頂管隧道內(nèi)大管徑鋼管安裝中的支撐與輸送技術(shù)

許 松 呂忠濤 曹 鋮 梁二雷 萬黔云

中國建筑第四工程局有限公司 陜西 西安 710065

1 工程概況

鳳翔縣集中供熱二期管網(wǎng)工程以寶二電蒸汽為供熱介質(zhì)，由DN900蒸汽管網(wǎng)架空敷設(shè)至7 km處的新建汽-水換熱站，換熱后以熱水為介質(zhì)，熱水管網(wǎng)采用DN800供回雙向管道地埋敷設(shè)向東9.5 km至縣城西區(qū)供熱首站處，接入地區(qū)一級供熱管網(wǎng)系統(tǒng)，建成后將滿足縣城400萬 m2的建筑面積供熱。本工程涉及頂管有3處，頂管工程含工作井1個（長×寬＝7 m×5 m），頂管采用預(yù)制混凝土管道，管道內(nèi)徑為2.6 m，頂管穿越障礙物最長距離為76 m，頂管施工完成后面臨的是布管、焊接、支撐與輸送難題[1-2]。由于軌道內(nèi)空間狹小、濕度大，不利于管道焊接、保溫，因此管道穿越采用接收井外預(yù)留12 m長引溝的方式進行組焊。本文主要針對如何實現(xiàn)頂管隧道內(nèi)主管穿越及如何保障穿越過程中的質(zhì)量、安全等問題提出解決方案。

2 工程重、難點

考慮到上述種種因素，項目部經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，通過多次多版本的模型設(shè)計及三維（BIM建模）模擬，對比后提出最優(yōu)化的模型，并且在現(xiàn)場先進行小范圍檢驗，最終提出一種用于頂管隧道內(nèi)管道支撐與輸送一體化牽引的裝置。該裝置能適應(yīng)頂管隧道內(nèi)不同管徑管道的支撐、輸送，管道能受到弧形板限制，在輸送中不易晃動、變形，穩(wěn)定性能好，且支撐底座承載力能滿足管道運行要求，從而提高工程質(zhì)量和施工安全，縮短工期，給項目帶來了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

3 施工工藝流程

3.1 支撐輸送結(jié)構(gòu)及設(shè)計思路

1）由于倒鏈承受的牽引拉力有限，所以選擇了V形滑輪及V形槽軌道，通過滑動輸送來分散隧道內(nèi)鋼絲繩的牽引拉力，順利解決了管道穿越頂管隧道問題。若頂管隧道距離過長，則建議選用額定功率較大的卷揚機進行牽引。

2）由于頂管軌道內(nèi)空間狹小、濕度大，不利于管道焊接、保溫，因此管道穿越需在隧道口處預(yù)留12 m長引溝進行組焊、保溫。施工場地采用接收井外預(yù)留的方式。

3）針對上述問題，設(shè)計了一套頂管隧道內(nèi)管道支撐與輸送一體化牽引裝置，所述裝置弧形板焊接于支撐底座上部，支撐底座底部四角焊有V形滑輪，將焊有V形滑輪的支撐底座放置于V形槽軌道上部，并固定于頂管隧道內(nèi)，倒鏈通過人工進行牽引，將保溫管道拖拽前進，達到隧道穿越的目的（圖1）。

圖1 隧道內(nèi)牽引裝置示意和現(xiàn)場實景

3.2 工藝流程

頂管隧道內(nèi)管道支撐與輸送一體化牽引裝置的施工工藝流程如下：支撐底座、弧形板、V形滑輪制作焊接→測量定位→V形槽軌道安裝固定→吊裝布管、組對焊接施工→管道輸送→回填砂施工。

3.2.1 支撐底座、弧形板、V形滑輪制作焊接

選用由4根8#槽鋼焊接而成的支撐底座，其長度為500 mm，寬度與輸送管道同直徑；由較輸送管徑大200 mm的鋼管切割加工焊接于支撐底座上部，弧形板寬300 mm，弧形板長為管道長度的1/2，弧形板上表面粘貼橡膠墊；支撐底座四角分別焊接4個V形滑輪，V形滑輪直徑75 mm，V形槽寬21 mm，其中支撐滑輪兩側(cè)鋼板采用加強筋板與8#槽鋼焊接，以保證V形滑輪具備足夠的剛性（圖2）。

圖2 支撐底座、弧形板、V形滑輪

3.2.2 測量定位

頂管頂進過程中，因地質(zhì)條件復(fù)雜，施工缺陷不可避免，如中線偏離、高程偏差等。因此在施工前，必須復(fù)測隧道內(nèi)的中線和高程，將測量結(jié)果標(biāo)注在隧道內(nèi)，并根據(jù)中線和高程標(biāo)注出管道走向中線及V形槽軌道位置控制線，按照控制線焊接擺放V形槽軌道及支撐底座，然后調(diào)整輸送管道與頂管隧道的間隙。

3.2.3 V形槽軌道安裝固定

V形槽軌道由50 mm×5 mm角鋼垂直于φ16 mm鋼筋焊接，V形槽軌道坡向頂管隧道另一端，并用φ16 mm鋼筋沿管道輸送方向間距6 m垂直固定于頂管隧道內(nèi)。頂管隧道高程的分布不均可能造成管道在穿越中，個別支架滾輪因所處位置地勢較低被懸空而失去支撐作用。通過軌道下部混凝土澆筑找平，確定支撐底座滾輪和混凝土套管的接觸狀態(tài)，保證管道在輸送時軌道不偏移、不懸空。

3.2.4 支撐輸送裝置安裝

將焊有V形滑輪的支撐底座放置于V形槽軌道上部，支撐底座距焊縫600 mm，間距6 m放置一組，由操作人員調(diào)整支撐底座角度，使支撐底座滾輪落于V形槽軌道上部。

3.2.5 吊裝布管、組對焊接施工

1）吊裝布管：管道吊裝使用50 t吊車，下管時設(shè)專人指揮，用寬度不小于75 mm的尼龍吊帶和鋼絲繩吊鉤配合使用，逐根下管，將管道放置在支撐底座上的弧形板部位，吊運過程中應(yīng)輕起穩(wěn)放，防止磕碰。

2）接管組對：每根鋼管安裝時應(yīng)按管道的中心線和管道坡度對接管口，對接管口應(yīng)在距接口兩端各200 mm處檢查管道平直度，允許偏差在0～1 mm，在所對接管道的全長范圍內(nèi)，允許偏差在0～10 mm；管道對口處應(yīng)墊置牢固，在焊接過程中不得產(chǎn)生錯位和變形，管道焊口之間的距離應(yīng)滿足焊接操作的需要；組對前應(yīng)用磨光機進行修口，使管子端面、坡口角度、鈍邊等均符合要求，對口合格后進行點焊，DN800以上的管道每隔300 mm點焊一點，每點焊縫長50～70 mm，所有管道點焊都采用氬弧焊接，點焊完后應(yīng)認(rèn)真檢查，缺陷經(jīng)返修后方可進行正式焊接。

3）焊接：管道焊接先采用氬弧焊打底單面焊接，焊縫寬度為17～20 mm，焊縫厚度為1.5～2.5 mm，且超出坡口邊緣2～3 mm。底部施焊完后，清除熔渣、飛濺物，在進行填充層焊接后進行蓋面層焊接，蓋面層焊縫應(yīng)表面完整，焊縫表面不得出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣、熔合性飛濺等。每道口焊接完成后，應(yīng)進行100%的無損探傷檢驗，射線探傷不得小于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12605—2008《無損檢測金屬管道熔化焊環(huán)向?qū)咏宇^射線照相檢驗方法》中的Ⅱ級質(zhì)量要求。探傷合格并取得報告后，及時進行接頭保溫施工。接頭保溫安裝前要將鋼管兩端的浮銹、污物清理干凈，將熱熔套搭接，并在熱熔套縱向接縫處放置壓板，以保證接口搭接處接觸緊密，熱熔套兩端用打包帶扎緊，不得松動，確定電熔時間一般為5～10 min。當(dāng)熱熔套兩端熔化后的聚乙烯溢出，熱熔套出現(xiàn)變形并與外管融為一體后，切斷電源，然后熱熔套兩端用熱收縮帶加熱收緊。

3.2.6 管道輸送

管道組對焊接施工完成且支撐底座承載力滿足要求后，通過滑動倒鏈，由人工進行牽引，倒鏈順掛在支撐底座上的鋼絲繩上，沿操作井方向?qū)⒑附油瓿傻谋毓艿劳献斑M，直至達到焊接的最佳位置后再進行接收井外管道焊接，如此循環(huán)直至保溫管道穿出隧道，進入接收井。牽引過程中對現(xiàn)有尺寸規(guī)格的支撐底座進行檢查記錄，以保證支架滾輪始終在V形引槽內(nèi)做直線移動，這樣就可保證在穿管過程中，支架滑輪不會出現(xiàn)左右偏差，使?fàn)恳Ψ较蚴冀K位于防腐管口的中心線上，若過程中存在質(zhì)量加工缺陷，則對存在的缺陷及時進行整改。

管道輸送完成后及時進行隧道內(nèi)回填細(xì)砂施工，因隧道內(nèi)空間狹窄，管道敷設(shè)后，回填運輸車無法行走，故采用噴漿機進行噴砂回填，回填工序完成后，經(jīng)驗收合格后對隧道門洞采用磚砌進行封堵。

3.2.7 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

施工時，焊接制作質(zhì)量控制嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范要求，以確保管道輸送的穩(wěn)定性。

頂管隧道內(nèi)管道支撐與輸送一體化裝置安裝加工前，應(yīng)對加工和購進的構(gòu)配件及材料等進行全面查核驗收。檢查驗收內(nèi)容包括：原材料的檢驗，配件結(jié)構(gòu)尺寸檢查，焊縫檢查以及支撐構(gòu)件、配合件各項功能的檢查。符合設(shè)計要求后，方可使用。焊接制作完成后，要對焊接質(zhì)量及構(gòu)件尺寸進行檢查，避免因焊接質(zhì)量較差或支撐底座與V形槽軌道尺寸距離不符，導(dǎo)致頂管隧道內(nèi)管道支撐與輸送一體化裝置出現(xiàn)新的安全隱患。

4 結(jié)語

鳳翔縣集中供熱二期管網(wǎng)工程地處黃土梁昴溝壑區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道空間狹小，因此設(shè)計了頂管隧道內(nèi)管道支撐與輸送一體化牽引裝置，在滿足施工質(zhì)量、安全要求的前提下，解決了大直徑管道穿越頂管隧道的難題，加快了施工進度，同時也降低了施工成本，實現(xiàn)文明施工，后期也會將該裝置應(yīng)用于城市綜合管廊內(nèi)安裝供熱、石油管道等施工。

[1] 魏仁軍,季仁柱,張寶林,等.頂管隧道穿越管道安裝施工技術(shù)[J].石油化工建設(shè),2012,34(5):62-66.

[2] 楊春玲,錢鋒,王麗,等.頂管隧道內(nèi)應(yīng)用的一種新型管道支座[J].石油工程建設(shè),2013,39(5):72-74;11.