超大直徑輸水鋼管隧洞運(yùn)輸安裝技術(shù)研究

華緒銀

(廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340)

1 工程概況

珠江三角洲水資源配置工程深圳分干線起點(diǎn)為羅田水庫(kù)南側(cè)新建的羅田加壓泵站，終點(diǎn)為公明水庫(kù)，線路下穿公明水庫(kù)4#主壩左壩肩進(jìn)入水庫(kù)，在庫(kù)內(nèi)設(shè)進(jìn)庫(kù)閘。線路全長(zhǎng)為11.9 km，設(shè)計(jì)輸水流量為30 m3/s，盾構(gòu)隧洞外徑為6.0 m，內(nèi)襯鋼管內(nèi)徑為4.8 m，流速為1.66 m/s。其中339 m為帶有鋼管的試驗(yàn)段。

該試驗(yàn)段項(xiàng)目輸水管道為盾構(gòu)隧洞，外襯采用預(yù)制鋼筋混凝土管片，管片外徑為6 m，內(nèi)徑為5.4 m，厚為0.3 m，環(huán)寬為1.5 m，管片通過(guò)不銹鋼螺栓連接。內(nèi)襯鋼管采用鋼材Q345C，壁厚為14～22 mm，內(nèi)徑為4.8 m。鋼管設(shè)加勁環(huán)，材質(zhì)Q235C，環(huán)高為0.12 m，環(huán)寬為 28 mm，間距為1.5 m，內(nèi)襯鋼管與管片之間回填C20自密實(shí)混凝土(如圖1所示)。

試驗(yàn)段輸水管道工廠預(yù)制成9 m/段的鋼管節(jié)，再運(yùn)輸至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行洞內(nèi)組裝焊接。由圖1可知：安裝洞內(nèi)直徑為5 400 mm，而鋼管內(nèi)直徑為4 800 mm，壁厚為14～22 mm，加勁環(huán)寬度為140 mm，可以得出鋼管直徑最大的位置為 4 800+22×2+140×2=5 124 mm。故鋼管與洞內(nèi)壁距離最小的地方僅為：(5 400-5 124)/2=276 mm。要在如此狹窄的空間內(nèi)運(yùn)輸并安裝管道是十分困難和復(fù)雜的，另外工期非常緊張，解決鋼管在洞內(nèi)運(yùn)輸、組對(duì)安裝成為本項(xiàng)目的重中之重。

圖1 珠三角水資源配置試驗(yàn)段輸水管道斷面示意

2 鋼管隧洞內(nèi)運(yùn)輸安裝方案

初期擬定方案為：始裝節(jié)設(shè)置在出發(fā)井口處，地面進(jìn)管在接收井出口，設(shè)備布置[1]如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)運(yùn)輸安裝方案設(shè)備布置示意

1)在接收井口上方作業(yè)平臺(tái)120 t汽車吊，在距離始裝節(jié)約5～6 m洞軸線上位置布置1臺(tái)3 t卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)與管片手孔內(nèi)8個(gè)螺栓焊接加固。

2)接收井底面距離鋼管吊放落地點(diǎn)后方3～4 m洞軸線上布置松放鋼絲繩鉸車。

3)在鋼管安裝范圍，按設(shè)計(jì)洞中心水平投影圖，在洞轉(zhuǎn)彎部位布設(shè)5 t鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪。

4)拖拉鋼絲繩固定端，鋼絲一頭固定端扣在卷?yè)P(yáng)機(jī)底架上，雙股拖拉鋼絲繩通過(guò)5 t滑輪與系鋼管前拉耳上的短鋼絲繩連接。

5)保護(hù)鋼絲繩在鉸車的U型卷筒上繞3圈后一端(靠小端)鋼絲繩系到鋼管后拉耳上，另一端通過(guò)鋼絲繩近地面固定4寸管轉(zhuǎn)方向后人工系緊，達(dá)到安全保護(hù)作用，防止拖拉管過(guò)程中的管往前沖自動(dòng)下滑。

然而，該隧洞并不是完全直的，還存在R=500 m的彎道和i=5%的坡度，該方案在這樣的工況下不是最優(yōu)。

提高鋼管在洞內(nèi)的安裝效率，需借助自動(dòng)化設(shè)備—運(yùn)輸安裝車[2]，但經(jīng)了解市場(chǎng)上沒(méi)有現(xiàn)成的自動(dòng)化設(shè)備，可以滿足在此特定的洞內(nèi)尺寸工況完成鋼管運(yùn)輸。經(jīng)與鄭州新大方重工科技有限公司合作，共同研制能夠在此工作環(huán)境下，完成鋼管運(yùn)輸和組對(duì)調(diào)節(jié)為一體的專用設(shè)備DCY45型液壓臺(tái)車(見(jiàn)圖3)。

圖3 DCY45型輪胎式專用液壓臺(tái)車示意

2.1 鋼管隧洞內(nèi)運(yùn)輸安裝新方案

2.1.1總體構(gòu)思

出發(fā)井至接收井間鋼管安裝待此段隧洞全線打通后進(jìn)行，從接收井開始安裝。單節(jié)鋼管標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為 9 m，約24節(jié)，單重最重為26 t。洞內(nèi)的運(yùn)輸安裝通過(guò)DCY45型輪胎式專業(yè)液壓臺(tái)車(見(jiàn)圖4)進(jìn)行，該臺(tái)車可實(shí)現(xiàn)鋼管在隧洞內(nèi)的水平運(yùn)輸、重載爬坡及鋼管組對(duì)調(diào)節(jié)要求(見(jiàn)圖5)。

圖4 DCY45型輪胎式專用液壓臺(tái)車側(cè)視示意

圖5 DCY45型輪胎式專用液壓臺(tái)車截面示意(組對(duì)調(diào)整桿)

2.1.2隧洞口裝車工藝[3]

1)DCY45型管道運(yùn)輸車首先正常行走至裝載平臺(tái)處(待運(yùn)輸管道與輔助臺(tái)階對(duì)齊)，此時(shí)管道運(yùn)輸車輔助輪[4]抬起(見(jiàn)圖6)，不與管道內(nèi)壁以及砼盾構(gòu)內(nèi)襯接觸。

圖6 輔助輪抬起示意

2)管道運(yùn)輸車到達(dá)裝載區(qū)后，前端輔助輪放下(見(jiàn)圖7)，前端主輪離地。輔助輪向前前進(jìn)，直到輔助輪靠近待運(yùn)輸管道。

圖7 前端輔助輪放下示意

3)前端主輪下降，落至待運(yùn)輸管道內(nèi)壁，前端輔助支撐輪軸提升(見(jiàn)圖8)，運(yùn)輸車進(jìn)入管道。并且沿著待運(yùn)輸管道下內(nèi)壁前進(jìn)。

圖8 前端輔助輪提升示意

4)管道運(yùn)輸車穿過(guò)待運(yùn)輸管道，運(yùn)輸車頂部的頂升裝置開始運(yùn)作，通過(guò)運(yùn)輸車上搭載的超聲波測(cè)距傳感器，水平儀等輔助器具輔助操作人員通過(guò)調(diào)節(jié)豎直支撐油缸，縱橫移油缸將頂升裝置準(zhǔn)確定位(見(jiàn)圖9)。

圖9 DCY45型輪胎式專用液壓臺(tái)車穿過(guò)鋼管段示意

5)運(yùn)輸車頂升裝置繼續(xù)抬升(見(jiàn)圖10)，將整個(gè)管道馱運(yùn)返回，當(dāng)輔助支撐輪離開輔助臺(tái)階后著地，并繼續(xù)行駛。

圖10 DCY45型輪胎式專用液壓臺(tái)車頂升裝置抬升示意

6)運(yùn)輸車?yán)^續(xù)行駛，當(dāng)全部走出輔助臺(tái)階后，調(diào)節(jié)頂升裝置至合適高度，輔助輪支撐輪軸離地(見(jiàn)圖11)，整機(jī)正常行駛至鋪設(shè)區(qū)，完成整個(gè)鋼管裝車運(yùn)輸工序。

圖11 DCY45型輪胎式專用液壓臺(tái)車輔助輪離地示意

2.1.3工作面組對(duì)安裝工藝

1)首裝節(jié)選擇

鋼管從SY接收井進(jìn)入，始裝節(jié)選在出發(fā)井口處。

2)首裝節(jié)安裝

當(dāng)管節(jié)運(yùn)到就位后，根據(jù)測(cè)量放出的鋼管中心軸線的垂直投影線、鋼管里程控制點(diǎn)對(duì)管口進(jìn)行調(diào)整。鋼管調(diào)整好后支撐將鋼管與洞壁之間加固牢固。加固要牢固可靠。加固完后，再對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行復(fù)測(cè)并作記錄，接連組第2節(jié)管。

3)第2節(jié)管組對(duì)

① 第2節(jié)管由DCY45型管道運(yùn)輸車正常馱運(yùn)至始裝節(jié)管口，此時(shí)管道運(yùn)輸車輔助輪抬起，不與管道內(nèi)壁以及砼盾構(gòu)內(nèi)襯接觸。

② 管道運(yùn)輸車到達(dá)組對(duì)區(qū)后，前端輔助輪放下，前端主輪離地。輔助輪向前前進(jìn)，直到輔助輪靠近第1節(jié)管(見(jiàn)圖12)。

圖12 前端輔助輪放下主輪離地示意

③ 前端主輪下降，落至第1節(jié)管內(nèi)壁，輔助支撐輪軸提升，運(yùn)輸車進(jìn)入管道(見(jiàn)圖13)。并且沿著第1節(jié)管下內(nèi)壁前進(jìn)。

圖13 運(yùn)輸車前端進(jìn)入管道

④ 管道運(yùn)輸車前端進(jìn)入第1節(jié)管道，第1節(jié)管與第2節(jié)管之間的空隙縮小至100 mm間隙時(shí)，運(yùn)輸車頂部的頂升裝置開始運(yùn)作，通過(guò)運(yùn)輸車上搭載的超聲波測(cè)距傳感器，水平儀等輔助器具輔助操作人員通過(guò)調(diào)節(jié)豎直支撐油缸，縱移油缸，橫移油缸將第2節(jié)管與第1節(jié)管準(zhǔn)確定位組對(duì)。使管節(jié)的高程、環(huán)縫間隙、錯(cuò)位符合要求[5](見(jiàn)圖14)。

圖14 調(diào)節(jié)支撐調(diào)節(jié)管節(jié)組對(duì)示意

運(yùn)輸車準(zhǔn)確定位組對(duì)后，繼續(xù)緩慢前進(jìn)收縮間隙，并且在收縮間隙的同時(shí)做細(xì)微的調(diào)整；2節(jié)管道合攏且調(diào)整各項(xiàng)指標(biāo)符合要求后，進(jìn)行環(huán)縫點(diǎn)對(duì)。對(duì)位好后在先焊定位組對(duì)縫，對(duì)管道進(jìn)行加固。

管道加固完成后，運(yùn)輸車后退(見(jiàn)圖15)，當(dāng)輔助輪走出第2節(jié)管后，先讓輔助輪支撐輪落地，調(diào)節(jié)主輪至合適高度，離開管道下內(nèi)壁。

圖15 管節(jié)組對(duì)加固完成后運(yùn)輸車開始退出鋼管示意

待整機(jī)完全離開管道后(見(jiàn)圖16)，調(diào)節(jié)主輪至合適高度放下，輔助輪支撐輪軸離地，繼續(xù)正常行駛至鋪設(shè)區(qū)，完成整個(gè)鋼管組對(duì)運(yùn)輸工序。

圖16 管節(jié)組對(duì)加固完成后運(yùn)輸車完全退出鋼管示意

3 結(jié)語(yǔ)

輸水管道在狹小空間內(nèi)運(yùn)輸、組對(duì)是整個(gè)輸水管道安裝的重點(diǎn)與難點(diǎn)。擬定的新方案能夠很好地解決大直徑輸水管道在隧洞內(nèi)運(yùn)輸及組對(duì)難的技術(shù)問(wèn)題，且大大縮短了安裝時(shí)間，給企業(yè)帶來(lái)效益。此施工技術(shù)在珠三角水資源配置工程試驗(yàn)段項(xiàng)目得到了很好的實(shí)踐。后續(xù)還可以在此DCY45型輪胎式專用液壓臺(tái)車上增加人工智能，使其變得更加智能，能夠記憶運(yùn)輸過(guò)程中的彎道位置、啟運(yùn)和組對(duì)程序，使其更加高效簡(jiǎn)便。