滑轮组合牵引系统快速安装T型球墨铸铁管施工技术的应用

李志强，陈小波，向起来

（重庆建工市政交通工程有限责任公司，重庆 400021）

0 引言

球墨铸铁管已被广泛应用在城镇给水、燃气管道中，是一种用户认可度高的成熟产品。T型球墨管采用滑入性柔性接口，具有结构简单、安装方便、密封性好，能适应一定的基础变形等特点[1]。一般采用“倒链法”进行安装，即在接口处安装钩头、钢绳、倒链（或电动葫芦）后，由人工牵引将管道拉入承口。在实际操作中，随着安装管道口径的增大，安装所需牵引力增加，人工牵引就变得更加费时、费力。

针对该问题，笔者开展专项研究，对安装方法进行了深化设计，依靠滑轮组合系统改变机械牵引力方向，利用吊装设备替代人工牵引，实现了T型球墨铸铁管快速安装（简称滑轮组法）。实践证明，采用滑轮组法安装T型球墨铸铁管效率更高、成本更低，具有显著的经济效益和社会效益。

1 工艺原理

根据拟安装管道的参数指标，计算管道连接所需外力。合理选定钢绳、滑轮、吊索（吊带）等组件的型号、规格，组成滑轮组合牵引系统（图1）。动滑轮A与定滑轮B分别由吊索（吊带）固定在两段管道的L/2处，通过与定滑轮B连接在一起的导向滑轮C，将吊装设备提供的竖直向上的牵引力转换为水平拉力，使管道进入承插口。由于动滑轮A与定滑轮B与管道轴线夹角较小，其产生的竖向分力不会使管道脱离地面。管道的承插深度L0由管道自身构造要求确定。钢绳的牵行长度Lm与管道承插深度L0间存在可确定的数量关系，即Lm=mL0（Lm钢绳的牵行长度，m钢绳工作绳数，忽略钢绳受力下的变形）。根据这个数量关系，确定钢绳牵行长度Lm，用“限制环”限制钢绳牵行长度可实现对承插深度的控制。通过调整滑轮个数n、滑轮工作绳数m，以实现对牵引力F、牵行长度Lm调整控制。

图1 滑轮组系统示意图

2 技术特点

（1）机械化作业提高施工效率。通过滑轮组改变力的作用方向，将竖向牵引力变为水平拉力，使竖向提升设备能够完成管道轴向的牵引工作。将效率更高的竖向提升设备替代人工小型机具进行作业，极大地提升了施工速度。

（2）提高吊装设备的使用效率。吊装设备在管道施工中通常仅用于管道装卸及管道入槽，设备利用率低。该技术以吊装设备提供安装牵引力，且安装施工速度快，同台吊装设备即可实现管道下车、入槽、安装的同步作业。

（3）适用性强。利用滑轮组的特性，通过增加滑轮个数、工作绳数等，达到调整牵引力和牵引长度的目的，以满足各种规格的管道安装施工。

（4）能有效确保管道安装质量。滑轮组合系统将竖向牵引力改变为管道轴向的拉（压）力，受力均匀。同时，在钢绳上设置醒目的限制环，更易于指挥人员和吊车操作人员观察承插情况，能有效控制管道承插深度，保证安装质量。

（5）原理简单，操作方便，投入成本低。该工法所涉用的滑轮、钢绳、吊带等材料工具，普通常见、价格低廉，且非一次性投入，可反复多用途使用。该技术原理简单，操作简易，具有很强的推广性。

3 施工方法

3.1 工艺流程

管道安装工艺流程如图2所示。

3.2 施工准备

（1）沟槽验收合格。沟槽地基承载力以及地基处理满足设计要求。槽底高程、槽底中线每侧宽度、沟槽边坡在允许偏差范围内。沟槽支护符合国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB 50202的相关规定。接口工作坑配合管道铺设开挖完成，开挖尺寸符合施工方案要求。

（2）管材进场质量检查合格。管节及管件的规格、尺寸公差、性能满足相关规定和设计要求，外观无裂纹、无缺陷。

（3）专项施工方案按规定程序完成审批，对作业人员进行安全技术交底。

3.3 管道吊运入槽

（1）管道可采用吊车、随车吊等设备进行吊运。使用专业吊钩、外包胶管的吊索或者兜身吊带等对管道进行捆绑起吊，以避免对管道防腐层造成损伤。绑扎所用的吊索（钩）、卡环、绳扣等规格，以及管道吊点位置都需经过计算确定。

（2）起重设备架设位置不得影响沟槽边坡的稳定性，与架空电线、建筑物等构造之间需保持安全距离。

（3）采用该技术安装管道效率较高，起重设备可直接从运输车上逐根起吊管道，直接入槽，实现下车和入槽两环节相统一。管道提升和下放过程应平稳、缓慢，不要晃动避免撞击。

（4）在管道安装前，宜将管节、管件按照施工方案要求进行摆放，便于吊运安装。管道安装施工方向宜从下游开始，承口朝着流水方向。管身轴线按沟槽中线对正定位。

（5）吊装大管径、重构件时，需先进行试吊，确认无问题后，方可正式起吊[2]。

3.4 承插准备

（1）第一节管道就位后或下一节管道安装前，进行承口清理、胶圈安装及承插口润滑等承插准备工作。

（2）使用毛刷、抹布等清除承口内部油污、飞刺、铸砂及凹凸不平的铸瘤；插口外工作面修整光滑，不得有缺陷、裂纹；插口段损坏部切割后，必须对新切端口进行倒角及磨圆处理，以防止安装时损坏胶圈[3]。

（3）承插口清洁完毕后，将橡胶圈装入承口凹槽。橡胶圈与管材需配套使用，材质符合相关规范的规定，外观应平整光滑，不得有裂缝、破损、气孔、重皮等缺陷，每个橡胶圈的接头不得超过2个[4]。

（4）橡胶圈安装经检验合格后，涂刷无腐蚀性的润滑油（剂）。在胶圈工作面和另一支插口工作面涂上润滑油（剂）。插口工作面涂抹润滑油（剂）时，应从坡口至承插线处均匀涂抹。胶圈底部禁止粘油。

（5）将插口对准承口，调整两管道轴线使其接口在允许转角范围内，做好承插准备。

3.5 滑轮组选定与安装

3.5.1 滑轮组选定

根据《建筑施工起重吊装安全技术规范》（JGJ 276）、《水及燃气管道用球墨铸铁管、管件及附件》GB/T 13295等规范要求，综合考虑管道吊装、安装等不同工况下，可对吊索、滑轮、钢绳等进行计算，按最不利状态进行选用。

3.5.2 安装滑轮组

（1）根据计算配备相应的吊索（带）、钢绳、滑轮等，并对其进行检查核实。滑轮组系统一次安装后，可整体搬运重复使用。

（2）吊带（吊索）捆绑在管道L/2处，滑轮与吊带（吊索）相连。新装管道（插口端）上安装动滑轮A，已装管道（承口端）上安装定滑轮B、导向滑轮C。三个滑轮需处于管道轴心线上（图3）。

图3 吊带、滑轮连接

（3）滑轮组绕线采用穿线法，由定滑轮B引出，顺次绕线动滑轮A，最后在导向滑轮C处结束。钢绳绕过定滑轮B用绳卡固定，如图4所示，绳卡个数不少于4个，间距不小于6d（d：钢绳直径）。

图4 钢绳与滑轮B固定示意图

（4）滑轮组穿绕后，人工将钢绳收紧，检查有无卡绳、磨绳的地方，有问题立即修正。钢绳端线用卡扣弯成绳环，与起重器械吊钩连接。卡扣数量和间距按照规范 《起重机械安全规程》（GB 6067）规范中相关内容执行。

（5） 钢绳牵引绷直后，丈量承插深度L0，根据Lm=mL0（Lm钢绳的牵行长度，m钢绳工作绳数）的数量关系调整限制环，可实现对承插深度的控制。限制环用普通绳卡即可。限制环的目标主要是帮助指挥者在沟槽外实时关注管道承插进展情况。

3.6 机械牵引

可由管道吊运设备作为机械牵引的实施者。牵引过程中应专人指挥，专人观测承插线、限制环的行走情况。管道牵引速率控制在1～2cm/s。

第一道插口线全部进入承口且第二道插口线全部露外时，终止牵引（图5）。

图5 管道承插线变化

3.7 检查验收

安装过程中检查，第一道插口线全部进入承口且第二道插口线全部露外，此时的承插深度就是合格的[5]。

安装后逐根利用一把薄的窄钢尺作为探尺，绕着插口90度四点检查胶圈压缩比，探尺在四点位置塞入深度等于或小于胶圈球头距离承口尺寸，这说明接口连接正常，胶圈没有被顶翻。

一批管道施工完毕后，由试验确定气密性。试压合格才表示管道安装质量合格。

4 应用效果

在黄沙溪水厂停运供水配套设施改造工程、江南新城供水工程、渝唐家沱片区管网供水工程等项目中，采用了该项施工技术，取得了良好的经济效益和社会效益。

（1） 经济效益

该技术由机械牵引替代人工牵引，不仅提高了施工效率，而且减少了劳动力投入。经过总结比较，采用该工法发生的人、机成本为倒链法的1/3～1/4，具有很明显的经济效益。

（2） 社会效益

该技术提高施工效率，缩短工期效果明显，一般可节约1/2～2/3的安装时间。同时，机械牵引有效避免了“因人工牵引困难导致承插深度不合格的现象”，能有效保障施工质量。特别对于一些工期紧张的工程 （如应急抢险），该技术的社会效益十分明显。

5 结论

利用滑轮法安装T型球墨铸铁管的施工技术，一是利用滑轮组可以改变受力方向的特性，将竖向牵引力转变成管道轴向的拉压力，实现了机械牵引替代人工牵引的安装方法升级。二是利用滑轮组可以改变受力大小的特性，通过调整滑轮个数，钢绳工作绳数，以满足各种直径的管道安装需要。机械化作业提高管道安装效率和设备利用率，降低人、机等施工成本，具有良好的经济效益和社会效益。同时，工艺原理简单，具有很大的推广价值，类似的滑入式柔性接口连接可以参考该技术的原理进行优化实施。