大直徑PCCP空間彎頭整體安裝技術(shù)應(yīng)用研究

劉朝輝

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) )

1 基本情況

隨著我國(guó)長(zhǎng)距離輸水工程建設(shè)，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管主要包括混凝土、鋼筒、鋼絲等，在長(zhǎng)距離輸水、供水和排污等工程中應(yīng)用廣泛。在遼西北全面啟動(dòng)重點(diǎn)輸水工程建設(shè)以來(lái)，工程管線段涉及的大直徑PCCP管是本工程的核心問題，其中彎頭由于其重量大，安裝難度高，是大直徑PCCP管道安裝技術(shù)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前各種施工方法中，主要以PCCP標(biāo)準(zhǔn)管道安裝技術(shù)為主，較少涉及大直徑PCCP管道安裝。大直徑PCCP空間彎頭施工中主要存在以下問題：由于水平與豎向轉(zhuǎn)角的重疊引起空間彎頭安裝難度較大，尤其是管件兩端插口方位角及高程，極易出現(xiàn)安裝不到位等工程質(zhì)量問題；管件吊裝過(guò)程中的平衡問題，由于空間彎頭的不規(guī)則形狀導(dǎo)致彎頭質(zhì)心并不在彎頭上，傳統(tǒng)吊裝很難達(dá)到管件平衡，難以實(shí)現(xiàn)管件及彎頭的精確對(duì)接；空間彎頭多應(yīng)用于地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，或者地下存在建構(gòu)筑物的情況，因此，吊裝難度較大，對(duì)吊裝設(shè)備管理及具體吊裝方法、手段要求很高；空間彎頭安裝過(guò)程中，管件下部需要建設(shè)混凝土支撐建筑物，因此，需要架空空間彎頭以便提供作業(yè)空間，空間彎頭架空難度大，極易出現(xiàn)安裝位置和方向變化；對(duì)于小尺寸空間彎頭配件，可以實(shí)現(xiàn)在管廠一次整體成型，并運(yùn)送到施工場(chǎng)地，但目前對(duì)于尺寸大于7m的空間彎頭，需要在現(xiàn)場(chǎng)焊接拼裝，往往導(dǎo)致彎頭焊接質(zhì)量差，輸水過(guò)程中導(dǎo)致滲漏等質(zhì)量問題，同時(shí)，影響施工建設(shè)工期。

基于上述對(duì)空間彎頭安裝問題分析，提出了一種大直徑PCCP空間彎頭整體安裝技術(shù)，并成功應(yīng)用于具體的工程實(shí)踐中，具有快速、準(zhǔn)確對(duì)接，整體安裝等優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)成果可以為類似工程提供有益參考。

2 施工工藝

2.1 管道運(yùn)輸

空間彎頭處溝槽開挖寬度大，管道安裝時(shí)采用400t履帶吊吊裝，以滿足第三排管道整體吊裝施工要求。管件整體制作前，首先利用超長(zhǎng)平板專用運(yùn)輸車對(duì)管件運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行沿線實(shí)際考察，結(jié)合管件總體運(yùn)輸高度及寬度要求進(jìn)行運(yùn)輸路徑規(guī)劃；管件整體運(yùn)輸時(shí)，采用枕木對(duì)管件進(jìn)行分段支撐(分頭部、中部及尾部)，支撐穩(wěn)定后采用鋼絲繩配合吊鏈進(jìn)行捆綁加固，確保管件整體運(yùn)輸?shù)陌踩⒎€(wěn)固。管道運(yùn)輸采用15m平板拖車直接運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，管道運(yùn)輸時(shí)，考慮到管件較大，開草線路面寬度只有9.0m，為確保運(yùn)輸安全，空間彎頭管件運(yùn)輸時(shí)，前后各安排一輛皮卡車進(jìn)行巡道。

2.2 溝槽開挖

建安二標(biāo)C41+458.039處工程中采用分段分層開挖土方，根據(jù)工程場(chǎng)地施工地質(zhì)勘查資料，采用3層開挖方式，分層厚度≤4.0m。利用“時(shí)空效應(yīng)”，控制開挖速度，滿足主體管道安裝即可。開挖土方利用自卸汽車運(yùn)土至臨時(shí)堆土區(qū)或回填區(qū)段，并采用大型推土機(jī)配合進(jìn)行土料堆放。根據(jù)地質(zhì)條件，該樁號(hào)段石方主要呈全風(fēng)化狀，采用挖掘機(jī)開挖即可，局部配合液壓破碎，如果地質(zhì)有變化，開挖時(shí)出露強(qiáng)風(fēng)化巖等堅(jiān)硬巖石，則采用石方爆破后挖掘機(jī)挖裝，并棄入監(jiān)理工程師指定渣場(chǎng)。

表1 空間彎頭各線承插口管端高程計(jì)算表 單位：m

對(duì)控制樁位置及高程復(fù)核無(wú)誤后，劃定開挖邊界線并放線，施工過(guò)程中控制樁間隔50m。嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)開挖邊坡，避免欠挖、超挖等現(xiàn)象出現(xiàn)。將施工工程中基礎(chǔ)底部預(yù)留的20cm保護(hù)層修整到設(shè)計(jì)標(biāo)高，按照槽底允許高程誤差為±20mm標(biāo)準(zhǔn)，待驗(yàn)槽合格后進(jìn)行下一道工序。管道基槽形成后確定澆筑邊線，然后采用10方木筑模，墊層澆筑按10m/塊，分塊澆筑?；炷林苯幼⑷牍艿阑郏瑵仓穸葹?0，振搗密實(shí)并木抹刀抹面。在土方運(yùn)輸中，注意施工道路的穩(wěn)定性。道路由專人負(fù)責(zé)管理，定期對(duì)道路進(jìn)行檢查維修，保證道路的暢通。

2.3 承插口段高程計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，承插口管口中心高程計(jì)算結(jié)構(gòu)詳見表1。

2.4 空間彎頭吊裝

管件在管廠按照設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角和尺寸加工制作成整體構(gòu)件，核對(duì)構(gòu)件的數(shù)量、尺寸、方向，采用超長(zhǎng)平板運(yùn)管車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。由于彎頭水平與豎向轉(zhuǎn)角重疊引起的空間轉(zhuǎn)角，導(dǎo)致空間與水平彎頭的幾何尺寸存在較大差異，因此，要實(shí)現(xiàn)空間與水平彎頭的準(zhǔn)確對(duì)接減少或避免彎頭安裝誤差，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)安裝的方位角和縱坡?？臻g彎頭安裝吊具主要包括1個(gè)定長(zhǎng)吊具和3個(gè)可調(diào)節(jié)吊具。吊具主要組成材料有：鋼絲繩7條(1條21m長(zhǎng)，2條16m長(zhǎng)，2條1.5m長(zhǎng)，1條14m長(zhǎng)，1條6m)，2個(gè)5t吊鏈，2個(gè)5t卸扣，2個(gè)10t吊鏈。插口端吊裝為21m主承重鋼絲繩，管件承口端為14m、6m鋼絲繩配合2個(gè)10t吊鏈吊裝，可通過(guò)2個(gè)10t吊鏈調(diào)整承口端位置，見圖1中的1#、2#鋼絲繩，吊點(diǎn)位置為距管道1m處。采用兩條2條16m鋼絲繩分別配置一個(gè)5t吊鏈組合成可調(diào)節(jié)吊點(diǎn)。如圖1所示：3#和4#鋼絲繩為16m鋼絲繩環(huán)抱捆綁管件，捆綁節(jié)點(diǎn)位于管道腰線，捆綁節(jié)點(diǎn)采用5t卸扣連接。兩條鋼絲繩分別位于管件左、右兩側(cè)，剩余一端與吊鉤上部1.5m長(zhǎng)鋼絲繩吊鏈連接。經(jīng)計(jì)算與廠內(nèi)吊裝試驗(yàn)確定的布設(shè)具體吊裝位置詳如圖1所示，綁扎方案如圖2所示。

圖1 管件吊裝捆綁示意圖

圖2 空間彎頭吊裝前綁扎

空間彎頭吊裝具體實(shí)施步驟如下：利用履帶吊將捆綁好管件吊起，為保證各條吊帶均勻受力，管件脫離地面之前，調(diào)整2#、3#、4#吊帶吊鏈；然后，依次調(diào)整吊鏈1、2，保證管端徑向線繩處于水平位置，符合管件設(shè)計(jì)安裝的方向和水平轉(zhuǎn)角。管道與空間彎頭對(duì)接方式主要包括10t吊鏈內(nèi)拉對(duì)接如圖3所示，以及起重吊車上下輕微擺動(dòng)，如圖4、圖5所示。在標(biāo)準(zhǔn)管管縫處和空間彎頭安裝方向管端設(shè)置受力橫梁，使管件對(duì)接至內(nèi)縫80左右。對(duì)于安裝過(guò)程中軸線控制，主要方式為在管端放置一根長(zhǎng)2.5m的角鐵，角鐵上部放置一80長(zhǎng)水平尺，在角鐵水平中心處掛線錘，通過(guò)2#、3#吊鏈調(diào)整吊帶長(zhǎng)度，旋轉(zhuǎn)管件達(dá)到微調(diào)目的，調(diào)節(jié)管道中心與控制樁吻合。分別按照管件與上一節(jié)管道內(nèi)縫管件小于25以及內(nèi)底高程處于設(shè)計(jì)高程±3范圍內(nèi)等設(shè)計(jì)要求，確保管件連接及內(nèi)地高程符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

圖3 管件安裝內(nèi)拉示意圖

圖4 空間彎頭吊裝

圖5 空間彎頭微調(diào)

2.5 管道軸線復(fù)核

管道安裝施工過(guò)程中，分別測(cè)量2.5m角鐵(角鐵始終保持水平狀態(tài))兩端至中線控制點(diǎn)2的距離，保證管道方位角與設(shè)計(jì)吻合。通過(guò)內(nèi)拉設(shè)備左右微調(diào)和2#、3#吊帶吊鏈旋轉(zhuǎn)微調(diào)，調(diào)節(jié)至邊長(zhǎng)1=邊長(zhǎng)2時(shí)，使管端橫截面與管道軸線垂直，即管件安裝方向的方位角和管件軸線與設(shè)計(jì)中心線吻合。如圖6所示，利用手提式打壓泵打壓接頭，根據(jù)試壓嘴壓力有無(wú)壓力變化，對(duì)接縫壓力進(jìn)行驗(yàn)證。

圖6 管件安裝軸線復(fù)核方法示意圖

2.6 空間彎頭支撐與固定

由于水平轉(zhuǎn)角和豎向轉(zhuǎn)角之間的疊加導(dǎo)致管件不穩(wěn)定，因此，需要對(duì)空間彎頭進(jìn)行支撐與固定，空間彎頭管件支撐位置主要在管件承口端和插口端，支撐數(shù)目設(shè)置不少于兩處，支撐裝置采用直徑75cm鋼管桁架，同時(shí)，為增加支撐的有效作用面積，分別在鋼支撐立桿下部及管道接觸部位分別尺寸為30×30×2及20×20×2的鋼板，防止應(yīng)力集中破壞管道。管件加固用型鋼桁架根據(jù)安裝高程與基礎(chǔ)面間距離提前制作完成，制作尺寸應(yīng)略小于管外壁與基礎(chǔ)面高差，管件現(xiàn)場(chǎng)安裝就位后采用墊塊及楔鐵進(jìn)行位置調(diào)整與加固，然后進(jìn)行焊接固定。管件加固方式、鋼桁架支座樣式詳見圖7、圖8，支撐方式見圖9。

圖7 空間彎頭管件固定示意圖

圖8 鋼桁架支座細(xì)部圖

圖9 鋼桁架支撐圖片

2.7 混凝土澆筑

本樁號(hào)水平鎮(zhèn)墩混凝土澆筑將鋼桁架與固定穩(wěn)定的彎頭一并澆筑，使其成為一個(gè)整體，在日后通水時(shí)，混凝土鎮(zhèn)墩固定彎頭，降低或避免水錘對(duì)管件影響。按照施工組織設(shè)計(jì)中，施工圖紙進(jìn)行放線，鋼筋尺寸、位置等安裝參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格按照施工圖紙的設(shè)置。在施工過(guò)程中應(yīng)保證鋼筋表面潔凈無(wú)損，銹跡等污染應(yīng)清除，顆粒狀或片狀老銹的鋼筋嚴(yán)禁使用。

建安二標(biāo)C41+458.039處工程中模板主要為竹膠模板，并輔助使用小型標(biāo)準(zhǔn)鋼模板，根據(jù)模板表面光滑、接縫嚴(yán)密，不漏漿原則對(duì)安裝模板進(jìn)行工程驗(yàn)收。對(duì)于模板內(nèi)側(cè)澆筑面，澆筑前需要清理雜物，用高壓風(fēng)水槍沖洗干凈，并涂刷脫模隔離劑?；炷林苽鋰?yán)格遵守混凝土配合比，由拌和站集中拌制，采用8m3混凝土罐車運(yùn)輸?；炷龄伭虾穸让繉?0～40cm，保持混凝土面均勻上升。分別采用插入式振搗器以及平板振搗器對(duì)倉(cāng)號(hào)內(nèi)及表面混凝土進(jìn)行振搗。混凝土澆筑完成后需要進(jìn)行人工養(yǎng)護(hù)，澆筑完成12～18h后，采用灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間持續(xù)一到兩周，并按照混凝土相關(guān)施工規(guī)范對(duì)混凝土拆模。對(duì)于水平施工縫處理：先人工拉毛后用水沖毛，鑿毛時(shí)混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到2.5MPa。

3 效益分析

本成果在遼寧重點(diǎn)輸水工程三段建安二標(biāo)C41+458.039處進(jìn)行了成功的試點(diǎn)應(yīng)用，本段管線安裝多處于溝谷及坡地地貌，原地面地勢(shì)起伏較大，且地勢(shì)狹窄，管線穿河、穿路段埋深均較大。通過(guò)采用空間彎頭改變管道方向，能夠有效克服復(fù)雜地質(zhì)條件的不利地形，保護(hù)周圍地上及地下建構(gòu)筑物。本工程空間彎頭一共有58處，工程工期、現(xiàn)場(chǎng)施工協(xié)調(diào)和安全生產(chǎn)管理工作均存在壓力巨大。

采用文中提出的空間彎頭整體安裝技術(shù)，施工質(zhì)量得到有效保證，施工組織管理設(shè)計(jì)更加合理有效，施工進(jìn)度管理水平不斷提升，增強(qiáng)空間彎頭安裝工程質(zhì)量?？臻g彎頭整體安裝技術(shù)應(yīng)用節(jié)約大量的人力物力成本，經(jīng)濟(jì)效益核算表明，本工程整體吊裝技術(shù)比傳統(tǒng)安裝技術(shù)節(jié)約成本約1186萬(wàn)元。每處空間彎頭施工工期比傳統(tǒng)施工技術(shù)節(jié)省25天。

4 結(jié)語(yǔ)

空間彎頭整體安裝技術(shù)的運(yùn)用可以有效的提高工作效率和施工效果，通過(guò)對(duì)空間整體安裝技術(shù)優(yōu)化與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，能夠有效減少管理支出降低管理成本。研究成果的推廣與應(yīng)用必將為PCCP管道安裝工程提供有力支撐。

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