管道、補(bǔ)償器和閥門(mén)等的精確排管，準(zhǔn)確計(jì)算每節(jié)預(yù)制管道(含補(bǔ)償器)加工長(zhǎng)度[8-9]。

加工過(guò)程中，采用電動(dòng)坡口器切割焊接坡口，而后使用工具式管道對(duì)口器卡緊管道外口(見(jiàn)圖3)，使用特制千斤頂對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行整圓對(duì)口(見(jiàn)圖4)。焊接時(shí)，先進(jìn)行對(duì)稱(chēng)點(diǎn)焊固定，再采用氬弧焊內(nèi)外各焊接1遍，最后利用手工電弧焊焊接，里口1遍，外口2遍，共5遍。焊口探傷合格后，進(jìn)行打磨除銹、噴漆防腐、編號(hào)[10]。每節(jié)管道加工完成后，均要與相鄰管節(jié)進(jìn)行預(yù)拼裝對(duì)口，預(yù)拼裝同樣采用工具對(duì)口器和特制千斤頂進(jìn)行整圓對(duì)口，從而避免吊裝過(guò)程中在高空切割長(zhǎng)管或接長(zhǎng)短管，減小吊裝及對(duì)口焊接的施工難度，提高施工效率。

圖3 工具式管道對(duì)口器

圖4 特制千斤頂整圓器

2.4.3管道吊裝

高爐煤氣管道、焦?fàn)t煤氣管道和φ108高壓蒸汽管道安裝位置如圖5所示。管線(xiàn)總長(zhǎng)1 313.6m，共設(shè)51個(gè)支架，滑動(dòng)支架間距25m，固定支架與兩側(cè)相鄰滑動(dòng)支架間距均為26m，如圖6所示。由于管道沿線(xiàn)地理環(huán)境較為復(fù)雜，共有3處特殊支架間距，分別為22.2，32，56.6m。根據(jù)各類(lèi)管道安裝位置關(guān)系，確定吊裝設(shè)備如表2所示，2個(gè)班組流水作業(yè)，有效提高了吊裝效率。

圖5 管道及支架剖面

表2 吊裝設(shè)備

圖6 管道吊裝方案

鋼筋混凝土基礎(chǔ)及鋼結(jié)構(gòu)支架施工安裝完畢并滿(mǎn)足管道吊裝強(qiáng)度后，開(kāi)始吊裝管道。按標(biāo)記序號(hào)使用加長(zhǎng)載重車(chē)將管道運(yùn)至河道邊，根據(jù)預(yù)排吊裝順序依次吊裝，吊裝方案如圖6所示。首先使用2臺(tái)20t起重機(jī)，先吊起1節(jié)焦?fàn)t煤氣管道?、伲瑥钠鹗脊潭ü艿乐Ъ茏蠖酥胁砍型辛禾幉迦?，再回調(diào)至管道兩端放置于支架上，調(diào)整到位；吊起第2節(jié)焦?fàn)t煤氣管道?、?，先插入右端支架，回調(diào)到位對(duì)接，左端起重機(jī)停車(chē)，固定管位，焊接。按以上方式依次吊裝?、酆托、堋４?fàn)t煤氣管道?、俸托、诤附油瓿珊?，將高爐煤氣管道大①和大②運(yùn)至河道邊進(jìn)行對(duì)口焊接，完成后使用2臺(tái)100t起重機(jī)起吊，放置于管道支架上部，調(diào)整到位。待焦?fàn)t煤氣管道?、酆托、芎附油瓿珊螅凑胀瑯臃绞皆诘孛鎸⒏郀t煤氣管道大③和大④對(duì)口焊接，而后吊裝就位，最后將大①、大②段與大③、大④段對(duì)口焊接。按以上方案吊裝，可保障高爐煤氣管道和焦?fàn)t煤氣管道吊裝工作交替平行流水作業(yè)，互不干擾，大大提高了施工效率。管道吊裝完成后，還要進(jìn)行焊口探傷、管道打壓、防腐、噴漆找補(bǔ)等工作。

3 結(jié)語(yǔ)

1)本工程管道沿線(xiàn)多為灘涂或低洼地等地質(zhì)條件較差區(qū)域，且管道穿越架空于河道之上，采用回填河道、混凝土灌注樁、拋土擠壓、拉森鋼板樁等施工技術(shù)，避免了水下打樁，較好地解決了軟土層深基坑(臨近鐵路、管線(xiàn))支護(hù)和開(kāi)挖難題。

2)施工區(qū)域地下水位線(xiàn)較高，且地處河道內(nèi)，因此，基坑排水至關(guān)重要。本工程在基坑超挖基礎(chǔ)上，在基底先鋪設(shè)0.6m厚粗粒徑碎石層，便于快速濾水；再鋪設(shè)0.2m厚細(xì)粒徑碎石層，便于基礎(chǔ)墊層施工。采用臨時(shí)排水溝、集水井和專(zhuān)用排水設(shè)備等實(shí)現(xiàn)快速排水，解決泥水作業(yè)面施工問(wèn)題。

3)采用BIM軟件輔助計(jì)算，實(shí)現(xiàn)管道、補(bǔ)償器、閥門(mén)精確排管，采用工具對(duì)口器和特制千斤頂進(jìn)行整圓對(duì)口，保證了管道精準(zhǔn)對(duì)接，解決了大口徑管道高空吊裝作業(yè)難題。