市政管道穿越套管施工技术探究

王佳

中铁一局集团市政环保工程有限公司 甘肃兰州 730050

1 项目概况

本项目为喀麦隆国雅文得市饮用水处理厂及配套工程项目，主要供水线路C1 标段，DN1800 球磨铸铁自锚管，穿N15 公路DN2400 钢筋混凝土套管施工。

2 施工设计

先预埋套管可以缩短对施工场地占用时间，保障交通提前通行或其他工作可以平行施工。本项目套管内采用新兴铸管厂生产自锚式球磨铸铁管-Xanchor 自锚式接口结构更简单，安装更方便，同时具有更大的轴向抗拔脱能力和柔性。

Xanchor 球墨铸铁管通过用自制小车装置进行运送，采用抱箍将铸管与小车固定焊接，最后用卷扬机+钢丝绳牵引拉小车及后方推送的方式使管道依次进入，在管道内进行自锚连接。采用地锚、卷扬机牵引，并利用滑轮减阻原理，解决了管道水平运输摩阻力较大难题[1]。

3 施工准备

3.1 技术准备

（1）技术人员认真研究设计图纸，根据图纸说明了解穿越公路地段的水文、地质、地形资料，并结合现场实际情况，制定切实可行的施工方案，征得业主和相关部门批准方可施工。

（2）对施工人员进行交底，明确施工中的重点、难点，掌握重点控制施工工序，操作要领和应注意事项；计算施工中顶推力、摩擦反力、小车承载力等受力验算。

（3）依据设计交桩，复测管道穿越中心线，同时测放公路穿越施工占地边界线和穿越段管道中心线。

（4）管道两侧设工作坑两处，并在操作面浇筑混凝土垫层及卷扬机支墩。工作坑处采用大开挖形式，边坡考虑放坡不小于0．75，坡底做排水沟并设集水坑，保证雨期工作面内无积水。

3.2 物资准备

（1）自制滑轮小车加工：自制临时承重滑轮小车，在加工前先要经过受力计算，确保其受力状态下安全可靠。每根铸铁管至少使用两辆小车，分别设置在铸管两端。小车底板为20mm 钢板，规格尺寸950×950mm，底板上焊接四处挡块，挡块采用10mm钢板焊接，呈三角形，斜边长200mm，高86mm，防止管道滚动；平板下焊接四个承压轮，小车轮高140mm，每个轮承载力2700kg。

（2）防撞抱箍加工：用80mm 宽10mm 厚钢板焊接抱箍，抱箍与铸铁管之间衬垫5mm 厚橡胶皮（铸铁管与小车之间也衬垫5mm 橡胶皮），抱箍下部与小车焊接，外侧焊接四处可伸缩钢管（Φ48×3mm），铸铁管进入时，调节螺杆长度，使螺杆外侧钢板与混凝土管缝隙为10-20mm。

（3）穿越施工所需的机械设备，需对机械设备做专项维修保养，确保机械正常运行。如挖掘机、50 吨吊车、10T 手板葫芦、自制滑轮小车、卷扬机并配备钢丝绳等。

4 施工工艺流程及方案

4.1 施工流程

注浆管安装→浇筑混凝土垫层→固定卷扬机→接口连接→自锚管下方安装滑轮车→Xanchor 自锚管安装→自锚管间与套管空隙填充。

4.2 注浆管安装

在套管内壁顶部每隔3m 安装一个U 型卡环，将注浆管放入U 型卡内，U 型卡规格为DN65，注浆管为DN32。注浆管从两端分别安装至混凝土套管管段中心位置。注浆管上每间隔2m 开一个Φ15 的孔，注浆管材质为镀锌钢管，连接方式为丝扣连接。

4.3 浇筑混凝土垫层

套管安装完成后在套管底板浇筑高为0．125 ～0．15m 的混凝土垫层，利于自锚管下方的滑轮小车行走，并在混凝土中预埋角钢轨道，保证小车行走中直线行驶。

4.4 固定卷扬机

将卷扬机固定在接收侧沟槽一侧混凝土支墩上，卷扬机前方放置导向滑轮。

图1 卷扬机安装示意图

4.5 Xanchor 自锚管安装方法及要点

（1）管道吊装：将第一根自锚管用吊车吊至工作坑内，安装滑轮小车，利用接收侧放置的卷扬机将该自锚管拉入套管内，使该自锚管的承口留在套管外，便于安装下一根自锚管。

图2 管道吊装图示

（2）清理第一根自锚管承口与第二根自锚管插口，尤其是支撑圈、密封圈及挡块的位置，不得有灰尘、沙子、石块等其他物质。

（3）安装密封胶圈、支撑圈及挡块：①安装密封胶圈将密封胶圈装入承口内侧凹槽，胶圈弯成如图3 所示形状后再放入承口凹槽，胶圈安装时用抹布擦拭一圈，确保上面没有灰尘。胶圈装入承口后用橡皮锤敲击胶圈，使胶圈完全装入承口槽内。

图3 胶圈示意图

②安装支撑圈及前、后挡块。先将支撑圈安放到承口外侧凹槽，支撑圈安装前用抹布擦拭一圈，再将两个后挡块分别安装到支撑圈上的两个相邻凸起上，然后挡块的凹槽插到支撑圈上的凸起上将前挡块的两条斜边与两个后挡块的对应斜边对齐，把前挡块压入两个后挡块之间。

图4 挡块安装示意图

（4）涂润滑油：在第一根自锚管胶圈工作面及第二根自锚管插口倒角处涂润滑油，润滑油不要涂抹过厚，防止粘灰或砂粒[2]。

（5）Xanchor 自锚管牵引推拉：①将铸铁管道缓慢放在滑轮小车上，滑轮小车与管道之间用扁铁固定，然后将手板葫芦连接特制钩子勾住承口两侧，用摇臂式倒链将第二根管子的插口插入第一根自锚管的承口。插入深度宜用插口处的两条标志线做为控制线，铸铁管插到看不见第一条线只看到第二条线的位置为宜。②使用在接收侧放置的卷扬机将两根自锚管拉入套管内。在牵引的过程中，严格控制牵引方向与轴线方向共线，慢慢牵引管道移动，牵引速度控制在4m/min 范围内。牵引推拉过程中，管道前后左右四个方向，均站人观测，旗语指挥索引。依次安装球磨管道接头，并拉入套管内，入口端铸铁管可借助其他设备推入套管。

（6）安装完成后的检查：安装完成后利用一把薄的窄钢尺，绕着插口90°四点检查胶圈压缩比，钢尺在四点位置的塞入深度应该大致相同，这说明接口连接正常。

（7）自锚管间与套管空隙填充：自锚管安装完后，混凝土套管两端必须进行砌砖密封，采用专用注浆泵注入水泥砂浆，对自锚管与套管的间隙进行填充。

注浆材料采用1:1．5（水泥：砂）水泥砂浆。注浆设备有注浆机、搅拌机、注浆管、发电机，压力表等。注浆机的生产能力为3m³/h，最高工作压力为2．0MPa，功率为4kw。

5 现场质量安全管理

（1）管节及管件表面不得有裂纹，不得有妨碍使用的凹凸不平的缺陷；在运输过程中为了避免管道与车箱碰撞而损坏管道和防腐层，在铸铁管底部用方木做加固，从而起到间隔作用。

（2）采用橡胶圈柔性接口的球墨铸铁管，承口的内工作面和插口的外工作面应光滑、轮廓清晰，不得有影响接口密封性的缺陷。

（3）管件对接前，应将承口端内工作面、插口端外工作面清刷修整，除去飞刺、铸砂等，以免划破胶圈，保持管内的清洁度。

（4）管节及管件下沟槽前，应清除承口内部的油污、飞刺、铸砂及凹凸不平的铸瘤；柔性接口铸铁管及管件承口的内工作面、插口的外工作面应修整光滑，不得有沟槽、凸脊缺陷；

（5）直线安装过程中，接口环向间隙应当保持均匀，而且承插口纵向间隙不得小于3mm。管道沿曲线安装时，接口的允许转角1°。

（6）作业前应根据作业特点，对参加作业人员进行方案和安全技术交底。施工现场设置专职安全员，作业时周边设置警戒区域，设置醒目的警示标志，防止无关人员进入[3]。

6 结语

套管内采用牵引推拉法相对于顶管法来说具有更经济明显、易操作、工期时间短、占用场地小的特点，但对于套管内管道安装、牵引过程中技术、质量控制更严格。