王亞莉,焦 俊

(長(zhǎng)江巖土工程有限公司,武漢 430014)

近些年國(guó)家重視城鄉(xiāng)居民飲用水安全,全國(guó)各地興建了不少引水工程,其中很大一部分是通過(guò)特小斷面隧洞內(nèi)安裝符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的承插管道將水源地的水引至水處理廠經(jīng)過(guò)一系列處理后,供到千家萬(wàn)戶。但因隧洞空間狹小,操作不便,管道安裝速度緩慢[1-2],導(dǎo)致時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本居高不下。以豐順縣新區(qū)供水工程為例,通過(guò)改造管道安裝設(shè)備和改進(jìn)安裝工藝,形成一套快速安全的特小斷面承插管道施工工法。

1 工程概況

龍頸水庫(kù)(項(xiàng)目水源地)距離大羅村水處理廠約6.582km,全線引水隧洞,隧洞開(kāi)挖斷面尺寸3.0m×3.0m,城門(mén)洞型(起拱線高度1.5m),開(kāi)挖斷面面積約8m2,是典型的小斷面隧洞。管道鋪設(shè)前須完成洞底石渣整平以及混凝土底板澆筑,厚度共計(jì)30cm。隧洞起點(diǎn)(水庫(kù))與終點(diǎn)(水處理廠)高程落差31.85m。隧洞開(kāi)挖完成后,安裝直徑1.0m、壁厚K8且單根長(zhǎng)度6.0m的球墨鑄鐵承插式管道引水,管道臥座在混凝土弧形管座上,管座兩側(cè)配有螺栓固定管箍,以限制管道位移。管道靠洞壁一側(cè)安裝,另一側(cè)留出1.5m寬的巡查檢修通道,每一根管道配置一個(gè)支墩。管道最大工作壓力0.6MPa,過(guò)水量14.6萬(wàn)m3/d。

2 管道安裝方法

管道工藝流程:施工準(zhǔn)備→支墩安裝→管道運(yùn)輸→管道安裝→安裝質(zhì)量檢查→清管與試壓。

2.1 施工準(zhǔn)備

在澆筑好的底板上標(biāo)注出管道安裝軸線,按照間隔6.0m的距離在澆筑好的混凝土底板上用木工墨斗彈設(shè)出支墩安放位置邊緣線圈,確定支墩安裝位置后,同時(shí)在洞壁側(cè)用紅油漆做出醒目標(biāo)記。

2.2 支墩安裝

2.2.1 支墩運(yùn)輸

支墩通過(guò)改裝后的牽引車車廂運(yùn)入洞內(nèi),運(yùn)輸過(guò)程中保持勻速慢行,控制車速約為5km/h,支墩與車體通過(guò)柔性材料墊支,防止支墩與車體磕碰破壞支墩。

2.2.2 支墩安放

支墩運(yùn)輸至放置位置后,牽引車停在檢修通道上,叉車面向牽引車車廂尾部,將支墩卸載并放置于已標(biāo)記好的線圈內(nèi),支墩邊緣與墨斗彈出的線圈重合。不能一次到位的,用人工撬杠微調(diào)到位。

2.2.3 支墩對(duì)正調(diào)平

前后相鄰兩個(gè)支墩放置后需要通過(guò)激光水準(zhǔn)儀的指示線將兩個(gè)支墩位置調(diào)整,支墩卡槽高程根據(jù)設(shè)計(jì)要求也應(yīng)處于相應(yīng)高程,不得出現(xiàn)支墩高程差距過(guò)大導(dǎo)致管道安放時(shí)承插接口不嚴(yán)實(shí),支墩高程偏差通過(guò)在支墩底部墊支水泥砂漿或薄鋼板進(jìn)行調(diào)整。

2.2.4 支墩固定

支墩安裝到位后,按照設(shè)計(jì)圖紙安裝固定地錨,以確保支墩不發(fā)生位移。

2.3 管道安裝

2.3.1 管道運(yùn)輸

管道從洞外通過(guò)吊車吊放至改裝后的運(yùn)輸車上,分別用前、中、后三條鏈帶與運(yùn)輸車?yán)壒潭?防止在運(yùn)輸過(guò)程中滾落,牽引車牽引運(yùn)輸車進(jìn)入隧洞內(nèi)。管道每根長(zhǎng)度為6.0m,直徑1.0m,安裝斷面尺寸僅為3.0m×2.7m(減去石渣和混凝土底板厚度),安裝斷面較狹小,而管道體積較大,牽引車牽引著裝有管道的運(yùn)輸車在洞內(nèi)無(wú)法掉頭[3],因此洞外吊裝時(shí)管道插口一端面向牽引車。在運(yùn)輸過(guò)程中需注意行車規(guī)范,確保管道不得與洞壁發(fā)生擦碰,尤其是遇到彎道時(shí)更需減速慢行通過(guò)。進(jìn)入洞內(nèi)后,牽引車頭部背向倒退式抵近安裝工作面。

2.3.2 管道安裝

(1)當(dāng)管道運(yùn)至安裝部位,管道承口端接近混凝土支墩20～30cm時(shí),用騎架在已安裝好的管道上且底腳帶有滾動(dòng)輪的龍門(mén)吊吊起管道插口端,龍門(mén)吊跟隨牽引車一起后退至承口端與緊鄰上一根已安裝好的管道的插口端相距5～10cm。緩慢放松龍門(mén)吊吊繩,將管道擱在已經(jīng)安裝好并帶有橡膠墊子的支墩上。支墩橡膠墊長(zhǎng)度大于支墩卡槽弧長(zhǎng)5cm。此時(shí)管道承口端距離管下支墩距離約40cm位置,管道由支墩和運(yùn)輸車輪軸部位兩點(diǎn)支撐放置平衡。拔出牽引車與運(yùn)輸車間連接插銷,牽引車駛離作業(yè)面,管道卸載完成。

(2)叉車前置貨叉上橫向放置枕木,枕木長(zhǎng)度大于管道直徑約20cm即可。叉車貨叉插頭用橡膠套包裹,插入管道插口端內(nèi),同時(shí)人工用毛刷清理管道承口灰塵和緊鄰的上一根管道的插口端,且確保被安裝管道密封圈槽位置不得留有油漆、土、沙和水等殘留物。在緊鄰上一根管道插口位置均勻涂刷潤(rùn)滑油,以減少承插過(guò)程中的摩擦阻力。

被安裝管道承口端密封槽安裝密封橡膠圈。密封橡膠圈安裝采用“心”型或“十字”型法,密封圈放入后,應(yīng)施加徑向力使其放入密封槽內(nèi),并檢查是否完全吻合。如不吻合,需調(diào)整至完全吻合方可。

(3)叉車以運(yùn)輸車車輪軸為支點(diǎn),利用“杠桿原理”輕壓被安裝管道承口端以調(diào)整其承口端與上一根已安裝好的管道插口端的空間位置。

(4)用叉車平穩(wěn)均勻使力推動(dòng)安裝管道的插口處,將管道承口與上一根已安裝好的管道插口對(duì)接,承插過(guò)程中注意觀察安裝管道的承口位置在已安裝好的管道插口端處已經(jīng)標(biāo)記好的兩條白杠之間即可,表明管道已安裝到位[4]。管道承插完成后,將龍門(mén)吊移動(dòng)至管道承口端附近,吊起管道1～2cm,將運(yùn)輸車取出,放入改裝后的臨時(shí)支墩支撐管道,臨時(shí)支墩距離插口端50cm處,最后用管箍將管道固定在支墩上。

(5)每一承插口安裝完成后,將金屬直標(biāo)尺插入承口內(nèi)和管壁之間的環(huán)形空間直至碰到密封橡膠圈,沿管一周測(cè)量深度是否均勻。檢查相連接的管周線是否同軸心,如果不同軸心,則須調(diào)整管墊或管座。

2.4 清管試壓

管道安裝后及時(shí)清理管道內(nèi)的雜物,確保干凈[5]。根據(jù)設(shè)計(jì)和規(guī)范要求每安裝800～1 000m即進(jìn)行一次水壓試驗(yàn),將管道浸泡48h后,高壓注水泵注水將管道內(nèi)水壓升壓至試驗(yàn)壓力1.1MPa,穩(wěn)壓10min,觀測(cè)承插口有無(wú)漏水和管身有沒(méi)有破損滲水跡象。

3 管道安裝的難點(diǎn)與對(duì)策

3.1 空氣流通不暢,機(jī)械強(qiáng)排

因隧洞是下坡隧洞,這就導(dǎo)致安裝機(jī)械工作時(shí)內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的易于上升的熱空氣廢氣匯集,靠廢氣的自然流動(dòng)很難排出洞外,如不能及時(shí)排出,安裝人員在洞內(nèi)很不安全,易發(fā)生窒息安全事故。為此采取在支洞口外安裝大功率軸流風(fēng)機(jī),通過(guò)直徑500mm的風(fēng)帶源源不斷地向洞內(nèi)安裝工作面處輸送新鮮空氣,確保安裝工作面空氣新鮮。同時(shí)安裝人員帶口罩且隨身佩戴手持式空氣檢測(cè)儀,如有警報(bào)發(fā)聲,則停止作業(yè)撤出洞外。

3.2 空間狹窄,改造設(shè)備

單根管道長(zhǎng)度6.0m,質(zhì)量2 060kg,使用人力安裝,顯然是不可行的,必須依靠機(jī)械操作。但是安裝斷面面積只有7.1m2,是典型的小斷面狹窄空間,使用市場(chǎng)上現(xiàn)有運(yùn)輸機(jī)械則操作空間不足,導(dǎo)致安裝進(jìn)度非常緩慢,因此必須對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造,以適應(yīng)快速安裝需要。

3.2.1 運(yùn)輸車改造

改裝后的運(yùn)輸車由一組輪軸和梁架組成,車架上設(shè)置弧形支撐架,在小斷面隧洞中由牽引車牽引可實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)輸車長(zhǎng)度為4m,寬度0.8m,見(jiàn)圖1。

圖1 運(yùn)輸車改造示意

3.2.2 牽引車改造

牽引車在牽引裝有管道的運(yùn)輸車進(jìn)入隧洞內(nèi)的同時(shí),車廂攜帶一個(gè)質(zhì)量約612.5kg混凝土支墩,且在洞內(nèi)從下游向上游(從低到高)倒退著前進(jìn),因此既不能體積太大,還需要有足夠的動(dòng)力,且動(dòng)力能夠適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間工作需要,因此現(xiàn)場(chǎng)采用燃油三輪農(nóng)用車進(jìn)行改造。其一是改造后軸輪距適應(yīng)道路寬度,其二是在其尾部加裝與運(yùn)輸車連接的便于分合的牽引裝置,其三是改造車廂便于混凝土支墩的裝卸。牽引車長(zhǎng)度1.85m,寬度1.2m,見(jiàn)圖2。

3.2.3 改裝臨時(shí)支墩

臨時(shí)支墩采用工字鋼焊接框架與滾動(dòng)輪軸組成,滾動(dòng)輪軸在管道安裝時(shí)可減小管道與滾軸間摩擦力。臨時(shí)支墩長(zhǎng)0.8m,寬0.3m,高0.2m,見(jiàn)圖3。

圖3 臨時(shí)支墩改造示意

3.2.4 龍門(mén)架改造

將龍門(mén)架改造成帶有腳輪的可移動(dòng)式龍門(mén)架,門(mén)架上安裝電動(dòng)葫蘆。

3.3 運(yùn)輸管道時(shí)機(jī)械設(shè)備不能調(diào)頭,直進(jìn)倒退

改造后長(zhǎng)度為1.85m的牽引車,牽引著長(zhǎng)度為6.0m的運(yùn)輸車(裝管道后,含管道長(zhǎng)度)從支洞直進(jìn)式入安裝主洞內(nèi),而隧洞寬度僅有3.0m,無(wú)法實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)調(diào)頭。當(dāng)上游安裝時(shí),牽引車進(jìn)入安裝主洞后面向下游,倒退式將管道運(yùn)送至上游工作面。當(dāng)下游安裝時(shí),牽引車牽引著運(yùn)輸車沿著巡查檢修通道到達(dá)下游安裝工作面前方,而后同樣倒退式將管道運(yùn)送至下游工作面。

4 施工效果

4.1 速度快,效率高

本工程共安裝球墨鑄鐵管1 097根,其中46根用手動(dòng)葫蘆鏈條輔以龍門(mén)吊相結(jié)合的老式方法施工,剩余的1 051根采用新方法實(shí)施,施工結(jié)束后統(tǒng)計(jì)管道安裝效率如表1所示。

表1 兩種方法施工效率統(tǒng)計(jì)表

從表1可見(jiàn)老式辦法效率低速度慢,平均單根耗時(shí)3.74h,但采用新方法后平均單根耗時(shí)僅有1.70h,效率提高了1倍多。6.582km的管道24h連續(xù)安裝(歇人不歇機(jī)),實(shí)際總耗時(shí)2.72個(gè)月安裝完成,比原計(jì)劃工期5.7個(gè)月提前了約3個(gè)月。

4.2 節(jié)省人力,降低成本

新方法通過(guò)大量使用改造后的小機(jī)械代替了人力完成重體力活的工作,人工只需要做一些輔助性輕體力工作,比如膠圈安裝、涂抹潤(rùn)滑油、清掃管道、檢查安裝質(zhì)量等,減輕了工作量;也大量節(jié)約用工數(shù)量,進(jìn)一步降低了安裝成本。同時(shí)設(shè)備改造都是在原有舊設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)單的局部改造,因此成本也較低。

粗略估算,新方法的成本由于人工減少、工期縮短、管理費(fèi)減少等等,比原定計(jì)劃成本節(jié)約可達(dá)180萬(wàn)元之多。

4.3 方法簡(jiǎn)單、易掌握

本方法操作簡(jiǎn)單,對(duì)操作工人技術(shù)要求不高,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可掌握,可操作性強(qiáng),適合全面推廣使用。

4.4 安全

采用改裝后的專用運(yùn)輸車運(yùn)輸管道和小型叉車推送頂入式安裝方式,比用人力運(yùn)輸和人工鏈條拉緊承插方式,更加安全可靠。承插的時(shí)候,除了叉車駕駛員外,其余的工人都可遠(yuǎn)離工作面,即使出現(xiàn)可能性極小的承插口崩塊等意外,也不會(huì)傷到安裝工人。整條隧洞的管道安裝期間沒(méi)有發(fā)生任何安全問(wèn)題。

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)小斷面長(zhǎng)隧洞內(nèi)安裝球墨鑄鐵管道施工空間有限的實(shí)際情況,適當(dāng)?shù)乩矛F(xiàn)有設(shè)備并加以改造,取得了良好的效果。隨著科技的發(fā)展,制造出體積小巧、功能強(qiáng)大、操作更加簡(jiǎn)便的機(jī)械設(shè)備技術(shù)日趨成熟,不久的將來(lái)定會(huì)有更好的施工設(shè)備來(lái)徹底解決這個(gè)問(wèn)題。