山區(qū)陡坡地段開挖及管線安裝技術(shù)實(shí)踐

袁素梅 王瀏劉 范興寬 顧二化

大興水利樞紐一級(jí)泵站出水主管位于一級(jí)泵站主泵房和一級(jí)泵站出水池之間的山坡上，原地形坡度高達(dá)六十多度，超過挖掘機(jī)額定30°爬坡，鑒于坡度較陡，陡坡上無法修筑施工便道，開挖、吊裝設(shè)備無法自由上下移動(dòng)。因此，必須根據(jù)山體特點(diǎn)及地形地貌，制定相適應(yīng)的施工溝槽開挖、管道安裝方案。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖環(huán)境，通過與PMC項(xiàng)目管理部、設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)論證，并通過監(jiān)理審核，最終采用“溝槽+臺(tái)階法”施工技術(shù)進(jìn)行溝槽開挖，管道軌道運(yùn)輸安裝方法。

1 “溝槽+臺(tái)階法”溝槽開挖

施工中挖掘機(jī)在坡度開挖溝槽，形成簡(jiǎn)易操作平臺(tái)，然后在平臺(tái)上將挖出來的土石倒向下一臺(tái)階修筑第2級(jí)平臺(tái)，挖機(jī)移至第2個(gè)平臺(tái)上，開挖前一平臺(tái)處的溝槽，如此循環(huán)直至溝槽開挖成型。

在坡頂根據(jù)設(shè)計(jì)斷面開挖溝槽，溝槽長(zhǎng)度以滿足設(shè)備行走及停放為宜，修筑形成第1級(jí)操作平臺(tái)，將挖出的土石方向坡下順坡堆積、壓實(shí)形成第2級(jí)平臺(tái)，平臺(tái)長(zhǎng)寬尺寸不小于6 m×10 m，上下2級(jí)平臺(tái)斜坡角度不大于15°，經(jīng)過加固夯實(shí)保證設(shè)備安全穩(wěn)定行走及操作，挖掘機(jī)移動(dòng)至第2級(jí)平臺(tái)后，將第1級(jí)平臺(tái)范圍內(nèi)的溝槽開挖成型，石方采用換用破碎錘破碎，破碎后的土石方換用挖斗開挖，挖出的土石方向后倒運(yùn)修筑下一級(jí)平臺(tái)。挖掘機(jī)移動(dòng)至下一級(jí)平臺(tái)，將前一級(jí)平臺(tái)范圍內(nèi)的溝槽開挖成型，如此循環(huán)，逐級(jí)修筑操作平臺(tái)，開挖溝槽直至溝槽開挖成型。

修筑施工平臺(tái)、逐級(jí)開挖溝槽施工技術(shù)要點(diǎn)：

（1）開挖前，在坡腳處開挖臨時(shí)存料坑并在廠區(qū)距主副廠房約10 m處，開挖寬2 m，深2 m的防護(hù)溝，開挖料堆放于靠近廠房側(cè)，修筑防護(hù)堤，確保施工過程中一級(jí)泵站廠區(qū)安全。

（2）挖溝過程中，將溝邊兩側(cè)邊坡及坡頂虛土、孤石清除，保證溝槽邊坡及坡頂兩邊1 m范圍內(nèi)無雜物，防止震動(dòng)土石塊墜落砸傷下方施工人員或設(shè)備，并用人工配合挖掘機(jī)將溝內(nèi)壁修筑光滑。無凸起，溝底修筑平整。

（3）施工過程中，必須確保邊坡的穩(wěn)定。

（4）根據(jù)不同的地質(zhì)邊界條件及工況，計(jì)算堆積料及山坡的臨界坡度，每天對(duì)堆積土坡度進(jìn)行測(cè)量，在達(dá)到臨界坡度前及時(shí)對(duì)堆積土進(jìn)行清理。確保堆積土坡及山坡的穩(wěn)定。

（5）在平臺(tái)上逐級(jí)開挖溝槽時(shí)，修筑的下級(jí)平臺(tái)比上級(jí)平臺(tái)橫向延伸不超過1.5 m，虛土上設(shè)備最多占用1/3車長(zhǎng)(寬），保證設(shè)備不滑車；相鄰兩臺(tái)階之間縱向高差應(yīng)小于2 m，保證設(shè)備移動(dòng)到下一臺(tái)階的行走安全，避免發(fā)生機(jī)械翻倒事故的發(fā)生。

（6）挖掘機(jī)在作業(yè)間隔期間或每天下班前，必須?？吭诎踩恢茫_保機(jī)械安全。

2 管道軌道運(yùn)輸及安裝

出水系統(tǒng)1#支墩以上主管陡坡段，用8 t平板運(yùn)輸汽車進(jìn)行管道道路運(yùn)輸，陡坡段采用軌道運(yùn)輸，從下向上逐節(jié)安裝。

2.1 施工方法

陡坡段1#支墩以上主管段的鋼管安裝，安裝布置如圖1所示。該安裝段從1#支墩下游處開始，依次進(jìn)行2#、3#…7#支墩段鋼管安裝。

安裝方法：

（1）交通道路運(yùn)輸，通過一級(jí)泵站鋼管堆放場(chǎng)通往一級(jí)出水池的汽車運(yùn)輸?shù)缆?，? t平板運(yùn)輸汽車進(jìn)行管道道路運(yùn)輸至高程591 m吊裝場(chǎng)地。

（2）在高程591 m吊裝場(chǎng)地處布置5 t卷?yè)P(yáng)機(jī)1臺(tái)，用于陡坡段鋼管自坡頂向下方運(yùn)輸?shù)臓恳O(shè)備。

圖1 陡坡段主管安裝布置示意圖

（3）斜坡段的鋼管運(yùn)輸通道，采用[10槽鋼進(jìn)行鋪設(shè)，間隔1 m設(shè)置寬50 cm的現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)并預(yù)埋直徑16 mm的插筋，軌道和軌道基礎(chǔ)插筋進(jìn)行焊接固定，軌道及接頭間連接采用焊接形式，跨各個(gè)支墩時(shí)可與支墩上的臨時(shí)插筋進(jìn)行固定連接。

（4）軌道上設(shè)置運(yùn)輸臺(tái)車，用于斜段各鋼管管節(jié)的向下運(yùn)輸，臺(tái)車承載鋼管狀態(tài)如圖2所示。

圖2 臺(tái)車承載鋼管狀態(tài)示意圖

（5）安裝順序。自與1#鎮(zhèn)墩處鋼管連接開始，依次安裝到6#支墩；各管節(jié)分別在各對(duì)應(yīng)支墩的一期混凝土面上樹立型鋼支撐，以保持鋼管穩(wěn)定和防止已裝管線的徑向變形，然后再安裝支腿滑塊及埋件。

（6）1#～6#支墩上的滑塊及其埋件安裝完成后，立即澆筑支墩上的二期混凝土，待二期混凝土凝固7 d后再進(jìn)行波紋補(bǔ)償器1的安裝。

（7）波紋補(bǔ)償器1和鎮(zhèn)墩至7#支墩間的鋼管安裝作為一個(gè)安裝段。波紋補(bǔ)償器1安裝時(shí)采用汽車吊直接吊裝，安裝前按照軸向補(bǔ)償量的設(shè)計(jì)值46 mm事先進(jìn)行壓縮，以滿足管線通水后軸向收縮的補(bǔ)償要求，或者按廠家要求進(jìn)行預(yù)調(diào)整。

（8）補(bǔ)償器安裝完成后，進(jìn)行鎮(zhèn)墩及7#支墩間鋼管安裝。具體方法是在吊裝完成后，進(jìn)行鋼支撐加固及管節(jié)間焊縫焊接，檢驗(yàn)合格后澆筑鎮(zhèn)墩混凝土。

（9）待鎮(zhèn)墩混凝土強(qiáng)度滿足施工要求后，進(jìn)行7#～16#支墩的鋼管安裝，鋼管支撐加固、滑塊及埋件安裝方法與1#～6#段鋼管管節(jié)的安裝方法相同；待16#支墩處管節(jié)安裝、焊接、加固、驗(yàn)收及各支墩上部的二期混凝土澆筑完成約1周后，再開始進(jìn)行波紋補(bǔ)償器2以及剩余主管的鋼管安裝。

（10）波紋補(bǔ)償器2的安裝與波紋補(bǔ)償器1的方法大致相同，軸向壓縮尺寸108 mm，后者大于前者。

（11）鋼管全部安裝完成后，進(jìn)行管外部清理、補(bǔ)漆和設(shè)備、材料等的拆除。

2.2 壓力鋼管運(yùn)輸與吊裝

擬采用8 t平板運(yùn)輸汽車進(jìn)行管道道路運(yùn)輸，運(yùn)輸過程中管口與車身平行，運(yùn)至安裝部位后采用25 t汽車吊或塔吊卸車。

出水系統(tǒng)岔管及岔管至支墩1段主管用汽車吊和平板汽車進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至安裝部位，直接用25 t汽車吊吊裝。

出水系統(tǒng)1#～16#支墩間管節(jié)先用汽車吊和平板汽車進(jìn)行場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至高程591 m平臺(tái)起吊場(chǎng)地，使用軌道運(yùn)輸臺(tái)車進(jìn)行管道安裝范圍內(nèi)的向下運(yùn)輸，利用臨時(shí)安裝的門架，用手拉葫蘆進(jìn)行吊裝。

運(yùn)輸、吊裝應(yīng)注意的事項(xiàng)：

（1） 根據(jù)鋼管不同位置的運(yùn)輸、吊裝條件及鋼管重量、尺寸等實(shí)際情況制定詳細(xì)的運(yùn)輸、吊裝方案。

（2） 鋼管運(yùn)輸、吊裝前，作好技術(shù)交底，使每個(gè)施工人員都心中有數(shù)。

（3） 設(shè)備運(yùn)輸前，根據(jù)鋼管的最大質(zhì)量、外形尺寸，對(duì)所通過的道路事先考察，對(duì)不適應(yīng)的道路作好臨時(shí)維護(hù)、加固處理。

（4） 鋼管裝卸車時(shí)，用枕木或木板墊平、墊牢。同時(shí)，鋼管的重心裝在運(yùn)輸平板車的中心，并捆綁牢固，在鋼管的最大尺寸處加警示標(biāo)志。

（5）運(yùn)輸平板車限速行駛，有引路車開道，遇到轉(zhuǎn)彎處時(shí)減速繞大彎行駛。

（6）吊裝的所有工器具、設(shè)備都有足夠的安全系數(shù)，施工時(shí)起重工具要隨時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)不安全因素應(yīng)及時(shí)處理。

（7）鋼管吊裝時(shí)，必須系好晃繩，以防四處碰壁。

（8）所有參加起吊、運(yùn)輸?shù)墓ぷ魅藛T，應(yīng)嚴(yán)守操作規(guī)程，指揮信號(hào)要明確。

2.3 壓力鋼管安裝工藝

鋼管和相關(guān)的部件安裝及交接驗(yàn)收根據(jù)合同文件中有關(guān)規(guī)定、設(shè)計(jì)圖紙和要求、相關(guān)規(guī)范等執(zhí)行。

2.3.1 支腿滑塊安裝

滑塊布置在混凝土支墩上，首先利用一期預(yù)埋螺栓將滑塊和滑塊墊板安裝調(diào)整合格。把滑塊鋪設(shè)到墊板上并電焊與墊板連接牢固，檢查合格后回填二期混凝土。滑塊布置參如圖3所示。

圖3 壓力鋼管滑塊布置和加固示意圖（單位：mm）

2.3.2 樣點(diǎn)放置

首先根據(jù)基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)，放設(shè)鋼管控制網(wǎng)點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算每節(jié)鋼管位置坐標(biāo)，然后將每節(jié)鋼管的兩腰點(diǎn)和頂（底）點(diǎn)作為控制點(diǎn)放設(shè)，控制點(diǎn)采用測(cè)量用的水泥鋼釘標(biāo)記。并在合適的位置放設(shè)高程控制點(diǎn)。

2.3.3 支架的調(diào)整安裝

利用10#工字鋼、63角鋼搭設(shè)龍門架，龍門架的上表面高程應(yīng)比安裝到位高程低30 mm左右。鋼管調(diào)整到位后利用63角鋼進(jìn)行局部加固，保證管節(jié)的穩(wěn)定性。上一個(gè)管節(jié)安裝到位后在管口焊接3塊托板，下一節(jié)吊裝時(shí)直接將鋼管的一段放置在托板上。

2.3.4 定位節(jié)的安裝

鋼管定位節(jié)的安裝質(zhì)量的控制好壞，直接影響到其余管節(jié)安裝的質(zhì)量。鋼管安裝的要點(diǎn)是控制中心、高程和環(huán)縫間隙。安裝時(shí)，先進(jìn)行中心的調(diào)整，用千斤頂調(diào)整鋼管，使鋼管口的下中心對(duì)準(zhǔn)控制樣點(diǎn)，然后采用4個(gè)千斤頂，均衡地將鋼管調(diào)整到要求的高程。合格后用榔頭在鋼管與支墩間隙之間打入鍥型鐵，撤出千斤頂，重新檢測(cè)和調(diào)整中心、高程、里程，這樣反復(fù)數(shù)次，直到滿足安裝設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行加固。加固完后再次進(jìn)行中心、高程、里程的復(fù)測(cè)，并作好記錄。

2.3.5 其余管節(jié)、湊合節(jié)及伸縮節(jié)安裝

定位節(jié)安裝加固合格后，進(jìn)行第2管節(jié)的安裝，采用千斤頂調(diào)整管節(jié)，使管節(jié)的上、下游管口中心、里程、高程符合安裝設(shè)計(jì)要求，彎管段還應(yīng)檢查彎度。所有檢查項(xiàng)目符合要求后，進(jìn)行壓縫。壓縫采用壓碼等簡(jiǎn)易工裝進(jìn)行。壓縫時(shí)注意鋼板錯(cuò)牙和環(huán)縫間隙。壓縫完成后，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，合格后進(jìn)行加固、環(huán)縫焊接。

最后進(jìn)行湊合節(jié)安裝，湊合節(jié)以瓦片形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)切割和焊接。首先將瓦片吊裝進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，利用臨時(shí)壓碼將瓦片固定，然后以安裝好的鋼管為基準(zhǔn)進(jìn)行劃線，將瓦片按照劃線，采用切割機(jī)進(jìn)行切割。然后進(jìn)行壓縫和焊接。

溫度補(bǔ)償型伸縮節(jié)的安裝，溫度補(bǔ)償型伸縮節(jié)，主要是用于吸收因熱脹冷縮振動(dòng)或其它外力作用引起管道和設(shè)備的小量位移，安裝時(shí)，彈簧調(diào)節(jié)器的鎖緊螺母要在鎖緊狀態(tài)，等到伸縮節(jié)處于正常工作狀態(tài)，應(yīng)松開彈簧調(diào)節(jié)器鎖緊螺母。為方便日后的檢修，伸縮節(jié)的伸縮量應(yīng)當(dāng)為額定伸縮量的一半。

伸縮節(jié)安裝完畢后應(yīng)在初始位置做好標(biāo)記，觀察之后幾天伸縮節(jié)伸縮變化范圍是否在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，如發(fā)現(xiàn)異常需及時(shí)與設(shè)計(jì)溝通增設(shè)伸縮節(jié)。

2.3.6 壓力鋼管焊接

2.3.6.1 焊接材料

環(huán)縫焊接采用手工電弧焊，焊條使用J507R焊條焊接。施焊前，按說明書要求進(jìn)行烘焙，烘焙溫度為350℃，烘焙1 h，當(dāng)溫度降至150℃時(shí)再轉(zhuǎn)入100～120℃保溫箱內(nèi)保存。焊工每次攜帶的焊條為50～80根，并存放于供電的保溫筒內(nèi)，隨用隨取。使用后剩余的焊條應(yīng)存入干燥箱內(nèi)再次烘焙后才準(zhǔn)使用，重復(fù)烘焙次數(shù)不宜超過兩次。

2.3.6.2 焊接方法

環(huán)縫焊接時(shí)應(yīng)搭設(shè)腳手架和焊接平臺(tái)，采用分段、多層多道焊，每層焊縫焊接前必須將上一層的焊渣、藥皮等徹底清除干凈，多層焊的焊接接頭應(yīng)錯(cuò)開。焊接時(shí)按2個(gè)焊接工位同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱焊接，按多層多道、分段對(duì)稱的原則進(jìn)行焊接。

焊接完畢，清除環(huán)縫兩邊的飛濺、焊瘤。過流表面的焊縫要求打磨干凈。

嚴(yán)禁在焊接區(qū)域外引弧，引弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)均應(yīng)熔化在焊縫內(nèi)，不應(yīng)有未填滿的弧坑。焊縫(包括定位焊)焊接時(shí)，要在坡口內(nèi)引弧、熄弧、嚴(yán)禁在母材上引弧，熄弧時(shí)要將弧坑填滿。

環(huán)縫的焊接按安裝順序逐條進(jìn)行焊接，不得強(qiáng)行對(duì)口，不得跳越焊接，不得強(qiáng)行組裝。不得在混凝土澆筑后再焊接環(huán)縫。

焊接完畢，焊工必須進(jìn)行自檢并作好記錄。

2.3.6.3 焊縫檢驗(yàn)

（1）無損檢測(cè)：無損檢測(cè)人員必須持有有效的資格證書，評(píng)定焊縫質(zhì)量應(yīng)由Ⅱ級(jí)或Ⅱ級(jí)以上的持證檢測(cè)人員擔(dān)任。按招標(biāo)文件要求，安裝環(huán)縫超聲波探傷比例為100%，對(duì)超聲波探傷有疑問的焊縫采用射線復(fù)查。

（2）外觀檢查：所有焊縫均進(jìn)行100%的外觀檢查，并應(yīng)符合規(guī)范要求。

（3）焊縫缺陷處理：探傷過程中發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄缺陷的大小、位置，并判斷缺陷的性質(zhì)。缺陷返修時(shí)，應(yīng)將缺陷謹(jǐn)慎地刨出。嚴(yán)禁將缺陷一下全部刨掉，必要時(shí)可采用UT等輔助手段來進(jìn)行。缺陷刨出后，記錄下缺陷的性質(zhì)、大小及位置。其后將缺陷全部刨除。按焊縫焊接時(shí)所用的焊條及工藝方法進(jìn)行焊縫的返修。

焊縫內(nèi)部缺陷應(yīng)用碳弧氣刨或砂輪將缺陷清除并用磨光機(jī)修磨成便于焊接的凹槽，焊補(bǔ)前要認(rèn)真檢查，由有經(jīng)驗(yàn)的焊工進(jìn)行焊縫的缺陷處理。

焊縫內(nèi)部或表面發(fā)現(xiàn)有裂紋時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分析，找出原因，制訂措施后，方可焊補(bǔ)。需焊補(bǔ)的焊縫，采用和主焊縫相同的焊接工藝和預(yù)熱溫度。

焊縫缺陷返修后按原探傷條件進(jìn)行復(fù)探，復(fù)探時(shí)應(yīng)向返修兩端各延長(zhǎng)至少50 mm作擴(kuò)大探傷。同一部位焊縫缺陷的返修次數(shù)不應(yīng)超過2次，超過2次后，應(yīng)制訂可靠的技術(shù)措施，并經(jīng)監(jiān)理和施工技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)，方可焊補(bǔ)，并作出記錄。

管壁表面凹坑深度大于板厚10%或超過2 mm時(shí)，焊補(bǔ)前應(yīng)用碳弧氣刨或砂輪將凹坑刨成和修磨成便于焊接的凹槽，再行焊補(bǔ)。焊補(bǔ)后，用磨光機(jī)將焊補(bǔ)處磨平，并認(rèn)真檢查，有無裂紋，必要時(shí)用UT探傷檢查。

2.4 防腐涂裝

防腐處理施工設(shè)備、檢測(cè)儀器，施工前須對(duì)各種機(jī)械設(shè)備以及檢測(cè)儀器進(jìn)行調(diào)試，以保證施工的有序進(jìn)行。所使用的檢測(cè)儀器須在計(jì)量器具周檢有效期內(nèi)。

質(zhì)檢人員持有水利部頒發(fā)的《防腐蝕質(zhì)檢員證書》。進(jìn)行手工除銹、涂料涂裝等工序的操作人員均應(yīng)取得水利部頒發(fā)的《防腐蝕操作工合格證書》。

現(xiàn)場(chǎng)安裝焊縫兩側(cè)150 mm范圍內(nèi)未涂裝的鋼材表面，待現(xiàn)場(chǎng)安裝并完成焊縫焊接后進(jìn)行二次手工除銹，經(jīng)檢驗(yàn)合格后方能進(jìn)行防腐涂層施工。

鋼管安裝過程中表面涂裝損壞的部位均需進(jìn)行二次涂裝。

進(jìn)行鋼管涂裝前，應(yīng)對(duì)鋼管表面進(jìn)行預(yù)處理（在預(yù)處理前鋼管表面的焊渣、毛刺、油脂等污物應(yīng)清除干凈）。表面預(yù)處理質(zhì)量應(yīng)符合施工圖紙的規(guī)定。當(dāng)鋼板表面溫度低于露點(diǎn)以上3℃或高于60℃、環(huán)境溫度低于10℃、相對(duì)濕度高于85%時(shí)，不得進(jìn)行表面預(yù)處理和油漆涂裝。

安裝環(huán)縫焊接完成24 h后，進(jìn)行焊縫的無損檢測(cè)，合格后對(duì)安裝環(huán)縫及兩側(cè)進(jìn)行二次除銹，再用人工涂刷的方法防腐補(bǔ)漆。

3 結(jié)語(yǔ)

“溝槽+臺(tái)階法”溝槽開挖施工技術(shù)方法和陡坡段軌道管道運(yùn)輸施工技術(shù)方法的在大興水利樞紐一級(jí)泵站出水主管安裝施工中成功應(yīng)用，保證了大興水利樞紐一級(jí)泵站出水主管壓力鋼管施工的順利完工，可為今后同類山區(qū)管道施工提供借鑒。