大管径PCCP管道内拉法安装施工技术

2014-02-20朱兴广

水利技术监督 2014年6期

关键词：插口沟槽高程

朱兴广

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳 110003）

大管径PCCP管道内拉法安装施工技术

朱兴广

（辽宁省水利厅，辽宁沈阳 110003）

文章阐述了辽宁省重点输水工程采用长距离大口径PCCP管道施工技术，在沟槽开挖、管道的运输及装卸、内拉法管道安装及后续处理等方面取得的丰富施工经验，为其它大口径PCCP管道施工提供技术参考。

水利工程；海堤龙口；施工技术

1 PCCP管道介绍

PCCP管道是钢板、混凝土、高强钢筋、水泥砂浆、防腐材料等几种材料的复合结构，不仅具有混凝土和钢材各自的特性，还具有承受内外压较高、接头密封好、抗震能力强、施工方便快捷等特性。目前在世界各个地方都被广泛应用，其主要应用于长距离输水干线压力倒虹吸的城市输水工程和压力排污工程。

2 PCCP管道安装施工工艺

2.1 沟槽开挖

施工原则是分层开挖，及时排水，确保干地施工。在开挖完成后及时进行地基承载力试验，需满足设计安装要求，若地基承载力无法满足设计要求，需进行换基处理。

2.1.1 降排水

开挖前，首先依据地形地质条件选择降水方式。对于渗透系数高，大于0.1cm/s砂卵石地层，地下水较丰富地段，采用基坑排水；对于渗透系数小，大约在1.2×10-5cm/s～6.0×10-5cm/s之间粉质粘土、淤泥质粘土地层，多采用在基础两侧挖排水沟，每间隔一定距离设置集水坑的明排方式，；对于渗透系数在4.6×10-3cm/s～9.3×10-3cm/s之间中等渗透系数地层，如具备井点降水条件，可在开挖前提前打降水井进行降水。实际施工中应根据不同的地质、地形条件，选择不同的降排水方式或多种方式配合使用，地下水位降低至管底高程0.5m以下确保干地施工。施工降排水贯穿于开挖、安装，直至回填工序结束。

2.1.2 沟槽开挖控制

根据施工控制网坐标和高程控制点，对沟槽中心线、高程进行放样，按设计断面对沟槽开挖上、下口边线进行放样，并依此边线进行开挖，如图1。

土石方开挖共分为5层，分别为第1层耕植土开挖，采用推土机推运至征地最外边缘分区存放。第2层为主沟槽土，开挖高度依施工机械性能而定，将反铲布置在槽口，沿纵向退挖甩土出槽后，用推土机或反铲接力，将土石方运至堆存区堆放（堆存区在耕植土堆存区内侧）。第3层开挖至管底高程以上20cm，用反铲甩土后倒运至堆土区。第4层为基地排水沟开挖。第5层为管底保护层土，确保开挖至设计高程。

2.1.3 不良地基处理

建基面开挖完成后对基础进行地基承载力实验，若地基承载力达不到设计要求，须对基础进行换填或挤密处理，主要方式包括：换填砂垫层基础，换填级配碎石加砂垫层基础，换填级配碎石加土工格栅加砂垫层基础等方式。各层间开挖距离依据安装速度、施工季节、当地的气候条件而定。2.2 管道的运输、装卸及现场检查

图1 开挖示意图

2.2.1 PCCP管材运输

一般采用大型平板拖车进行运输。

2.2.2 PCCP管材装卸

PCCP管道的装卸设备选择根据管径、单管管重、沟槽深度和宽度、周边地形、交交通状况、工期要求、周围环境综合考虑。一般采用大型履带式起重机作为安装设备，在跨越高压线路、通讯线路等障碍物、沟槽深度较深时可采用有轨龙门吊作为安装设备。2.2.3 管道进场检查

对PCCP管道安装施工前必须进行质量检查，包括两方面。

（1）质量合格证及检验报告。特别要对管道工作压力、覆土深度、生产日期及安装位置的配管图进行检查核对，保证管道类型为安装位置配管图要求类型。

（2）对管道外观质量进行检查。主要检查内容包括管芯混凝土裂缝宽度、深度、是否有空鼓、承插口长度、椭圆度、端面垂直度等，进一步确定准备对接的两节管道的承插口配合间隙是否满足易安装和密封良好的要求。

2.3 管道安装

2.3.1 基准管安装

沟槽开挖并确认地基承载力满足设计要求后，铺设30cm厚中粗砂，最大粒径不超过2cm，采用平板振动夯夯实，然后根据测量人员用水准仪所控制的设计高程，人工将垫层下挖15cm，控出的材料填筑在两侧并人工振实，形成高度约30cm左右的弧基。基础处理合格之后进行第一节管道即基准管安装。规范要求压力管道管中心高程、管中心轴线允许偏差小于30mm。

为避免基准管的安装对后续管道造成更大的偏差，要求各条线的第一节管道高程、轴线偏差均控制在10mm以内，且承口方向朝向水流方向。

为确定管道中心线，用一根长为2.5m，校正平直的角铁置于管道内，标示出角铁中心位置，将不小于60cm长的水平尺放在角铁上，角铁的中心位置处挂一个垂球，将角铁用水平尺调整水平后，垂球垂线稳定后所示线即为管道中心线。如调整管道中线，用经纬仪上十字丝和垂线之间的相对位置，确定管道中心线是否存在偏差。通过吊车臂杆左右移动，使管道中心线和经纬仪十字丝线位置重合。

如调整管道高程，用水准仪观测。通过吊车臂杆起降，将管道调整到设计高程。在管道调整过程中，注意检查承插口之间的间隙。尽量保持管道周围间隙均匀。

2.3.2 后续管安装

（1）安装前准备工作。为了满足管道吊装及对接完成后外缝处理的施工需要，安装前在PCCP管道设计管缝处开挖宽度与管道外径相同，长×高为1000mm×200mm的工作坑。如图2。

图2 管道安装人造填弧区工作坑示意图

用履带式起起重机将管道承（插）口缓慢靠近已安装管道的插（承）口。为防止承、插口碰撞，吊装时使承、插口段保持平行，并使圆周间隙大致相等。当吊装管道承（插）口移动至距离对接管道插（承）口10～220cm时，用方木垫在两管道之间防止碰撞。

安装前将承口内部和插口外部的泥土脏物清刷干净，彻底清扫管内的杂物和尘土。清理管道承口和插口，使工作面光滑、无突起异物，如有飞边、毛刺等应予处理。承插口清理完成后将胶圈安装在插口的胶圈槽内，并涂刷食品级植物类润滑油来润滑承插口，以便安装。注意勿让泥土污物落到已涂润的插口圈上，严禁使用石油类润滑油。

将胶圈放入插口环凹槽后，再使用一根短棒插入橡胶圈下绕全管口转2～3圈来调整胶圈松紧，使橡胶圈均匀地套入在插口环凹槽内，且无扭曲、翻转现象。

（2）安装。橡胶圈安装合格后，开始安装。

根据实践经验，管径大于1.8m 时宜采用内拉法进行安装，如图3。

图3 内拉法平面示意图

用履带式起重机将刚吊下的管道承（插）口与已安装好的管道的插（承）口对中，，使插口正对承口。采用2台10t手拉葫芦内拉法将将刚吊下的管道的承（插）口缓慢而平稳地滑入前一节已安装的管道插（承）口内就位，管口连接时作业人员事先进入管内，往两管之间塞入挡块，避免管道吊装时由于未控制好而导致两管道承插口相撞，破坏管道。

内拉法具体施工艺如下：

在已安装管道中选取一道管缝作为内撑杆的固定卡缝，该管缝选取原则为距离预安装管道4～5节管道为宜，距离过长则人员操作时间增加，施工效率下降；距离过短则会使内撑杆至最外侧管道之间因管道与基础摩擦力不足将安装管道拉动，，导致该部分已安装管道产生较大位移。

内撑杆一般选择厚度在18～20mm范围内的Q235C钢板与钢锭梁连接，插入管缝钢板的受力一侧须垫设3mm厚的胶皮垫作为柔性垫垫层，避免受受力时内撑杆破坏管芯混凝土。

吊装的的安装管道与最外侧管道初步完成管口对接后，在安装管道的外侧架设Q235C槽型钢制大梁，两侧与管端接触部位垫设5mm厚的胶皮垫。。

内撑杆与钢制大梁之间两侧采用钢制连接杆件与手拉葫芦的导链连接，人工均匀对称拉动导链来缩短两安装管道管缝间距，两侧导链控制管道轴线，吊车吊装时垂直方向移动控制管道高程，最终控制两管之间的安装间隙在5～25mm之间,高程和轴线偏差均小于30mm，每每节PCCP管道安装完成后，仔细进行管道位置和高程的校验，如不合格须进行调整，直至合格为止。

安装合格后及时进行接口水压试验，确保安装质量。

2.3.3 PCCP管道接头打压试验

在管道完成之后，采用打压泵从接头下部打压孔压水，上部打压孔排气。排气结束后在两个打压孔各安装一个精专业检测单位评定合格后的压力表进行打压试验，加压至规定的实验压力后，保持2miin内无压力降为合格。

接头压力实验共需进行3次。第1次打压试验在内接管道安装定位后立刻进行，合格后进行下一节管道安装；第2次打压试验在某节管道之后又完成了两节管道安装后对该节管道进行打压试验；第3次打压试验在回填完成后进行。

如果打压试验不合格，需对管道进行拔管重新安装处理或其他处理方式，直至合格为为止。

2.3.4 接头处理

为了使整个管道完全处于碱环境中，外漏承插口钢件不受侵蚀，安装接头外侧需进行接缝灌浆。外缝灌浆在第二次接头打压合格后、回填之前进行。

在接头外侧包裹一层厚度2cm，宽度不小于260mm的闭孔泡沫板为包带，作为灌浆接头处的外模。在包带的外侧用8#钢丝绳勒紧，形成管缝砂浆净净宽不小于200mm的空腔，用张紧装置拉紧钢丝绳，防止漏浆。

在管道接缝安装外包带之前用水冲洗润湿，外包带在顶部留有缺口，灌入的砂浆要有较好的流动性，并加入8%左右的膨胀剂使之成为非收缩性砂浆。灌浆时从管顶一侧灌入，从另一侧溢出，灌筑过程中使用细钢筋插捣，外侧采用木槌轻敲打，确保灌浆密实。灌浆口上部部使用较干硬砂浆填满。接头灌浆超出管外壁高度不小于3cm。管道内部接缝也需进行封堵。

在第三次打压试验完成并验收合格后，进行管道内部接缝封堵抹浆。封堵前需清扫管道内接缝，确保接缝内没有异物和灰尘。洒水湿润后，采用膨胀砂浆塞填缝隙并捣实抹平。

2.4 沟槽回填

根据管道各部位受力条件不同，管道回填采用分区控制原则，各区回填料和压实参数应符合设计要求。

在管道回填分区中，由于管道承重全部集中在腋角区（管底110°～120°范围内），该区回填质量对管道稳定性影响最大。管道腋角区回填方式分为埋弧法或填弧法，如图4。

图4 填弧法回填示意图

由于受地质条件、管道形式的多样性等条件制约，大多采用填弧法施工。管道第二次打压合格后，应立即进行腋角回填。受施工条件限制，该区不能使用大型夯实设备，特别是垫层与管道形成的三角区范围内，应采用粒径小于20mm、含水率在5%～8%、含泥量不超过5%的中粗砂进行回填，夯实设备使用自制的T形夯实设备或直径10cm左右的圆木分层夯实，避免产生不均与沉降，，确保管道进出稳定。

其他区域回填应根据回填碾压实验确定回填厚度、最优含水率、夯实机具及碾压遍数。回填时，堆土区侧采用反铲送土到沟槽。另一侧采用土方开挖区运回的开挖土料，反铲送土到沟槽。管道之间采用16m长臂反铲送土沿简易溜槽下料到沟槽，，严禁在管道上方高出倾倒回填料。沟槽内采用人工铺料。管道之间的回填压实应与管道至沟槽壁之间的回填压实对称进行，每侧回填高度差不超过一层填筑厚度，做到同时回填均匀上升。管顶以上500mm范围内采用反铲填土人工摊平，在最上层需回填耕植土，厚度不小于500mm。沟槽范围内地形地貌须与周围地形地貌一致，并且满足耕种要求。

2.5 管道水压试验

管道静水压试验是对管道接口、管材质量、施工安装质量的全面检查，也是工程验收之前必须履行的一个试验项项目。

PCCP管材试验压力为工作压力加0.3MPa，安装完成连续1kmm管道后进行首段打压试验，随安装进度利用打压管逐段进行水压试验，分段长度不宜超过10km；在逐段水压试验完成后可进行10km水压试验；10km打压试验完成后可进行更长距离水压试验，直至整个管线水压试验全部合格。