大管徑鋼管漂管法穿越高速公路施工技術(shù)

何 玉

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

大管徑鋼管漂管法穿越高速公路施工技術(shù)

何 玉

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

長距離輸水管道穿越高速公路時(shí)套管內(nèi)安裝鋼管的施工技術(shù)雖已日漸成熟，但大管徑、長距離漂管法在應(yīng)用中并不多見。本文通過具體實(shí)例簡單論述，為類似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

牽引法；漂管法；支座；平臺(tái)

引言

遼寧省某重點(diǎn)輸水工程穿越G 2511沈彰高速公路（k46＋523），根據(jù)工程設(shè)計(jì)穿越采用頂管施工工藝。頂管工程為三排平行管道（D N 4000），管道凈間距為10.24m，每段頂管長度為147m，管道最大覆土深度為14.88m。鋼筋混凝土套管內(nèi)徑為4.0m，外徑為4.76m。套管內(nèi)布設(shè)鋼管，鋼管內(nèi)徑3.4m，外徑3.42m，每節(jié)長度6m，單排鋼管總長150m，三排合計(jì)450m。鋼管采用漂管法施工，漂管施工完成后在鋼管與套管之間灌注水泥漿。

1 方案的選擇

鋼管施工方案在初選時(shí)擬定以下兩種方案∶一為純牽引法，二為漂管法［1］。經(jīng)過研究討論從優(yōu)缺點(diǎn)上對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析。

純牽引法∶優(yōu)點(diǎn)為鋼管在套管內(nèi)穩(wěn)定牽引入位準(zhǔn)確、防腐層不易損壞、施工速度快；缺點(diǎn)為施工空間大、需在底板混凝土上鋪設(shè)牽引軌道、需制作多臺(tái)牽引拖車、造價(jià)高不經(jīng)濟(jì)。

漂管法∶優(yōu)點(diǎn)為施工空間小、無需制作牽引拖車及牽引軌道、造價(jià)低；缺點(diǎn)為多次充水排水鋼管在套管內(nèi)不穩(wěn)定且入位不精確、防腐層需采取措施妥善保護(hù)、施工速度慢。

由于工期不是制約因素，且在套管頂管時(shí)工作井的空間尺寸已經(jīng)確定，另外三條線的工作井和接收井可以同時(shí)施工，可以充分利用頂管時(shí)的降水井進(jìn)行抽水，所以從經(jīng)濟(jì)方面考慮的多一些，最后研究論證后決定采用漂管法［2］。

2 前期設(shè)計(jì)

2.1底板混凝土設(shè)計(jì)

根據(jù)套管與鋼管的內(nèi)徑及兩管之間預(yù)留填充水泥漿的空間［3］，設(shè)計(jì)在套管內(nèi)鋼管底部澆筑一層底板混凝土，最大厚度為0.27m，為C 30混凝土；底板上鋪設(shè)0.2m閉孔泡沫板，底板混凝土與閉孔泡沫板厚度之和為0.29m，見圖1。

圖1 鋼管底板施工斷面圖

2.2支座設(shè)計(jì)

底板混凝土施工時(shí)，混凝土套管內(nèi)第一節(jié)定位管在底板上預(yù)埋兩個(gè)鋼制U型支座［4］，間距為3m，U型支座采用槽鋼、鋼板加工制作，U型支座表面鋪設(shè)20m m閉孔泡沫板，采用防水膠粘貼牢固。U型支座長度為1.93m m，高度為0.35m，寬度為0.2m，埋入底板混凝土內(nèi)0.05m，U型支座兩側(cè)與套管接觸部位采用膨脹螺栓加固。除定位管以外部位支座間距6m，且為混凝土弧形支座，弧形支座混凝土高0.2m，寬0.2m，全斷面澆筑與底板混凝土同時(shí)進(jìn)行施工，支座縱、橫斷面圖如圖2、圖3、圖4。

圖2 支座縱斷面布置圖

圖3 鋼制支座橫斷面圖

圖4 混凝土支座橫斷面圖

2.3作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

工作井內(nèi)布設(shè)作業(yè)平臺(tái)，工作井尺寸長×寬為9m×7m，漂管使用的鋼管單節(jié)長6m，在管底搭設(shè)一級(jí)作業(yè)平臺(tái)，一級(jí)作業(yè)平臺(tái)長×寬×高為9m× 4.42m×0.98m，一級(jí)平臺(tái)主要材料采用槽鋼、角鋼、工字鋼、鐵板、木跳板等，一級(jí)平臺(tái)上設(shè)置兩道U型支座，U型支座表面鋪設(shè)20m m閉孔泡沫板，閉孔泡沫板采用防水膠粘結(jié)于U型支座上，U型支座、閉孔泡沫板累計(jì)高度為0.45m，焊口處預(yù)留1m寬作業(yè)空間。二級(jí)平臺(tái)與管中心齊平，搭設(shè)材料與一級(jí)平臺(tái)相同，頂面鋪設(shè)木跳板。施工作業(yè)平臺(tái)布置見圖5、圖6。

圖5 鋼管漂管施工平臺(tái)縱斷面圖

3 漂管施工

3.1漂管原理

鋼管漂管法是利用浮力原理進(jìn)行施工，物體密度小于液體密度時(shí)物體漂浮于液體中［5］。本工程漂管采用注水法，水的密度為ρ＝1×103kg/m3，鋼管直徑為3.4m，鋼管每米重量為2t，經(jīng)計(jì)算密度為ρ＝0.22×103kg/m3，鋼管密度小于水密度，鋼管漂浮于水中。

圖6 鋼管漂管施工平臺(tái)橫斷面圖

鋼管漂浮水中時(shí)浮力等于重力，根據(jù)公式F＝ρg v＝m g，經(jīng)計(jì)算排開水的體積為2.0m3，根據(jù)排開水的體積得出鋼管侵入水中的高度為0.93m。

3.2漂管施工

施工作業(yè)平臺(tái)、線路、設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，開始進(jìn)行鋼管吊裝。單節(jié)鋼管長6m，每米單重2t，單節(jié)管重12t，采用50t汽車吊進(jìn)行吊裝。50t汽車吊將鋼管吊裝于工作平臺(tái)上，將第一節(jié)光面鋼管就位，鋼管就位后用5m m鋼板將第一節(jié)鋼管（大樁號(hào)側(cè)）腰線以下部位焊接封堵，并定好中心點(diǎn)，做好標(biāo)記。焊接鋼板的同時(shí)在鋼管腰線兩側(cè)及頂部焊道范圍內(nèi)焊接角鋼，防止漂管過程中與混凝土套管刮碰。防護(hù)角鋼布置及大樣圖見圖7、圖8。

圖7 防護(hù)角鋼布置圖

圖8 防護(hù)角鋼大樣圖

第一節(jié)鋼管（小樁號(hào)側(cè)）利用制作活動(dòng)專用封頭封堵，在鋼管內(nèi)表面焊道部位焊接楔鐵，楔鐵沿周長方向間距300m m布置一個(gè)，采用螺栓與封頭連接，后續(xù)每節(jié)管循環(huán)使用封頭。將工作井內(nèi)使用的焊把線等材料及設(shè)備吊裝至工作井外，向工作井內(nèi)注水。利用6寸水泵同時(shí)向工作井、接收井內(nèi)注水，經(jīng)計(jì)算注水高度為2.06m（工作井底板至水面）處于臨界狀態(tài)，繼續(xù)注水至2.11m，鋼管管底與混凝土底板間距為5c m，鋼管侵入水中0.93m。注水結(jié)束后采用接收井頂部設(shè)置的5t卷揚(yáng)機(jī)通過滑輪組（兩個(gè)滑輪組成）及鋼絲繩牽引，人工輔助鋼管就位，5t卷揚(yáng)機(jī)布置于接收井外側(cè)，滑輪組的第一個(gè)滑輪固定于管道軸心與接收井交叉點(diǎn)，沿第一個(gè)固定滑輪的垂線向上第二個(gè)滑輪固定于接收井頂面；封堵鋼管盲板中心焊接拉環(huán)，鋼絲繩與拉環(huán)連接。采用6寸水泵進(jìn)行排水工作，排水過程中由于水面逐漸下降，鋼管落于底板上U型支座內(nèi)。繼續(xù)排水，直至水排干凈為止。拆下封頭鋼管表面水干后采用角磨將楔鐵割除并進(jìn)行打磨，進(jìn)行下一節(jié)管施工。

鋼管對(duì)口結(jié)束后焊工進(jìn)行鋼管焊接，焊接材料選用J 507焊條。焊接完成后鑿除焊渣，涂刷耦合劑進(jìn)行100%超聲波探傷，5%的射線探傷，合格后進(jìn)行下一步施工。焊縫部位采用角磨去除表面氧化層，打磨達(dá)到St 3級(jí)后進(jìn)行防腐施工，本工程防腐涂料主要包含特加強(qiáng)級(jí)環(huán)氧煤瀝青、無溶劑無毒環(huán)氧樹脂涂料。特加強(qiáng)級(jí)環(huán)氧煤瀝青施工時(shí)底漆1道面漆6道，涂層間纏繞2層玻璃布，總厚度不小于600μ m，無溶劑無毒環(huán)氧樹脂涂裝厚度不小于500μ m。防腐期間同時(shí)進(jìn)行陰極保護(hù)鋅帶焊接施工，焊點(diǎn)處進(jìn)行打磨并進(jìn)行防腐施工。防腐層施工完成后進(jìn)行鋼管封堵，待防腐漆實(shí)干后進(jìn)行注水，漂管、排水等工序施工。

3.3漂管施工強(qiáng)度分析

為保證漂管的施工質(zhì)量及合理配備人員、設(shè)備等資源，對(duì)單節(jié)管的施工強(qiáng)度進(jìn)行分析，以確定三條線合計(jì)450m的漂管總歷時(shí)，見表1。

根據(jù)分析，每節(jié)管施工完成需要105h，三條線同時(shí)安排施工。105h完成3節(jié)管施工，平均35h完成1節(jié)管施工。

3.4漂管部位泥漿回填

泥漿施工前在混凝土套管頂部、水平軸線兩側(cè)管體部位各預(yù)埋1條注漿管，注漿管為4寸鍍鋅鋼管，在鍍鋅鋼管上間隔100m m梅花形布置20m m的圓孔，采用膨脹螺栓、8號(hào)鐵線等材料固定于混凝土套管壁上，工作井及接收井內(nèi)各預(yù)留不少于500m m鋼管，為后續(xù)注漿管連接作業(yè)長度。注漿管布置見圖9。

表1 單節(jié)管施工強(qiáng)度分析

圖9 注漿管布置圖

4 注漿施工

泥漿由布置于施工現(xiàn)場的泥漿攪拌機(jī)拌制，泥漿攪拌機(jī)布置于工作井頂部，50t汽車吊通過吊罐將泥漿運(yùn)輸至工作井底部的泥漿輸送泵，泥漿輸送泵通過預(yù)埋的注漿管將泥漿泵送入倉。注漿順序?yàn)橄扔奢S線方向的兩個(gè)注漿管交替注漿，注漿高度差不超過50c m。軸線以下注漿結(jié)束后，由頂部注漿管均勻分層注漿，每層注漿高度為50c m。泥漿從注漿孔向外溢出時(shí)注漿結(jié)束。

5 關(guān)鍵控制措施

（1）軸線直線度及防腐層控制措施

首節(jié)鋼管就位后用5m m鋼板將第一節(jié)鋼管（大樁號(hào)側(cè)）腰線以下部位焊接封堵，并定好中心點(diǎn)，做好標(biāo)記。鉚工采用千斤頂?shù)仍O(shè)備進(jìn)行對(duì)口，在管頭處用角鋼做內(nèi)支撐找出中心，與首節(jié)管5m m封堵鋼板穿線量取中心距鋼管的距離，調(diào)整鋼管軸線直線度，后續(xù)鋼管對(duì)口施工以此類推。焊接鋼板的同時(shí)在鋼管腰線兩側(cè)及頂部焊道范圍內(nèi)焊接角鋼，防止漂管過程中與混凝土套管刮碰。

（2）鋼管圓度的控制措施

鋼管內(nèi)部采用米字鋼支撐，在6m長的鋼管兩個(gè)端部各設(shè)置一道，鋼支撐端部采用絲扣設(shè)置，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，內(nèi)部米字鋼支撐待灌漿結(jié)束強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后拆除。套管頂部、水平軸線兩側(cè)布設(shè)注漿管，注漿順序?yàn)橄扔奢S線方向的兩個(gè)注漿管交替注漿，注漿高度差不超過50c m。軸線以下注漿結(jié)束后，由頂部注漿管均勻分層注漿，每層注漿高度為50c m。

（3）施工用電及濕度控制措施

工作井頂部設(shè)置一臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)通過風(fēng)袋供風(fēng)降低工作面環(huán)境濕度，在焊口四周設(shè)置碘鎢燈提高焊縫部位溫度，減少防腐施工時(shí)間。陰雨天施工時(shí)在工作井頂部搭設(shè)簡易防雨棚，保證焊縫部位干燥。工作井內(nèi)設(shè)置二級(jí)平臺(tái)，焊機(jī)、焊把等與電源接觸設(shè)備放置于平臺(tái)上，注水時(shí)將其吊至工作井上部。

6 結(jié)語

長距離輸水管道穿越高速公路時(shí)套管內(nèi)安裝鋼管的施工技術(shù)雖已日漸成熟，但大管徑、長距離漂管法在具體工程中的應(yīng)用并不多，本文利用套管頂管時(shí)的降水井來進(jìn)行漂管水源補(bǔ)給，利用三條線的工作井、接收井進(jìn)行漂管水的反復(fù)利用，不但節(jié)省了資金而且提高了效率；利用工作井的有限空間及滑輪組的設(shè)計(jì)，利用支座、平臺(tái)的設(shè)置，既利用了有限資源又保證了施工進(jìn)度；利用防護(hù)鋼板、U型支座及橡膠圈的設(shè)計(jì)，不但保證了焊接質(zhì)量而且對(duì)防腐層進(jìn)行了合理的保護(hù)。實(shí)踐證明該漂管技術(shù)已取得預(yù)期的效果，為以后長距離輸水管道穿越工程中套管內(nèi)安裝鋼管施工提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1］徐鋒，高靖淞，于昆.省國道套管內(nèi)鋼管穿越施工方案［J］.水利建設(shè)與管理，2012（s 1）.

［2］魏廣起，張吉坤，宗照峰.應(yīng)用漂管沉降施工工藝穿越河流［J］.石油工程建設(shè)，2001（03）.

［3］李琨，劉永林，王家慶，馬英豪.頂管施工中抱管成因及對(duì)策［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014（05）.

［4］張育林，周林.大型鋼岔管現(xiàn)場制造安裝施工技術(shù)［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2013（06）.

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：1672-2469（2016）05-0089-04

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.033

2015-05-11

何 玉（1974年—），男，高級(jí)工程師。