浅议大口径P CCP管道安装方案

高 勇

（中国铁建股份有限公司 北京 100855）

浅议大口径P CCP管道安装方案

高 勇

（中国铁建股份有限公司 北京 100855）

PCCP作为一种新型输水管材，从20世纪80年代后期开始在国内使用，2000年后得到广泛使用，管线的设计长度、管道的设计直径越来越大，目前应用于南水北调中线北京段的直径已达到4.0m，长度达到双线56.4km。为发挥PCCP的技术优势和经济优势，现场吊装方法和机械设备的选用非常关键，本文对南水北调中线北京段应急供水工程4.0m直径PCCP安装技术进行了针对性的分析，希望对后续类似项目施工有所帮助。

PCCP 吊装设备 安装方案

1 工程概况

随着经济的发展、生活水平的提高、城市建设的日益加快，人们对水资源的需求越来越紧迫，特别是生活、生产用水成为社会关注的重大问题，以至于部分水资源丰富的地区由于水质严重污染，如2007年5月28日江苏无锡太湖蓝藻事件造成全市自来水停用10天时间，同样急需引水；且诸多引水工程都具有引水距离长、流量大、标准高、投资规模大、采用管道引水等特点。例如已经建设投入运行的山西万家寨引黄工程、哈尔滨磨盘山引水一期、引俄济乌、南水北调中线京石段应急供水、大伙房引水等工程。管道引水管材的选用、安装方案的确定将直接影响工程的进度、质量及投资控制。对于长距离大口径输水管道世界上普遍采用经济优良的预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe），简称 PCCP，它是在带有钢筒的混凝土管芯外壁缠绕预应力高强钢丝，再辊射水泥砂浆保护层。它是由钢制承插口钢圈（插口为双槽）、钢筒、高强度混凝土、预应力高强钢丝、致密水泥砂浆保护层多种主要材料组成的复合型管材，设计充分发挥钢材、混凝土的特点。同时工厂化、自动化生产有利于质量控制，投资相对钢管、球墨铸铁管较低，更重要的是承插式管安装快捷便利，双胶圈便于接头密水检查和管线抗渗漏，柔性接头适用基础变形能力强等优势，因此近年来在国内很多工程中得到广泛的应用。

2 PCCP安装方法

PCCP是一种刚性相对较大、重量较大的复合管道。现场施工安装工艺大致为：测量放线→施工降水→沟槽开挖→管基处理→PCCP吊装→接头水压试验→外接缝灌浆→管沟回填→内接缝勾缝。其中受管径大小的影响，PCCP吊装工序将有很大的差异。本文主要分析吊装方案。

首先解释顶推法、外拉法、内拉法三个名词。

a.顶推法。顶推法即管道在安装接头就位时，利用专用设备（改装后加橡胶垫板的推土机）从待装管道后部施加水平顶推力，依靠推力将管道顶进对接，实现承插口就位。

b.外拉法。外拉法即管道在安装接头就位时，利用捆绑在PCCP管道外壁的钢丝绳作为受力点，借用手拉葫芦和设在待装管道后部的钢梁，依靠拉力将管道拉进对接，实现承插口就位。

c.内拉法。内拉法即管道在安装接头就位时，利用支撑在已安装完成的PCCP管道内部的斜撑梁或插在承插口内缝的钢梁，借助手拉葫芦或液压缸、千斤顶，钢丝绳或钢拉杆和设在待装管道后部的钢梁，依靠拉力将管道拉进对接，实现承插口就位。

直径1.2~2.6m、单节长度6.0m和5.0m的PCCP重量约为10~20t，常采用普通汽车运输至沟槽上部，再根据沟槽开挖深度、宽度、地质条件，选用20~50t左右的履带式起重机直接卸管、吊装，最后采用外拉法或顶推法进行接头对接就位；直径小于1.2m的PCCP重量相对更轻，沟槽也相对较浅，现场多直接利用挖槽用的反铲挖掘机起吊安装，外拉法对接就位。

南水北调中线北京段（惠南庄—大宁段）应急供水工程全长56.4km，全线PCCP生产、安装2150节，对应配套的管配件生产、安装4336m（约360件）。PCCP分0.8MPa、0.6MPa、0.4MPa三种内压，3m、5m、7m、9m、10m 五种覆土深度，共计15种工况；混凝土管芯壁厚分260mm、280mm、300mm、320mm、350mm、380mm六种，管道根据结构设计分别采用单缠丝和双缠丝，管道有效长度5000mm，最大单节重量达77吨。管道安装分6个标段，工期从2006年7月开始至2007年11月结束，共计16个月，计划安装强度为70节/日。实际施工过程中受征地拆迁和管线改移等影响，首节从2006年9月才开始安装，个别标段到2007年2月才开始，造成2007年安装施工强度达到80~100节/日。沟槽开挖深度在7~27m之间，超过10m的沟槽在10m高处设置马道，沟槽开挖宽度13.1m，施工组织设计、安装方案确定将直接影响工程进度。

2.1 设计吊装方案

将300t的履带式起重机置于沟槽一侧上部或10m平台马道（开挖深度超过10m的地段）的22m施工道路上，直接从运输车上卸管并吊运至沟槽内就位，然后利用推土机改装设备进行管道辅助对接安装。300t履带式起重机设备的参数见下表，安装见图1。

300t履带式起重机参数标（臂长60m）

德马格300t履带式起重机加超级配重，最大起重力矩4048t·m。选用臂长60m的吊车加160t配重。28m吊幅时，其重量为119t，安全起吊重量为 119×0.8=95t；30m 吊幅时，其重量为109t，安全起吊重量为109×0.8=87t。

2.2 施工方案研究

施工准备过程中发现国内可利用的大型起吊设备非常有限，租用存在相当大的难度；据国内国际市场调查，临时购置加工周期需要8个月时间，无法满足工期需要。为此各参建单位根据管线设计坡度平缓（约0.1%~0.5%）、沟槽宽度均匀、绝大多数地段具备管道运输车直接入槽等实际情况，经过较长时间的调研分析，确定采用以下方案：

a.方案一：借用沟槽宽度，分段修筑不大于8%的下槽坡道，管车直接运输入槽，槽底设跨双管线的大龙门吊卸管和安装，或者利用双跨大龙门吊卸管布管，再利用跨单管的小龙门吊移动调整对位，最后采用内拉法就位安装。

设备参数：双跨式龙门吊跨度12.0m，起吊高度约7.0m，起重量 80~100t。

优点：设备制造技术成熟、加工费用相对较低，使用安全可靠，设备拆装相对方便，大小龙门吊轨道可以相互借用，槽内起吊卸管快捷方便。

缺点：需要分段布设下槽坡道，增加运输难度。

b.方案二：根据沟槽上部宽度，设计高低腿大跨度（跨沟槽上部）单向龙门吊，一腿置于槽底外侧，另一腿置于槽上运输路外侧，管车运输至龙门吊下，由起重机卸管，并运输至槽内布设管道，再利用单线小龙门吊移动调整，最后采用内拉法就位安装。

图1 设计吊装方案

设备参数：龙门吊宽度约32.0m，长腿高度18.0m，短腿高度约9.0m，起吊高度约14.0m，起重量80~100t。

优点：不需要增设下槽坡道，直接在槽上卸管，便于管道运输。

缺点：设备跨度较大，设计、制造、安装难度大，加工费用相对较高，设备移位拆装费用较大，不能沿槽行走，只能定点卸管，起吊速度较慢，起重机高度大，安全问题多。

c.方案三：根据沟槽上部宽度，设计跨槽式双向单侧悬臂式龙门吊，双腿均置于沟槽上部边缘，管车运输至龙门吊悬臂下，由起重机卸管，并运输至槽内布设管道，再利用单线小龙门吊移动调整，最后采用内拉法就位安装。

设备参数：龙门吊宽度约24.0m，腿高度约7.0m，起吊高度约10.0m，起重量80~100t。

优点：不需要增设下槽坡道，随管道安装可以沿槽移动，便于槽内布管。

缺点：设备跨度较大，设计、制造安装难度大，加工费用相对较高，设备移位拆装费用较大。

d.方案四：方案四类似方案三，根据沟槽上部宽度，设计爬地式移动起重机，管车运输至起重机侧面，由起重机卸管，并运输至槽内布设管道，再利用单线小龙门吊移动调整，最后采用内拉法就位安装。

各方案施工情况见图2。

3 安装强度分析

采用300t大型起重机械设备定点卸管、安装方案，施工比较单一，安装一节管道周期较长；采用大小龙门吊配合使用方案，可以分解工序，提高安装效率。

南水北调中线北京段PCCP全长56.4km，共分六个土建安装标，一标12.3km，二标13.2km，三、四、五、六标分别为7.7km、7.8km、7.8km、7.6km。按照原设计方案，一、二标分别设置2个工作面，其余4个标分别设置1个工作面，每个工作面配置1台履带式起重机，共需要起重设备8台。按照合同工期安排安装强度每个工作面需要达到每天10节。根据实际安装强度分析，PCCP安装主要占用时间的工序为接头对接，此方案每道工序相互衔接，上道工序结束，下道工序才能开始，整个安装过程的每道工序都需要起重机协助，安装1节管道需要时间很长，将不可能如期完成。且起重设备的利用率也会很低，同时也不利于协调PCCP运输车辆的调配。

图2 各方案施工情况

采用龙门吊方案，大小龙门吊配合使用，对卸管、运管、安装尽可能地分解，部分工序相互交叉，安装1节管道需要的时间相对缩短，另外每套设备制造加工周期较短、费用相对较低，同时根据进度需要，可以在短时间内增加设备和工作面。

4 设备经济比较

新购置1台300t履带式起重机的费用为1600万~2200万元；新购置1台80~100t垮槽式龙门吊的费用为100万~240万元，新购置1台80~100t单线小龙门吊的费用约30万~50万元。按照工作面设置最多的标段进行设备购置费分析，如果采用300t履带式起重机安装方案，安装最少需要设置2个工作面，使用2台履带式起重机，新购置设备需要投入费用3200万元；实际采用龙门吊配置安装方案，设置了5个安装工作面，大型龙门吊配置4台，小型龙门吊配置8台，设备投入1000万元。

如长期租赁大型履带式起重机，安装工期按12月计算，每个月80万元，实际租赁费需要支付960万元，租赁费用和龙门吊方案的设备购置费用基本相同，可见龙门吊施工方案比履带式起重机施工方案从设备使用上将节省较大的投资。

5 结语

从56.4km双线4.0m直径PCCP管道的安装施工方案分析研究和具体实施情况来看，管道运输直接入槽、大小龙门吊配合使用、内拉法对接就位方案是3.6m以上大口径PCCP管道安装施工经济快捷的最佳方案，在今后的引水工程建设中具有一定的借鉴作用。