輸水管道與套管之間吹砂工藝研究及應(yīng)用

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概述

本文依托的滄州市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計單元第一標(biāo)段，主要承擔(dān)向市、鎮(zhèn)的輸水任務(wù)。泊頭市段由石津干渠設(shè)置的分水口門引水至泊頭市水廠，管道的結(jié)構(gòu)形式主要采用單排DN800球墨鑄鐵管(DIP)。

本工程區(qū)勘察揭露地層均為第四系全新統(tǒng)松散沉積物，近地表為以沖積為主的地層，巖性為淺黃、棕黃色、灰黃色粉粒含量較高的砂壤土、壤土，局部為粘土或粉砂，水位埋深1.8m～3.6m，水位標(biāo)高10.0m左右，地下水豐富。在工程施工過程中政府規(guī)劃局提出輸水管道與干渠分水口連接段65.6m范圍跨越了擬建104國道改線段，要求建設(shè)方采取措施，經(jīng)設(shè)計單位研究決定采取深埋方案，工期要求30d。

2 方案比選

結(jié)合現(xiàn)場情況，設(shè)計確定原管道埋深由2.1m調(diào)整到4.5m，管道由原來球墨鑄鐵管改為DN800鋼管，為保障結(jié)構(gòu)安全，該下穿段增加內(nèi)徑1200mm鋼筋混凝土套管，套管與鋼管之間采用中粗砂吹填灌滿。為此，從技術(shù)角度對工程實施進(jìn)行了方案比選。

擬定的施工方案有兩種，一是頂管施工；二是明挖施工。頂管施工工藝比較成熟，需要設(shè)置工作井及接受井，在井內(nèi)布置頂進(jìn)系統(tǒng)，包括后背墻、千斤頂、滑軌、頂鐵等，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土層，穿越水平頂進(jìn)段長度只有22m，可考慮人工頂進(jìn)。存在主要缺點：一是該段地下水豐富，人工暗挖過程安全隱患大；二是在頂進(jìn)完成后套管外壁需要進(jìn)行泥漿或砂漿灌注，如果灌注質(zhì)量不到位后期存在沉降隱患；三是頂管施工工期較長，現(xiàn)場分析很難保證進(jìn)度要求。而明挖施工存在缺點主要是開挖回填量大，占用征地面積較大，但均能有效解決上述頂管施工中的缺點，而且在水平管道與漸變相交段焊接連接方便。因此，綜合分析最終確定采用明挖施工方法。

3 管道安裝

3.1 施工工序

測量放樣→溝槽降排水→溝槽開挖→鋼筋混凝土套管安裝→輸水管道安裝→管道吹砂→管道回填→管道試壓。

3.2 降排水及溝槽開挖

根據(jù)前期施工經(jīng)驗及該地段地質(zhì)水文資料，本地段地下水豐富，沿線管網(wǎng)施工均采用管井降排水施工。通過涌水量計算，在該段輸水管道沿線兩側(cè)開挖線外1m處布置井點，井間距為10m，井深根據(jù)目前該段地下水位計算確定，井深為20m，共布置20口，管井采用SPJ-300型鉆井機施工，鉆井直徑45cm，井管采用無砂管，直徑400mm。管井降水水泵選用175QJ20-26/2型潛水泵、流量20m3/h、揚程26m、功率3kW滿足排水要求，地下水抽排出后引入泊頭市水廠排水系統(tǒng)處理。

溝槽開挖按“自上而下、分層開挖”原則進(jìn)行施工，由于104國道及周邊加深部位受設(shè)計結(jié)構(gòu)的影響，開挖深度較深，一次開挖無法成型，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，挖掘機施工時主要采用“接力分層開挖”的方式進(jìn)行。采用2臺PC300挖掘機將土料“兩次接力”甩至堆土位置，堆土區(qū)距離坡口不小于1.5m。

3.3 套管安裝

套管選用承插口鋼筋混凝土管，首先進(jìn)行排管，然后安裝定位節(jié)，為便于管道安裝，在安裝前對管道及膠圈密封面涂上一層潤滑劑。管道安裝采用25t吊車安裝，吊車采用專業(yè)吊具在管身吊兩點，確保平衡，將管道緩慢吊起，挖掘機慢而穩(wěn)地將混凝土管推入，推入時注意掘斗與管道之間墊上硬木塊保護(hù)。安裝自下游開始，承口朝向施工前進(jìn)的方向，承口內(nèi)表面和插口外光滑、輪廊清晰。

3.4 鋼管安裝

在104國道加深部位的鋼管需要穿鋼筋混凝土套管，因鋼筋混凝土管管徑較小，施工難度大，不容易操作，為了避免在穿拉施工時對鋼管的破損，同時為保障鋼管在套管中的位置滿足不小于套管底部10cm的設(shè)計要求，在鋼管下部提前焊接10cm高的托架，托架整體吊放于自制滑輪板上，采用緊固繩固定在鋼管上，在一端采用電葫蘆拽拉。施工采用穿一節(jié)鋼管焊接一節(jié)鋼管，并及時做防腐處理和探傷檢測，然后穿拉依次進(jìn)行。鋼管安裝如圖1所示。

圖1 套管內(nèi)管道安裝示意

4 管道吹砂

4.1 工藝流程

套管封口→設(shè)備就位→安裝吹砂管→打開輔助風(fēng)→緩慢打開主風(fēng)閥→啟動電機→攪拌桶加料→噴砂。

4.2 施工準(zhǔn)備

在溝槽上部管道最前端選擇場地，進(jìn)行場地硬化處理，將噴砂設(shè)備、砂及輔助材料布置在平臺處，施工所需電源從附近300m處泵站施工電源引接，施工用水在平臺附近設(shè)置3m3水箱以滿足需要。

4.2.1 設(shè)置封口

管道穿越套管就位并經(jīng)檢測焊接防腐滿足設(shè)計要求后，利用吊車輔助將自制滑輪板撤出，整體托架就位到鋼筋混凝土套管底部，中心對正后在管道兩側(cè)末端進(jìn)行封口，封口結(jié)構(gòu)形式見圖2。封口厚度為390mm，采用普通黏土磚砌筑，在中間設(shè)置油麻，油麻與墻體之間涂刷瀝青，在鋼管與磚砌體之間涂刷瀝青及防水砂漿，最后進(jìn)行砂漿抹面，起到密封閉水作用。在上下游側(cè)封口上端各預(yù)留100mm吹砂管道孔，便于安裝管道進(jìn)行吹砂。

圖2 套管末端封口做法示意

4.2.2 設(shè)備選型及布置

根據(jù)市場調(diào)研，目前專業(yè)吹砂機是用于管壁防護(hù)的，類似過塑噴涂機器，沒有專用的管道吹填砂機器。經(jīng)過討論研究，選定用混凝土噴射機進(jìn)行吹砂?；炷羾娚錂C(也叫噴漿機)，主要利用壓縮空氣將混凝土經(jīng)過料腔沿輸料管道連續(xù)輸送，并噴射到施工面上去的機械，分干式(PZ型)噴射機和濕式噴射機兩類，前者由氣力輸送干拌攪拌料，在噴嘴處與壓力水混合后噴出；后者由氣力或混凝土泵輸送混凝土混合物經(jīng)噴嘴噴出。

根據(jù)本工程吹砂特性，工程選用干式噴射機，設(shè)備型號：PZ-TD噴射機，具體參數(shù)見表1。設(shè)備現(xiàn)場布置見圖3。

表1 噴射機性能參數(shù)

圖3 吹砂設(shè)備布置

管道吹砂主要設(shè)備材料見表2。

表2 主要設(shè)備材料

4.3 吹填施工

根據(jù)設(shè)備性能，能夠滿足一側(cè)吹填到位，但考慮到吹砂最終填滿，為此，在管道上下游側(cè)上端各預(yù)留了孔口，吹填時由兩端分段多次吹填直至填滿。輸送管選用PVC管材，吹砂時管口深入到中部，根據(jù)吹砂速度逐步向外移動管道，直至最后吹填完成，封閉預(yù)留口，預(yù)留孔口采用防水砂漿進(jìn)行封口。最后進(jìn)行管道回填及打壓試驗，均滿足設(shè)計要求。

5 施工過程注意事項

(1)吹砂管道安裝應(yīng)正確，連接處應(yīng)緊固密封，尤其在孔口部位需設(shè)置防護(hù)罩。

(2)噴射機內(nèi)部應(yīng)保持干燥和清潔，加入的中粗砂潮潤程度應(yīng)符合噴射機性能要求，不得使用結(jié)塊的或未經(jīng)篩選的砂。

(3)啟動前，應(yīng)先接通風(fēng)、水、電，開啟進(jìn)氣閥逐步達(dá)到額定壓力，再起動電動機空載運轉(zhuǎn)，確認(rèn)一切正常后，方可投料作業(yè)。

(4)機械操作和噴射操作人員應(yīng)有聯(lián)系信號，送風(fēng)、加料、停料、停風(fēng)以及發(fā)生堵塞時，應(yīng)及時聯(lián)系，密切配合。

(5)發(fā)生堵管時，應(yīng)先停止喂料，對堵塞部位進(jìn)行敲擊，迫使物料松散，然后用壓縮空氣吹通。此時，操作人員應(yīng)緊握噴嘴，嚴(yán)禁甩動管道傷人。當(dāng)管道中有壓力時，不得拆卸管接頭。

(6)停機時，應(yīng)先停止加料，然后再關(guān)閉電動機和停送壓縮空氣。

(7)安全閥靈敏可靠，各部密封件密封良好，對橡膠結(jié)合板和旋轉(zhuǎn)板出現(xiàn)的明顯溝槽及時修復(fù)。

(8)壓力表指針在上、下限之間，根據(jù)輸送距離，調(diào)整上限壓力的極限值。

6 結(jié)論

本次工程中采用了管井降排水、套管安裝、自制滑板等多種技術(shù)工藝進(jìn)行輸水管道穿拉、管道吹砂回填施工，為新工藝應(yīng)用及多種技術(shù)相結(jié)合作業(yè)提供了新思路，尤其是管道吹砂工藝的研究及應(yīng)用，具有速度快、效果好等特點，達(dá)到了工程各項設(shè)計要求，取得了較好的社會經(jīng)濟(jì)效益，為新工藝在相關(guān)工程中的應(yīng)用起到了示范作用。