滑輪組合牽引系統(tǒng)快速安裝T型球墨鑄鐵管施工技術(shù)的應(yīng)用

李志強(qiáng)，陳小波，向起來

（重慶建工市政交通工程有限責(zé)任公司，重慶 400021）

0 引言

球墨鑄鐵管已被廣泛應(yīng)用在城鎮(zhèn)給水、燃?xì)夤艿乐?，是一種用戶認(rèn)可度高的成熟產(chǎn)品。T型球墨管采用滑入性柔性接口，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、密封性好，能適應(yīng)一定的基礎(chǔ)變形等特點(diǎn)[1]。一般采用“倒鏈法”進(jìn)行安裝，即在接口處安裝鉤頭、鋼繩、倒鏈（或電動葫蘆）后，由人工牽引將管道拉入承口。在實(shí)際操作中，隨著安裝管道口徑的增大，安裝所需牽引力增加，人工牽引就變得更加費(fèi)時、費(fèi)力。

針對該問題，筆者開展專項(xiàng)研究，對安裝方法進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)，依靠滑輪組合系統(tǒng)改變機(jī)械牽引力方向，利用吊裝設(shè)備替代人工牽引，實(shí)現(xiàn)了T型球墨鑄鐵管快速安裝（簡稱滑輪組法）。實(shí)踐證明，采用滑輪組法安裝T型球墨鑄鐵管效率更高、成本更低，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 工藝原理

根據(jù)擬安裝管道的參數(shù)指標(biāo)，計(jì)算管道連接所需外力。合理選定鋼繩、滑輪、吊索（吊帶）等組件的型號、規(guī)格，組成滑輪組合牽引系統(tǒng)（圖1）。動滑輪A與定滑輪B分別由吊索（吊帶）固定在兩段管道的L/2處，通過與定滑輪B連接在一起的導(dǎo)向滑輪C，將吊裝設(shè)備提供的豎直向上的牽引力轉(zhuǎn)換為水平拉力，使管道進(jìn)入承插口。由于動滑輪A與定滑輪B與管道軸線夾角較小，其產(chǎn)生的豎向分力不會使管道脫離地面。管道的承插深度L0由管道自身構(gòu)造要求確定。鋼繩的牽行長度Lm與管道承插深度L0間存在可確定的數(shù)量關(guān)系，即Lm=mL0（Lm鋼繩的牽行長度，m鋼繩工作繩數(shù)，忽略鋼繩受力下的變形）。根據(jù)這個數(shù)量關(guān)系，確定鋼繩牽行長度Lm，用“限制環(huán)”限制鋼繩牽行長度可實(shí)現(xiàn)對承插深度的控制。通過調(diào)整滑輪個數(shù)n、滑輪工作繩數(shù)m，以實(shí)現(xiàn)對牽引力F、牽行長度Lm調(diào)整控制。

圖1 滑輪組系統(tǒng)示意圖

2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）機(jī)械化作業(yè)提高施工效率。通過滑輪組改變力的作用方向，將豎向牽引力變?yōu)樗嚼Γ关Q向提升設(shè)備能夠完成管道軸向的牽引工作。將效率更高的豎向提升設(shè)備替代人工小型機(jī)具進(jìn)行作業(yè)，極大地提升了施工速度。

（2）提高吊裝設(shè)備的使用效率。吊裝設(shè)備在管道施工中通常僅用于管道裝卸及管道入槽，設(shè)備利用率低。該技術(shù)以吊裝設(shè)備提供安裝牽引力，且安裝施工速度快，同臺吊裝設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)管道下車、入槽、安裝的同步作業(yè)。

（3）適用性強(qiáng)。利用滑輪組的特性，通過增加滑輪個數(shù)、工作繩數(shù)等，達(dá)到調(diào)整牽引力和牽引長度的目的，以滿足各種規(guī)格的管道安裝施工。

（4）能有效確保管道安裝質(zhì)量?；喗M合系統(tǒng)將豎向牽引力改變?yōu)楣艿垒S向的拉（壓）力，受力均勻。同時，在鋼繩上設(shè)置醒目的限制環(huán)，更易于指揮人員和吊車操作人員觀察承插情況，能有效控制管道承插深度，保證安裝質(zhì)量。

（5）原理簡單，操作方便，投入成本低。該工法所涉用的滑輪、鋼繩、吊帶等材料工具，普通常見、價格低廉，且非一次性投入，可反復(fù)多用途使用。該技術(shù)原理簡單，操作簡易，具有很強(qiáng)的推廣性。

3 施工方法

3.1 工藝流程

管道安裝工藝流程如圖2所示。

3.2 施工準(zhǔn)備

（1）溝槽驗(yàn)收合格。溝槽地基承載力以及地基處理滿足設(shè)計(jì)要求。槽底高程、槽底中線每側(cè)寬度、溝槽邊坡在允許偏差范圍內(nèi)。溝槽支護(hù)符合國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB 50202的相關(guān)規(guī)定。接口工作坑配合管道鋪設(shè)開挖完成，開挖尺寸符合施工方案要求。

（2）管材進(jìn)場質(zhì)量檢查合格。管節(jié)及管件的規(guī)格、尺寸公差、性能滿足相關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求，外觀無裂紋、無缺陷。

（3）專項(xiàng)施工方案按規(guī)定程序完成審批，對作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

3.3 管道吊運(yùn)入槽

（1）管道可采用吊車、隨車吊等設(shè)備進(jìn)行吊運(yùn)。使用專業(yè)吊鉤、外包膠管的吊索或者兜身吊帶等對管道進(jìn)行捆綁起吊，以避免對管道防腐層造成損傷。綁扎所用的吊索（鉤）、卡環(huán)、繩扣等規(guī)格，以及管道吊點(diǎn)位置都需經(jīng)過計(jì)算確定。

（2）起重設(shè)備架設(shè)位置不得影響溝槽邊坡的穩(wěn)定性，與架空電線、建筑物等構(gòu)造之間需保持安全距離。

（3）采用該技術(shù)安裝管道效率較高，起重設(shè)備可直接從運(yùn)輸車上逐根起吊管道，直接入槽，實(shí)現(xiàn)下車和入槽兩環(huán)節(jié)相統(tǒng)一。管道提升和下放過程應(yīng)平穩(wěn)、緩慢，不要晃動避免撞擊。

（4）在管道安裝前，宜將管節(jié)、管件按照施工方案要求進(jìn)行擺放，便于吊運(yùn)安裝。管道安裝施工方向宜從下游開始，承口朝著流水方向。管身軸線按溝槽中線對正定位。

（5）吊裝大管徑、重構(gòu)件時，需先進(jìn)行試吊，確認(rèn)無問題后，方可正式起吊[2]。

3.4 承插準(zhǔn)備

（1）第一節(jié)管道就位后或下一節(jié)管道安裝前，進(jìn)行承口清理、膠圈安裝及承插口潤滑等承插準(zhǔn)備工作。

（2）使用毛刷、抹布等清除承口內(nèi)部油污、飛刺、鑄砂及凹凸不平的鑄瘤；插口外工作面修整光滑，不得有缺陷、裂紋；插口段損壞部切割后，必須對新切端口進(jìn)行倒角及磨圓處理，以防止安裝時損壞膠圈[3]。

（3）承插口清潔完畢后，將橡膠圈裝入承口凹槽。橡膠圈與管材需配套使用，材質(zhì)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，外觀應(yīng)平整光滑，不得有裂縫、破損、氣孔、重皮等缺陷，每個橡膠圈的接頭不得超過2個[4]。

（4）橡膠圈安裝經(jīng)檢驗(yàn)合格后，涂刷無腐蝕性的潤滑油（劑）。在膠圈工作面和另一支插口工作面涂上潤滑油（劑）。插口工作面涂抹潤滑油（劑）時，應(yīng)從坡口至承插線處均勻涂抹。膠圈底部禁止粘油。

（5）將插口對準(zhǔn)承口，調(diào)整兩管道軸線使其接口在允許轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)，做好承插準(zhǔn)備。

3.5 滑輪組選定與安裝

3.5.1 滑輪組選定

根據(jù)《建筑施工起重吊裝安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 276）、《水及燃?xì)夤艿烙们蚰T鐵管、管件及附件》GB/T 13295等規(guī)范要求，綜合考慮管道吊裝、安裝等不同工況下，可對吊索、滑輪、鋼繩等進(jìn)行計(jì)算，按最不利狀態(tài)進(jìn)行選用。

3.5.2 安裝滑輪組

（1）根據(jù)計(jì)算配備相應(yīng)的吊索（帶）、鋼繩、滑輪等，并對其進(jìn)行檢查核實(shí)?；喗M系統(tǒng)一次安裝后，可整體搬運(yùn)重復(fù)使用。

（2）吊帶（吊索）捆綁在管道L/2處，滑輪與吊帶（吊索）相連。新裝管道（插口端）上安裝動滑輪A，已裝管道（承口端）上安裝定滑輪B、導(dǎo)向滑輪C。三個滑輪需處于管道軸心線上（圖3）。

圖3 吊帶、滑輪連接

（3）滑輪組繞線采用穿線法，由定滑輪B引出，順次繞線動滑輪A，最后在導(dǎo)向滑輪C處結(jié)束。鋼繩繞過定滑輪B用繩卡固定，如圖4所示，繩卡個數(shù)不少于4個，間距不小于6d（d：鋼繩直徑）。

圖4 鋼繩與滑輪B固定示意圖

（4）滑輪組穿繞后，人工將鋼繩收緊，檢查有無卡繩、磨繩的地方，有問題立即修正。鋼繩端線用卡扣彎成繩環(huán)，與起重器械吊鉤連接?？蹟?shù)量和間距按照規(guī)范 《起重機(jī)械安全規(guī)程》（GB 6067）規(guī)范中相關(guān)內(nèi)容執(zhí)行。

（5） 鋼繩牽引繃直后，丈量承插深度L0，根據(jù)Lm=mL0（Lm鋼繩的牽行長度，m鋼繩工作繩數(shù)）的數(shù)量關(guān)系調(diào)整限制環(huán)，可實(shí)現(xiàn)對承插深度的控制。限制環(huán)用普通繩卡即可。限制環(huán)的目標(biāo)主要是幫助指揮者在溝槽外實(shí)時關(guān)注管道承插進(jìn)展情況。

3.6 機(jī)械牽引

可由管道吊運(yùn)設(shè)備作為機(jī)械牽引的實(shí)施者。牽引過程中應(yīng)專人指揮，專人觀測承插線、限制環(huán)的行走情況。管道牽引速率控制在1～2cm/s。

第一道插口線全部進(jìn)入承口且第二道插口線全部露外時，終止?fàn)恳▓D5）。

圖5 管道承插線變化

3.7 檢查驗(yàn)收

安裝過程中檢查，第一道插口線全部進(jìn)入承口且第二道插口線全部露外，此時的承插深度就是合格的[5]。

安裝后逐根利用一把薄的窄鋼尺作為探尺，繞著插口90度四點(diǎn)檢查膠圈壓縮比，探尺在四點(diǎn)位置塞入深度等于或小于膠圈球頭距離承口尺寸，這說明接口連接正常，膠圈沒有被頂翻。

一批管道施工完畢后，由試驗(yàn)確定氣密性。試壓合格才表示管道安裝質(zhì)量合格。

4 應(yīng)用效果

在黃沙溪水廠停運(yùn)供水配套設(shè)施改造工程、江南新城供水工程、渝唐家沱片區(qū)管網(wǎng)供水工程等項(xiàng)目中，采用了該項(xiàng)施工技術(shù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

（1） 經(jīng)濟(jì)效益

該技術(shù)由機(jī)械牽引替代人工牽引，不僅提高了施工效率，而且減少了勞動力投入。經(jīng)過總結(jié)比較，采用該工法發(fā)生的人、機(jī)成本為倒鏈法的1/3～1/4，具有很明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

（2） 社會效益

該技術(shù)提高施工效率，縮短工期效果明顯，一般可節(jié)約1/2～2/3的安裝時間。同時，機(jī)械牽引有效避免了“因人工牽引困難導(dǎo)致承插深度不合格的現(xiàn)象”，能有效保障施工質(zhì)量。特別對于一些工期緊張的工程 （如應(yīng)急搶險(xiǎn)），該技術(shù)的社會效益十分明顯。

5 結(jié)論

利用滑輪法安裝T型球墨鑄鐵管的施工技術(shù)，一是利用滑輪組可以改變受力方向的特性，將豎向牽引力轉(zhuǎn)變成管道軸向的拉壓力，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械牽引替代人工牽引的安裝方法升級。二是利用滑輪組可以改變受力大小的特性，通過調(diào)整滑輪個數(shù)，鋼繩工作繩數(shù)，以滿足各種直徑的管道安裝需要。機(jī)械化作業(yè)提高管道安裝效率和設(shè)備利用率，降低人、機(jī)等施工成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。同時，工藝原理簡單，具有很大的推廣價值，類似的滑入式柔性接口連接可以參考該技術(shù)的原理進(jìn)行優(yōu)化實(shí)施。