狭小空间下长距离精准拖拉大管径钢管施工方法

高学佳

(北京市建设集团有限责任公司第二工程处,北京 100032)

洞穿管施工工艺,即采取先做套管,然后在套管内部铺设永久管道的施工工艺,目前已被广泛应用于燃气、热力、电力、给水、排水等短距离、小管径、对安装精度要求不高的地下管道施工中,但在长距离穿堤套管内部铺设大管径钢管在国内并不多见。本公司在南水北调配套工程大兴支线工程第七标段穿越永定河左堤施工中,通过本方法成功在套管与钢管之间只有37.2 cm的狭小空间内,拖管过程中无法进人检查调整的情况下,将长276 m,外径为2.456 m,总质量约300 t的钢管穿过套管准确入位,并且做到了钢管外防腐不受损坏,确保了给水钢管正常运行和耐久性。为类似狭小空间下,长距离穿堤套管内铺设大管径钢管并准确入位的施工提供了可以借鉴的经验。

1 工程实例

1.1 工程概况

南水北调配套工程大兴支线工程第七标段穿永定河左堤施工中,采取先做套管,然后在套管内部铺设永久管道的施工工艺,该段是先顶进DN3 200钢筋混凝土套管,顶进完毕后在套管内穿入DN2 400钢管,然后在套管与钢管的间隙填充C20自密实混凝土。洞穿管长度总计273.88 m,总重约300 t[1-2]。

1.2 工艺特点

1)在狭小空间内,无法进人检查调整的情况下,可控制钢管在套管内匀速稳定牵引、入位准确、施工成功率高。

2)防腐层不易损坏,满足运行后钢管的耐久性要求。

3)一次可焊接钢管长度长、缩减了整体钢管焊接时间,从而缩短了整体洞穿管的施工工期。

4)施工所用材料均为常规材料,来源广泛,牵引端无需设置地锚基础,现场施工方便,造价低,有利于降低工程成本。

1.3 适用范围

适用于距离不小于300 m,管道内径不小于2.4 m的钢管穿越套管施工,尤其适用于需精确控制钢管平面轴线位置及高程偏差的穿管施工。

1.4 工艺原理

本方法在接收端将混凝土竖井改为放坡开挖的形式,利用开挖基坑作为钢管焊接工作坑;在牵引端利用套管做后背设置钢支架,在钢支架上挂电动葫芦作为牵引设备;在混凝土套管内设置轨道基础,利用自制行走小车滚动摩擦原理结合轨道限位,将焊接完成的钢管拖入套管内,最终完成本段洞穿管施工[3-5]。

1.5 施工工艺流程及操作要点

1.5.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

1.5.2 操作要点

1)清理套管内杂物、复测套管轴线及高程偏差。a.清理套管内杂物。套管顶进完成,泥浆置换完毕后,拆除套管内注浆管道,清理套管内杂物,要求套管内壁清洁,无杂物。b.复测套管轴线及高程偏差。套管清理完成后,复测套管轴线及高程偏差,以供轨道安装使用。

2)安装轨道、浇筑混凝土基础。在混凝土套管内用10号槽钢制作轨道,防止钢管跑偏起到限位作用。依据钢管设计高程和行走小车高度确定轨道顶面高程,并依据钢管设计轴线及行走小车宽度调整两条轨道位置,以修正套管顶进时的施工偏差,如图2所示。

3)安装牵引设备。拖拉钢管电动葫芦安装在工作井混凝土套管前的牵引支架上,以混凝土套管钢承口作为牵引钢管的作用点;钢管与电动葫芦通过钢丝绳联接。在钢管端头焊接20 mm厚钢板作为挂钩孔,钢丝绳以套环的方式与挂钩孔相连。牵引钢丝绳以套环方式通过卡环分段联接(每段钢丝绳长12 m,为电动葫芦一次有效行程长度),套环采用钢丝绳夹固定,既满足定位要求又方便钢丝绳的安装拆卸[6]。

钢丝绳联接如图3所示。

a.牵引支架。牵引支架是用来支撑并固定电动葫芦的构件;经计算,采用20a工字钢(200×100×7)制作牵引支架,可满足拖拉钢管时牵引支架的抗拉强度要求。牵引支架安装在工作竖井混凝土套管前端,如图4所示。

b.电动葫芦安装。电动葫芦是牵引的主要设备,装在工作竖井混凝土套管前端牵引支架上。

电动葫芦选用：根据牵引钢管所需总牵引力选用电动葫芦;考虑到实际拖拉过程中,行走小车将会紧靠一侧轨道行走,因此考虑采用2倍的牵引力,必要时加一个动滑轮以满足总牵引力要求。

钢丝绳选用：选用的钢丝绳必须满足容许拉力要求。为了保证钢丝绳在容许拉力下使用,在电动葫芦前端安装电子吊秤,以便随时监测拉力值,当发现拉力超限后,立即停止施工,采取增加动滑轮减少拉力后,再进行施工,如图5所示。

钢丝绳夹选用：本次钢丝绳采用钢丝绳夹连接固定。为了便于检查接头是否可靠和发现钢丝绳是否滑动,在最后一个夹头后面500 mm处再安一个夹头,并将绳头放出一个“安全弯”,如图6所示。

这样,当接头的钢丝绳发生滑动时,“安全弯”将会被拉直,便于及时发现和及时加固。

4)钢管焊接平台安装。在钢管安装长度方向开挖接收坑作为安装空间,在接收坑混凝土套管外设置钢管焊接平台。焊接平台由下至上依次为C20混凝土基础槽钢底座、工字钢、10号槽钢轨道。在穿管洞口与焊接平台间设置焊接操作坑,如图7所示。

5)安装行走小车。钢管行走依靠行走小车,在吊装钢管前安装在焊接平台上,要求行走小车中心线与钢管设计轴线重合。行走小车在第一节钢管下距离钢管头尾端2 m处各放置一个,其余钢管在每节尾端放置一个。行走小车用10 cm方钢焊接加工而成,上部下挖成弧形,用来固定钢管,在弧形槽内焊接加劲肋加固,以满足承载力要求。行走小车制作尺寸如图8所示。

6)钢管吊装、对口、焊接。钢管由吊车使用专用吊带吊装,管道下沟后,使用吊车进行管口组对,当管口错边量、间隙满足规范要求后,在钢管外侧的坡口内进行定位焊加固,底部钢管定位焊点设置在管内侧,顶部设置在管外侧。

随后进行管道焊接,管道焊接按审定的焊接工艺方案的要求严格控制焊接质量。

7)拖拉钢管。钢管洞穿前再次检查轨道是否平整;并通过自制孔规进行通行试验,以验证钢管可否顺畅通过。

拖拉钢管时,启动电动葫芦使环链缠绕带动钢丝绳牵引钢管缓慢向前行走;当达到电动葫芦有效行程后,脱开环链,然后通过拆卸钢丝绳卡环来缩短行程;随后再次启动电动葫芦,钢管继续拖拉进入套管;按上述方法往复操作,使焊接完成的钢管逐步拖拉至套管内[7-8]。

在拖拉钢管时,为了节约钢丝绳使用长度,当电动葫芦将达到额定牵引力后再安装动滑轮,然后按上述方法吊装钢管进行组对焊接及拖拉,直至钢管洞穿完成。

2 使用效果分析

本次施工成功在套管与钢管之间只有37.2 cm的狭小空间内,拖管过程中无法进人检查调整的情况下,将长276 m,外径为2.456 m,总质量约300 t的钢管穿过套管准确入位,并且做到了钢管外防腐不受损坏,确保了给水钢管正常运行和耐久性;设计方案达到预期效果。

3 结语

该洞穿管施工方法是采用新工艺在工程实体的一种实践应用,它不仅克服了在狭小空间内,无法进人检查调整的情况下,控制钢管在套管内匀速稳定牵引、入位准确、避免了以往类似工程施工中由于拉力过大轨道被卷起的风险,提高了施工成功率,可不间断连续施工;而且各项拖拉设备安装拆卸方便,无施工废渣,施工所用材料均为常规材料,来源广泛,材料可重复利用,经济环保,取得了较好的工程效果。