水浮法施工大口徑長輸管道

王志剛

1 管道水浮法施工原理和施工要點(diǎn)

管道水浮法施工原理應(yīng)用了水的浮力原理。按設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求開挖管溝，地下水和地表水自然補(bǔ)充后形成水渠。再把所需安裝的管道分成幾個(gè)預(yù)制組合段，用密封圈封閉管口的兩端，形成管浮筒，逐段下入管溝。因水的浮力大于管段自重，管段浮升于水面。運(yùn)至作業(yè)點(diǎn)的浮箱處，拆除管口密封圈，進(jìn)行組對(duì)、焊接及內(nèi)外防腐。而后接連向前推進(jìn)，達(dá)到高效施工的目的，見圖1。

圖1 管道水浮簡圖

水浮法施工比較關(guān)鍵部位是管口的密封圈，可采用薄鋼盲板和汽車內(nèi)胎組合結(jié)構(gòu)。密封圈結(jié)構(gòu)簡單，取材便利，裝配與拆除方便輕巧，管口封閉嚴(yán)密性好，見圖2。

圖2 密封圈簡圖

2 管段的浮力計(jì)算

1)管段凈浮力Q浮為:

其中，S為鋼管的截面積，m2;L為鋼管的總長度，m;r水為水的比重;q為鋼管每米荷重，kg/m。

2)管段浸液面積的確定。管段在水面時(shí)其總荷重P與浮力Q相平衡:

得:S浸=q/r水。

其中，S浸為浸液截面積，m2。

3)舉例計(jì)算。φ1 200×12鋼管每米凈浮力及鋼管截面浸水面積:

上述計(jì)算得出管段的凈浮力是鋼管每米荷重的2倍左右;管道浸液截面積是管道截面積的35%左右。因此水浮法施工的安全性非常可靠。

3 大口徑管道水浮法施工的特點(diǎn)

1)大口徑長輸管道施工采用水浮方法，克服了管溝開挖深、排水量大的難度，充分利用了水浮力作用。同時(shí)受農(nóng)田道路、河流自然條件的限制小，減短了管線施工所需的占用場地的連續(xù)長度，減少了設(shè)置的施工作業(yè)點(diǎn)。另外，基本不受季節(jié)的影響，達(dá)到了施工的連續(xù)性。

2)根據(jù)管線設(shè)計(jì)位置所在區(qū)域的具體情況，可分區(qū)確定作業(yè)點(diǎn)，將管道加工預(yù)制、地面組對(duì)焊接、內(nèi)外防腐下水、水浮組對(duì)等施行一體化施工。由于施工機(jī)具布置相對(duì)集中，大大提高了設(shè)備利用率，便于維護(hù)管理。還克服了大型運(yùn)輸、吊裝等施工設(shè)備無法到位的困難。在同一點(diǎn)位施工，可持續(xù)安裝大口徑管道數(shù)千米甚至更長。

3)相對(duì)于傳統(tǒng)的管溝全線開挖、修筑運(yùn)輸便道、管道對(duì)口場地和大量的焊接工作坑、設(shè)備機(jī)具反復(fù)倒運(yùn)等施工方法，水浮法簡化了施工方法，降低了施工難度，提高了工作效率。前期只需挖掘滿足數(shù)日水浮安裝管道的管溝即可，挖溝和水浮安裝作業(yè)連續(xù)并進(jìn)，大大減少了農(nóng)田占用和農(nóng)植物的損失，施工成本也大幅度降低。

4)改進(jìn)施工工作環(huán)境，完善操作者作業(yè)條件，作業(yè)點(diǎn)相對(duì)固定，大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，施工質(zhì)量能得到保證，提高工作效率。

4 施工流程及操作要點(diǎn)

4.1 管道水浮施工程序

管道水浮法施工程序見圖3。

圖3 管道水浮法施工程序

4.2 操作要點(diǎn)

1)準(zhǔn)備工作。熟悉圖紙，按圖踏勘施工現(xiàn)場，選擇最佳的水浮作業(yè)點(diǎn)位置。一般選擇交通便利、便于設(shè)備機(jī)具和管道的運(yùn)輸、管道的轉(zhuǎn)彎處等，根據(jù)水浮作業(yè)點(diǎn)數(shù)量，編制施工方案，配置施工機(jī)具和勞力資源，施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，并進(jìn)行實(shí)施。

2)水浮作業(yè)點(diǎn)的布置。水浮作業(yè)點(diǎn)的布置由管道堆場、預(yù)制組對(duì)場，水浮作業(yè)區(qū)三部分組成，并設(shè)置所需的設(shè)備機(jī)具。堆場和預(yù)制場地要鋪設(shè)滾道，可用道木或鋼管(槽鋼)以3‰坡度坡向管溝，便于人力推管子入溝，見圖4。

圖4 水浮作業(yè)點(diǎn)安裝場立面布置圖

圖5 浮箱簡圖

3)浮箱的制作和使用。浮箱是由龍門架、浮箱及平臺(tái)組成，設(shè)置在管溝上。浮箱制作材料采用δ=5 mm的薄鋼板。箱體上口對(duì)稱開出稍大于管道直徑的半圓弧，兩邊夾固小于管道直徑的橡膠條，焊接四個(gè)吊耳，箱內(nèi)設(shè)小型潛水泵一臺(tái)。浮箱的規(guī)格大小，根據(jù)浮管的大小和便于人員操作而定。簡易龍門架的大小和用料，根據(jù)浮箱荷重和附加荷重之和而定，也可用小型斜桿代替。平臺(tái)可用腳手管和竹片搭設(shè)，作業(yè)區(qū)上部可用腳手管和雨布搭設(shè)防雨雪工棚，見圖5。

作業(yè)方法是龍門架的手鏈葫蘆吊住浮箱進(jìn)行升降。先將浮管浮運(yùn)到浮箱上，使用龍門架吊起浮箱，箱內(nèi)同時(shí)抽水，使浮箱浮升與兩根浮管口端外密封。然后作業(yè)人員進(jìn)入浮箱內(nèi)拆除管口密封圈，進(jìn)行組對(duì)焊接和焊口內(nèi)外防腐的修補(bǔ)。作業(yè)時(shí)管口可轉(zhuǎn)動(dòng)焊接，內(nèi)外防腐修補(bǔ)方便。本作業(yè)方法適用面廣，工程質(zhì)量好，施工進(jìn)度快。

4)水浮溝、作業(yè)點(diǎn)的開挖。水浮溝即管道安裝所需的管溝。首先按施工圖放線開挖，要求管溝直，溝底平，不塌方。管溝兩側(cè)堆土且離溝邊1 m以上，管溝邊坡為梯形。在同一水浮區(qū)域內(nèi)有轉(zhuǎn)角點(diǎn)的管溝，或要通過河流、池塘才能把管溝浮動(dòng)作業(yè)點(diǎn)的管溝，開挖時(shí)須把管溝轉(zhuǎn)角點(diǎn)內(nèi)弧拉斜直或開挖引溝，長度以預(yù)制的管段能通過為準(zhǔn)。水溝作業(yè)點(diǎn)的浮箱坑開挖，坑內(nèi)深度以保證浮管在浮溝上部通過為宜，稍深一些為好。水溝作業(yè)點(diǎn)和管溝區(qū)域的堆土要求為單面堆土，便于管子進(jìn)入溝內(nèi)。管溝挖好后，向溝內(nèi)充水，以浮管能在溝內(nèi)自由浮動(dòng)為準(zhǔn)。

5 應(yīng)用

大口徑長輸管道水浮法施工在浙江的寧波、紹興、杭州等地區(qū)應(yīng)用較廣，施工的管線直徑從720～1 200均可。采用水浮法施工，工程的經(jīng)濟(jì)效益明顯，社會(huì)效果顯著，受到施工、建設(shè)和監(jiān)理單位的一致好評(píng)。