大直径PCCP空间弯头整体安装技术应用研究

2018-03-29刘朝辉

水利技术监督 2018年2期

刘朝辉

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁沈阳 )

1 基本情况

随着我国长距离输水工程建设，预应力钢筒混凝土管主要包括混凝土、钢筒、钢丝等，在长距离输水、供水和排污等工程中应用广泛。在辽西北全面启动重点输水工程建设以来，工程管线段涉及的大直径PCCP管是本工程的核心问题，其中弯头由于其重量大，安装难度高，是大直径PCCP管道安装技术中的重点和难点。

目前各种施工方法中，主要以PCCP标准管道安装技术为主，较少涉及大直径PCCP管道安装。大直径PCCP空间弯头施工中主要存在以下问题：由于水平与竖向转角的重叠引起空间弯头安装难度较大，尤其是管件两端插口方位角及高程，极易出现安装不到位等工程质量问题；管件吊装过程中的平衡问题，由于空间弯头的不规则形状导致弯头质心并不在弯头上，传统吊装很难达到管件平衡，难以实现管件及弯头的精确对接；空间弯头多应用于地质环境较为复杂，或者地下存在建构筑物的情况，因此，吊装难度较大，对吊装设备管理及具体吊装方法、手段要求很高；空间弯头安装过程中，管件下部需要建设混凝土支撑建筑物，因此，需要架空空间弯头以便提供作业空间，空间弯头架空难度大，极易出现安装位置和方向变化；对于小尺寸空间弯头配件，可以实现在管厂一次整体成型，并运送到施工场地，但目前对于尺寸大于7m的空间弯头，需要在现场焊接拼装，往往导致弯头焊接质量差，输水过程中导致渗漏等质量问题，同时，影响施工建设工期。

基于上述对空间弯头安装问题分析，提出了一种大直径PCCP空间弯头整体安装技术，并成功应用于具体的工程实践中，具有快速、准确对接，整体安装等优点，相关成果可以为类似工程提供有益参考。

2 施工工艺

2.1 管道运输

空间弯头处沟槽开挖宽度大，管道安装时采用400t履带吊吊装，以满足第三排管道整体吊装施工要求。管件整体制作前，首先利用超长平板专用运输车对管件运输道路进行沿线实际考察，结合管件总体运输高度及宽度要求进行运输路径规划；管件整体运输时，采用枕木对管件进行分段支撑(分头部、中部及尾部)，支撑稳定后采用钢丝绳配合吊链进行捆绑加固，确保管件整体运输的安全、稳固。管道运输采用15m平板拖车直接运输至现场，管道运输时，考虑到管件较大，开草线路面宽度只有9.0m，为确保运输安全，空间弯头管件运输时，前后各安排一辆皮卡车进行巡道。

2.2 沟槽开挖

建安二标C41+458.039处工程中采用分段分层开挖土方，根据工程场地施工地质勘查资料，采用3层开挖方式，分层厚度≤4.0m。利用“时空效应”，控制开挖速度，满足主体管道安装即可。开挖土方利用自卸汽车运土至临时堆土区或回填区段，并采用大型推土机配合进行土料堆放。根据地质条件，该桩号段石方主要呈全风化状，采用挖掘机开挖即可，局部配合液压破碎，如果地质有变化，开挖时出露强风化岩等坚硬岩石，则采用石方爆破后挖掘机挖装，并弃入监理工程师指定渣场。

表1 空间弯头各线承插口管端高程计算表单位：m

对控制桩位置及高程复核无误后，划定开挖边界线并放线，施工过程中控制桩间隔50m。严格按照施工设计开挖边坡，避免欠挖、超挖等现象出现。将施工工程中基础底部预留的20cm保护层修整到设计标高，按照槽底允许高程误差为±20mm标准，待验槽合格后进行下一道工序。管道基槽形成后确定浇筑边线，然后采用10方木筑模，垫层浇筑按10m/块，分块浇筑。混凝土直接注入管道基槽，浇筑厚度为10，振捣密实并木抹刀抹面。在土方运输中，注意施工道路的稳定性。道路由专人负责管理，定期对道路进行检查维修，保证道路的畅通。

2.3 承插口段高程计算

根据现场实测数据，承插口管口中心高程计算结构详见表1。

2.4 空间弯头吊装

管件在管厂按照设计转角和尺寸加工制作成整体构件，核对构件的数量、尺寸、方向，采用超长平板运管车运输至现场。由于弯头水平与竖向转角重叠引起的空间转角，导致空间与水平弯头的几何尺寸存在较大差异，因此，要实现空间与水平弯头的准确对接减少或避免弯头安装误差，应严格按照标准管节安装的方位角和纵坡。空间弯头安装吊具主要包括1个定长吊具和3个可调节吊具。吊具主要组成材料有：钢丝绳7条(1条21m长，2条16m长，2条1.5m长，1条14m长，1条6m)，2个5t吊链，2个5t卸扣，2个10t吊链。插口端吊装为21m主承重钢丝绳，管件承口端为14m、6m钢丝绳配合2个10t吊链吊装，可通过2个10t吊链调整承口端位置，见图1中的1#、2#钢丝绳，吊点位置为距管道1m处。采用两条2条16m钢丝绳分别配置一个5t吊链组合成可调节吊点。如图1所示：3#和4#钢丝绳为16m钢丝绳环抱捆绑管件，捆绑节点位于管道腰线，捆绑节点采用5t卸扣连接。两条钢丝绳分别位于管件左、右两侧，剩余一端与吊钩上部1.5m长钢丝绳吊链连接。经计算与厂内吊装试验确定的布设具体吊装位置详如图1所示，绑扎方案如图2所示。

图1 管件吊装捆绑示意图

图2 空间弯头吊装前绑扎

空间弯头吊装具体实施步骤如下：利用履带吊将捆绑好管件吊起，为保证各条吊带均匀受力，管件脱离地面之前，调整2#、3#、4#吊带吊链；然后，依次调整吊链1、2，保证管端径向线绳处于水平位置，符合管件设计安装的方向和水平转角。管道与空间弯头对接方式主要包括10t吊链内拉对接如图3所示，以及起重吊车上下轻微摆动，如图4、图5所示。在标准管管缝处和空间弯头安装方向管端设置受力横梁，使管件对接至内缝80左右。对于安装过程中轴线控制，主要方式为在管端放置一根长2.5m的角铁，角铁上部放置一80长水平尺，在角铁水平中心处挂线锤，通过2#、3#吊链调整吊带长度，旋转管件达到微调目的，调节管道中心与控制桩吻合。分别按照管件与上一节管道内缝管件小于25以及内底高程处于设计高程±3范围内等设计要求，确保管件连接及内地高程符合设计规范要求。

图3 管件安装内拉示意图

图4 空间弯头吊装

图5 空间弯头微调

2.5 管道轴线复核

管道安装施工过程中，分别测量2.5m角铁(角铁始终保持水平状态)两端至中线控制点2的距离，保证管道方位角与设计吻合。通过内拉设备左右微调和2#、3#吊带吊链旋转微调，调节至边长1=边长2时，使管端横截面与管道轴线垂直，即管件安装方向的方位角和管件轴线与设计中心线吻合。如图6所示，利用手提式打压泵打压接头，根据试压嘴压力有无压力变化，对接缝压力进行验证。

图6 管件安装轴线复核方法示意图

2.6 空间弯头支撑与固定

由于水平转角和竖向转角之间的叠加导致管件不稳定，因此，需要对空间弯头进行支撑与固定，空间弯头管件支撑位置主要在管件承口端和插口端，支撑数目设置不少于两处，支撑装置采用直径75cm钢管桁架，同时，为增加支撑的有效作用面积，分别在钢支撑立杆下部及管道接触部位分别尺寸为30×30×2及20×20×2的钢板，防止应力集中破坏管道。管件加固用型钢桁架根据安装高程与基础面间距离提前制作完成，制作尺寸应略小于管外壁与基础面高差，管件现场安装就位后采用垫块及楔铁进行位置调整与加固，然后进行焊接固定。管件加固方式、钢桁架支座样式详见图7、图8，支撑方式见图9。

图7 空间弯头管件固定示意图

图8 钢桁架支座细部图

图9 钢桁架支撑图片

2.7 混凝土浇筑

本桩号水平镇墩混凝土浇筑将钢桁架与固定稳定的弯头一并浇筑，使其成为一个整体，在日后通水时，混凝土镇墩固定弯头，降低或避免水锤对管件影响。按照施工组织设计中，施工图纸进行放线，钢筋尺寸、位置等安装参数应严格按照施工图纸的设置。在施工过程中应保证钢筋表面洁净无损，锈迹等污染应清除，颗粒状或片状老锈的钢筋严禁使用。

建安二标C41+458.039处工程中模板主要为竹胶模板，并辅助使用小型标准钢模板，根据模板表面光滑、接缝严密，不漏浆原则对安装模板进行工程验收。对于模板内侧浇筑面，浇筑前需要清理杂物，用高压风水枪冲洗干净，并涂刷脱模隔离剂。混凝土制备严格遵守混凝土配合比，由拌和站集中拌制，采用8m3混凝土罐车运输。混凝土铺料厚度每层30～40cm，保持混凝土面均匀上升。分别采用插入式振捣器以及平板振捣器对仓号内及表面混凝土进行振捣。混凝土浇筑完成后需要进行人工养护，浇筑完成12～18h后，采用洒水养护，养护时间持续一到两周，并按照混凝土相关施工规范对混凝土拆模。对于水平施工缝处理：先人工拉毛后用水冲毛，凿毛时混凝土强度应达到2.5MPa。

3 效益分析

本成果在辽宁重点输水工程三段建安二标C41+458.039处进行了成功的试点应用，本段管线安装多处于沟谷及坡地地貌，原地面地势起伏较大，且地势狭窄，管线穿河、穿路段埋深均较大。通过采用空间弯头改变管道方向，能够有效克服复杂地质条件的不利地形，保护周围地上及地下建构筑物。本工程空间弯头一共有58处，工程工期、现场施工协调和安全生产管理工作均存在压力巨大。

采用文中提出的空间弯头整体安装技术，施工质量得到有效保证，施工组织管理设计更加合理有效，施工进度管理水平不断提升，增强空间弯头安装工程质量。空间弯头整体安装技术应用节约大量的人力物力成本，经济效益核算表明，本工程整体吊装技术比传统安装技术节约成本约1186万元。每处空间弯头施工工期比传统施工技术节省25天。