大口径钢管基坑内镶接技术

陈震华

摘 要：文章以青草沙严桥支线QYZ-C2标工程为背景，系统叙述了在大口径钢顶管施工结束后，基坑内钢管镶接技术，给出了在施工过程中遇到的问题，并提出了解决办法。

关键词：大口径钢管 镶接 基坑

上海市青草沙水源地原水工程严桥支线工程QYZ-C2标采用双排DN3600钢顶管设计，顶管埋深约10.5m～14m，双管中心间距7.2m，共设五座顶管井基坑，其中在8、10、12号基坑内设置排水排气井，在8、10号基坑内采用DN500排水支管和阀门、伸缩接头将两根主管衔接。本文以该工程为背景，系统介绍了基坑内各种弯头、短管和支管的布置形式和拼接方法，对类似大口径钢顶管在基坑内的镶接施工有参考意义。

1.工程概况

严桥支线工程QYZ-C2标共包含J8号井～J12号井共五座基坑，流水方向从J6井至J8井、J9井、J10井、J11井、J12井至J13井。全线采用DN3600双管钢管顶管，总长4390m，采用焊接连接，管配件、阀门采用法兰连接。钢管内径为3600mm，壁厚34mm，钢管采用Q235B（镇静钢）钢板直缝埋弧焊制。管道设计工作压力为0.8Mpa，试验压力为1.3Mpa。工程总平面图如图1所示。

2.基坑内镶接段短管类型

本工程基坑内镶接段短管按照弯头形式，可分为以下三种类型。

2.1大角度转点（接近直线形）

本工程J8井内镶接短管采用大角度转点，J9→J8井直线段与J8→J6井直线段夹角为176.8°，基本接近直线形。排水管为DN500支管，设置在2根主管内侧的底部，且相互对应，以阀门、伸缩接头和三通管衔接；另在主管内侧各设置一个DN1000检测人孔，以法兰盖板封堵。

2.2单弯头短管

本工程J11井内镶接短管采用单弯头短管形式，2根主管上方各设置一个DN800检测人孔，以法兰盖板封堵。

2.3双弯头短管

根据管道走向需要，本工程J9、J10、J12井内镶接短管采用双弯头短管形式。其中J10井内设置排水井，排水管类型与J8井类似；J12井内设置排气井，排气管为DN300支管，设置在主管上方；J9井内仅在管顶设置DN800临时检测人孔。

3.基坑内短管镶接难点及应对措施

3.1短管测量定位、长度确定

为确保顺利贯通，顶管施工时实际的顶进轴线与高程会根据已完成的进出洞口位置和高度进行修正，可能与设计轴线会有一定的出入，因此不能简单根据设计图纸加工坑内短管及弯头，需根据两端已完成的顶管段实际测量后按实加工。

应对措施：基坑内弯头设计夹角为α，但由于顶管施工时实际顶管中心线与设计有所偏差，因此应根据实际情况重新计算弯头角度β。

现场操作时可在两侧顶管施工结束且管道稳定后，在两侧顶管轴线交点的大概位置架设全站仪，建立井下30m管道轴线，以确定弯头的实际夹角，并联系厂家定加工。

3.2管道坡度不同给最后一段管道镶接造成困难

本工程部分基坑两侧顶管坡度不同，如J10号基坑内，其向J9号井顶管坡度为0（水平顶进），向J11号井顶管坡度为向上1.24°，因此基坑内短管要在加工和镶接时注意纵向坡口的处理。

应对措施：有纵向坡口的短管作为最后一环进行安装。管道拼接施工应从水平管道一端开始，管道拼接的最后一环宜为直管，在拼接最后一环前应逐步消除坡度和轴线偏差。

最后一环长度应根据现场实际测量长度决定。测量时可将两端钢管的断面均分为12个对应的点一一测量间距，以确保每个部位的长度准确。长度决定后可在现场将备好的钢管按测量数据切割，打磨处理后进行镶接作业。

由于J10井内短管分段较多，为确保顺利衔接，避免应力集中，各节短管定位后先暂时固定，全部组对完成后再同时焊接。

3.3后续设备安装要求支管定位必须精确

本工程J8井、J10井、J12井内管道设置有排水、排气及人孔支管，两根主管的排水、排气支管在后期安装有连接设备，对支管的定位要求严格。J10井内设置有DN500排水支管，支管的位置和标高必须严格对应，否则将给后续设备安装带来困难。

应对措施：现场准确测量、厂内精准加工，现场拼装时一一对应。主管道定位完成后暂不焊接，待支管中轴线和标高调整后统一焊接。

3.4焊接是质量控制重点

本工程采用的钢管口径大，埋深较深，管道通水后压力较大多设置有支管，钢管焊接质量决定了整个工程的生命周期，因此其焊接质量至关重要。本工程现场焊接采用技术比较成熟的二氧化碳气体自保护焊，质量控制要点如下：

3.4.1主管焊缝形式选择

由于管道下部空间不足，为避免在管道下进行仰焊，确保焊接质量和施工工期，经多次探讨，参考《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》等规范，最终采用单边“V”字型阴阳坡口形式，即管道上半圆为外壁坡口，下半圆为内壁坡口，坡口角度为40°，焊缝背面采用陶瓷衬垫。

3.4.2管道对接

基坑内短管对接在可移动底座上进行。对口使用专用的管道对口链钳，管道错边通过调整对口钳上的液压千斤顶和螺旋丝杠进行修正，严禁强力组对焊口，严禁用大锤捶击等办法对口，更不允许用火焰烤等热膨胀法对口。钢管组对前将焊口表面用磨光机打磨干净，不得有锈蚀、油渍及其他污迹，坡口及焊口内外清理范围不小于10mm。

3.4.3焊接施工

焊接之前反面用陶瓷衬垫贴好，焊接作业采用摆动焊接方式，采用单丝焊多道焊进行焊接作业，焊接后成锯齿形，焊接清理和层间清理采用砂轮及钢丝刷打磨，导电嘴至工件距离15-20mm，并使用药皮锤进行去皮锤击。

3.4.4焊接质量检测

现场镶接施工时的焊缝在焊接结束后采用超声波检测，焊接质量检测项目如下：

（1）所有焊接按照GB50268的规定进行外观检查：焊缝和热影响区表面不得有裂纹、气孔、断弧、弧坑和灰渣等缺陷；表面要光顺、均匀、焊道与母体应平缓过度。

2mm，不允许未满焊。

（3）现场焊接的对接焊缝按照20%的超声探伤检验。当采用超声波检测时焊缝质量不得低于GB/T11345-89B级中的Ⅱ级的规定；探伤前应做距离-波幅曲线。

4.结语

通过本工程的施工，总结出在基坑中镶接大口径钢管时应注意以下事项：

（1）坑内短管及弯头的加工应严格按照现场实测实量数据进行。由于顶管施工存在的轴线及高程误差影响，在短管及弯头加工前必须对坑内两端已完工顶管段的预留长度、轴线和高差进行实测实量，以确定镶接管的坡度、每段长度及弯头的角度。

（2）坑内管道拼接施工应从管道一端向另一端顺序进行，管道拼接的最后一环宜为直管，在拼接最后一环前应逐步消除坡度和轴线偏差。根据现场实际情况，最后一环短管可放长部分余量（约50～100mm）以便纠偏。

（3）拼接过程中各段短管下部均应设置临时支墩。管道定位后先暂时固定，全部组对完成后再同时焊接，避免应力集中。

（4）管节组对拼接施工时应注意纵、环向焊缝的位置应满足《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268的规定，且管道任何部位不得有“十”字形焊缝。尤其是施工中必须镶接长度较短的直管（俗称“金戒指”）时必须确保环向焊缝的间距，本工程中采用不小于1000mm的长度。

参考文献：

冯一辉，王康，王剑锋.长距离大口径钢顶管施工关键技术[J].中国市政工程，2010（3）：41-43.endprint