淺議大口徑P CCP管道安裝方案

高 勇

（中國鐵建股份有限公司 北京 100855）

淺議大口徑P CCP管道安裝方案

高 勇

（中國鐵建股份有限公司 北京 100855）

PCCP作為一種新型輸水管材，從20世紀80年代后期開始在國內使用，2000年后得到廣泛使用，管線的設計長度、管道的設計直徑越來越大，目前應用于南水北調中線北京段的直徑已達到4.0m，長度達到雙線56.4km。為發(fā)揮PCCP的技術優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢，現(xiàn)場吊裝方法和機械設備的選用非常關鍵，本文對南水北調中線北京段應急供水工程4.0m直徑PCCP安裝技術進行了針對性的分析，希望對后續(xù)類似項目施工有所幫助。

PCCP 吊裝設備 安裝方案

1 工程概況

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、生活水平的提高、城市建設的日益加快，人們對水資源的需求越來越緊迫，特別是生活、生產(chǎn)用水成為社會關注的重大問題，以至于部分水資源豐富的地區(qū)由于水質嚴重污染，如2007年5月28日江蘇無錫太湖藍藻事件造成全市自來水停用10天時間，同樣急需引水；且諸多引水工程都具有引水距離長、流量大、標準高、投資規(guī)模大、采用管道引水等特點。例如已經(jīng)建設投入運行的山西萬家寨引黃工程、哈爾濱磨盤山引水一期、引俄濟烏、南水北調中線京石段應急供水、大伙房引水等工程。管道引水管材的選用、安裝方案的確定將直接影響工程的進度、質量及投資控制。對于長距離大口徑輸水管道世界上普遍采用經(jīng)濟優(yōu)良的預應力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe），簡稱 PCCP，它是在帶有鋼筒的混凝土管芯外壁纏繞預應力高強鋼絲，再輥射水泥砂漿保護層。它是由鋼制承插口鋼圈（插口為雙槽）、鋼筒、高強度混凝土、預應力高強鋼絲、致密水泥砂漿保護層多種主要材料組成的復合型管材，設計充分發(fā)揮鋼材、混凝土的特點。同時工廠化、自動化生產(chǎn)有利于質量控制，投資相對鋼管、球墨鑄鐵管較低，更重要的是承插式管安裝快捷便利，雙膠圈便于接頭密水檢查和管線抗?jié)B漏，柔性接頭適用基礎變形能力強等優(yōu)勢，因此近年來在國內很多工程中得到廣泛的應用。

2 PCCP安裝方法

PCCP是一種剛性相對較大、重量較大的復合管道?，F(xiàn)場施工安裝工藝大致為：測量放線→施工降水→溝槽開挖→管基處理→PCCP吊裝→接頭水壓試驗→外接縫灌漿→管溝回填→內接縫勾縫。其中受管徑大小的影響，PCCP吊裝工序將有很大的差異。本文主要分析吊裝方案。

首先解釋頂推法、外拉法、內拉法三個名詞。

a.頂推法。頂推法即管道在安裝接頭就位時，利用專用設備（改裝后加橡膠墊板的推土機）從待裝管道后部施加水平頂推力，依靠推力將管道頂進對接，實現(xiàn)承插口就位。

b.外拉法。外拉法即管道在安裝接頭就位時，利用捆綁在PCCP管道外壁的鋼絲繩作為受力點，借用手拉葫蘆和設在待裝管道后部的鋼梁，依靠拉力將管道拉進對接，實現(xiàn)承插口就位。

c.內拉法。內拉法即管道在安裝接頭就位時，利用支撐在已安裝完成的PCCP管道內部的斜撐梁或插在承插口內縫的鋼梁，借助手拉葫蘆或液壓缸、千斤頂，鋼絲繩或鋼拉桿和設在待裝管道后部的鋼梁，依靠拉力將管道拉進對接，實現(xiàn)承插口就位。

直徑1.2~2.6m、單節(jié)長度6.0m和5.0m的PCCP重量約為10~20t，常采用普通汽車運輸至溝槽上部，再根據(jù)溝槽開挖深度、寬度、地質條件，選用20~50t左右的履帶式起重機直接卸管、吊裝，最后采用外拉法或頂推法進行接頭對接就位；直徑小于1.2m的PCCP重量相對更輕，溝槽也相對較淺，現(xiàn)場多直接利用挖槽用的反鏟挖掘機起吊安裝，外拉法對接就位。

南水北調中線北京段（惠南莊—大寧段）應急供水工程全長56.4km，全線PCCP生產(chǎn)、安裝2150節(jié)，對應配套的管配件生產(chǎn)、安裝4336m（約360件）。PCCP分0.8MPa、0.6MPa、0.4MPa三種內壓，3m、5m、7m、9m、10m 五種覆土深度，共計15種工況；混凝土管芯壁厚分260mm、280mm、300mm、320mm、350mm、380mm六種，管道根據(jù)結構設計分別采用單纏絲和雙纏絲，管道有效長度5000mm，最大單節(jié)重量達77噸。管道安裝分6個標段，工期從2006年7月開始至2007年11月結束，共計16個月，計劃安裝強度為70節(jié)/日。實際施工過程中受征地拆遷和管線改移等影響，首節(jié)從2006年9月才開始安裝，個別標段到2007年2月才開始，造成2007年安裝施工強度達到80~100節(jié)/日。溝槽開挖深度在7~27m之間，超過10m的溝槽在10m高處設置馬道，溝槽開挖寬度13.1m，施工組織設計、安裝方案確定將直接影響工程進度。

2.1 設計吊裝方案

將300t的履帶式起重機置于溝槽一側上部或10m平臺馬道（開挖深度超過10m的地段）的22m施工道路上，直接從運輸車上卸管并吊運至溝槽內就位，然后利用推土機改裝設備進行管道輔助對接安裝。300t履帶式起重機設備的參數(shù)見下表，安裝見圖1。

300t履帶式起重機參數(shù)標（臂長60m）

德馬格300t履帶式起重機加超級配重，最大起重力矩4048t·m。選用臂長60m的吊車加160t配重。28m吊幅時，其重量為119t，安全起吊重量為 119×0.8=95t；30m 吊幅時，其重量為109t，安全起吊重量為109×0.8=87t。

2.2 施工方案研究

施工準備過程中發(fā)現(xiàn)國內可利用的大型起吊設備非常有限，租用存在相當大的難度；據(jù)國內國際市場調查，臨時購置加工周期需要8個月時間，無法滿足工期需要。為此各參建單位根據(jù)管線設計坡度平緩（約0.1%~0.5%）、溝槽寬度均勻、絕大多數(shù)地段具備管道運輸車直接入槽等實際情況，經(jīng)過較長時間的調研分析，確定采用以下方案：

a.方案一：借用溝槽寬度，分段修筑不大于8%的下槽坡道，管車直接運輸入槽，槽底設跨雙管線的大龍門吊卸管和安裝，或者利用雙跨大龍門吊卸管布管，再利用跨單管的小龍門吊移動調整對位，最后采用內拉法就位安裝。

設備參數(shù)：雙跨式龍門吊跨度12.0m，起吊高度約7.0m，起重量 80~100t。

優(yōu)點：設備制造技術成熟、加工費用相對較低，使用安全可靠，設備拆裝相對方便，大小龍門吊軌道可以相互借用，槽內起吊卸管快捷方便。

缺點：需要分段布設下槽坡道，增加運輸難度。

b.方案二：根據(jù)溝槽上部寬度，設計高低腿大跨度（跨溝槽上部）單向龍門吊，一腿置于槽底外側，另一腿置于槽上運輸路外側，管車運輸至龍門吊下，由起重機卸管，并運輸至槽內布設管道，再利用單線小龍門吊移動調整，最后采用內拉法就位安裝。

圖1 設計吊裝方案

設備參數(shù)：龍門吊寬度約32.0m，長腿高度18.0m，短腿高度約9.0m，起吊高度約14.0m，起重量80~100t。

優(yōu)點：不需要增設下槽坡道，直接在槽上卸管，便于管道運輸。

缺點：設備跨度較大，設計、制造、安裝難度大，加工費用相對較高，設備移位拆裝費用較大，不能沿槽行走，只能定點卸管，起吊速度較慢，起重機高度大，安全問題多。

c.方案三：根據(jù)溝槽上部寬度，設計跨槽式雙向單側懸臂式龍門吊，雙腿均置于溝槽上部邊緣，管車運輸至龍門吊懸臂下，由起重機卸管，并運輸至槽內布設管道，再利用單線小龍門吊移動調整，最后采用內拉法就位安裝。

設備參數(shù)：龍門吊寬度約24.0m，腿高度約7.0m，起吊高度約10.0m，起重量80~100t。

優(yōu)點：不需要增設下槽坡道，隨管道安裝可以沿槽移動，便于槽內布管。

缺點：設備跨度較大，設計、制造安裝難度大，加工費用相對較高，設備移位拆裝費用較大。

d.方案四：方案四類似方案三，根據(jù)溝槽上部寬度，設計爬地式移動起重機，管車運輸至起重機側面，由起重機卸管，并運輸至槽內布設管道，再利用單線小龍門吊移動調整，最后采用內拉法就位安裝。

各方案施工情況見圖2。

3 安裝強度分析

采用300t大型起重機械設備定點卸管、安裝方案，施工比較單一，安裝一節(jié)管道周期較長；采用大小龍門吊配合使用方案，可以分解工序，提高安裝效率。

南水北調中線北京段PCCP全長56.4km，共分六個土建安裝標，一標12.3km，二標13.2km，三、四、五、六標分別為7.7km、7.8km、7.8km、7.6km。按照原設計方案，一、二標分別設置2個工作面，其余4個標分別設置1個工作面，每個工作面配置1臺履帶式起重機，共需要起重設備8臺。按照合同工期安排安裝強度每個工作面需要達到每天10節(jié)。根據(jù)實際安裝強度分析，PCCP安裝主要占用時間的工序為接頭對接，此方案每道工序相互銜接，上道工序結束，下道工序才能開始，整個安裝過程的每道工序都需要起重機協(xié)助，安裝1節(jié)管道需要時間很長，將不可能如期完成。且起重設備的利用率也會很低，同時也不利于協(xié)調PCCP運輸車輛的調配。

圖2 各方案施工情況

采用龍門吊方案，大小龍門吊配合使用，對卸管、運管、安裝盡可能地分解，部分工序相互交叉，安裝1節(jié)管道需要的時間相對縮短，另外每套設備制造加工周期較短、費用相對較低，同時根據(jù)進度需要，可以在短時間內增加設備和工作面。

4 設備經(jīng)濟比較

新購置1臺300t履帶式起重機的費用為1600萬~2200萬元；新購置1臺80~100t垮槽式龍門吊的費用為100萬~240萬元，新購置1臺80~100t單線小龍門吊的費用約30萬~50萬元。按照工作面設置最多的標段進行設備購置費分析，如果采用300t履帶式起重機安裝方案，安裝最少需要設置2個工作面，使用2臺履帶式起重機，新購置設備需要投入費用3200萬元；實際采用龍門吊配置安裝方案，設置了5個安裝工作面，大型龍門吊配置4臺，小型龍門吊配置8臺，設備投入1000萬元。

如長期租賃大型履帶式起重機，安裝工期按12月計算，每個月80萬元，實際租賃費需要支付960萬元，租賃費用和龍門吊方案的設備購置費用基本相同，可見龍門吊施工方案比履帶式起重機施工方案從設備使用上將節(jié)省較大的投資。

5 結語

從56.4km雙線4.0m直徑PCCP管道的安裝施工方案分析研究和具體實施情況來看，管道運輸直接入槽、大小龍門吊配合使用、內拉法對接就位方案是3.6m以上大口徑PCCP管道安裝施工經(jīng)濟快捷的最佳方案，在今后的引水工程建設中具有一定的借鑒作用。