大管徑鋼管漂管法穿越高速公路施工技術

何 玉

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

大管徑鋼管漂管法穿越高速公路施工技術

何 玉

（遼寧省水利廳，遼寧沈陽110003）

長距離輸水管道穿越高速公路時套管內安裝鋼管的施工技術雖已日漸成熟，但大管徑、長距離漂管法在應用中并不多見。本文通過具體實例簡單論述，為類似工程提供借鑒經驗。

牽引法；漂管法；支座；平臺

引言

遼寧省某重點輸水工程穿越G 2511沈彰高速公路（k46＋523），根據工程設計穿越采用頂管施工工藝。頂管工程為三排平行管道（D N 4000），管道凈間距為10.24m，每段頂管長度為147m，管道最大覆土深度為14.88m。鋼筋混凝土套管內徑為4.0m，外徑為4.76m。套管內布設鋼管，鋼管內徑3.4m，外徑3.42m，每節長度6m，單排鋼管總長150m，三排合計450m。鋼管采用漂管法施工，漂管施工完成后在鋼管與套管之間灌注水泥漿。

1 方案的選擇

鋼管施工方案在初選時擬定以下兩種方案∶一為純牽引法，二為漂管法［1］。經過研究討論從優缺點上對兩種方案進行對比分析。

純牽引法∶優點為鋼管在套管內穩定牽引入位準確、防腐層不易損壞、施工速度快；缺點為施工空間大、需在底板混凝土上鋪設牽引軌道、需制作多臺牽引拖車、造價高不經濟。

漂管法∶優點為施工空間小、無需制作牽引拖車及牽引軌道、造價低；缺點為多次充水排水鋼管在套管內不穩定且入位不精確、防腐層需采取措施妥善保護、施工速度慢。

由于工期不是制約因素，且在套管頂管時工作井的空間尺寸已經確定，另外三條線的工作井和接收井可以同時施工，可以充分利用頂管時的降水井進行抽水，所以從經濟方面考慮的多一些，最后研究論證后決定采用漂管法［2］。

2 前期設計

2.1底板混凝土設計

根據套管與鋼管的內徑及兩管之間預留填充水泥漿的空間［3］，設計在套管內鋼管底部澆筑一層底板混凝土，最大厚度為0.27m，為C 30混凝土；底板上鋪設0.2m閉孔泡沫板，底板混凝土與閉孔泡沫板厚度之和為0.29m，見圖1。

圖1 鋼管底板施工斷面圖

2.2支座設計

底板混凝土施工時，混凝土套管內第一節定位管在底板上預埋兩個鋼制U型支座［4］，間距為3m，U型支座采用槽鋼、鋼板加工制作，U型支座表面鋪設20m m閉孔泡沫板，采用防水膠粘貼牢固。U型支座長度為1.93m m，高度為0.35m，寬度為0.2m，埋入底板混凝土內0.05m，U型支座兩側與套管接觸部位采用膨脹螺栓加固。除定位管以外部位支座間距6m，且為混凝土弧形支座，弧形支座混凝土高0.2m，寬0.2m，全斷面澆筑與底板混凝土同時進行施工，支座縱、橫斷面圖如圖2、圖3、圖4。

圖2 支座縱斷面布置圖

圖3 鋼制支座橫斷面圖

圖4 混凝土支座橫斷面圖

2.3作業平臺設計

工作井內布設作業平臺，工作井尺寸長×寬為9m×7m，漂管使用的鋼管單節長6m，在管底搭設一級作業平臺，一級作業平臺長×寬×高為9m× 4.42m×0.98m，一級平臺主要材料采用槽鋼、角鋼、工字鋼、鐵板、木跳板等，一級平臺上設置兩道U型支座，U型支座表面鋪設20m m閉孔泡沫板，閉孔泡沫板采用防水膠粘結于U型支座上，U型支座、閉孔泡沫板累計高度為0.45m，焊口處預留1m寬作業空間。二級平臺與管中心齊平，搭設材料與一級平臺相同，頂面鋪設木跳板。施工作業平臺布置見圖5、圖6。

圖5 鋼管漂管施工平臺縱斷面圖

3 漂管施工

3.1漂管原理

鋼管漂管法是利用浮力原理進行施工，物體密度小于液體密度時物體漂浮于液體中［5］。本工程漂管采用注水法，水的密度為ρ＝1×103kg/m3，鋼管直徑為3.4m，鋼管每米重量為2t，經計算密度為ρ＝0.22×103kg/m3，鋼管密度小于水密度，鋼管漂浮于水中。

圖6 鋼管漂管施工平臺橫斷面圖

鋼管漂浮水中時浮力等于重力，根據公式F＝ρg v＝m g，經計算排開水的體積為2.0m3，根據排開水的體積得出鋼管侵入水中的高度為0.93m。

3.2漂管施工

施工作業平臺、線路、設備準備就緒后，開始進行鋼管吊裝。單節鋼管長6m，每米單重2t，單節管重12t，采用50t汽車吊進行吊裝。50t汽車吊將鋼管吊裝于工作平臺上，將第一節光面鋼管就位，鋼管就位后用5m m鋼板將第一節鋼管（大樁號側）腰線以下部位焊接封堵，并定好中心點，做好標記。焊接鋼板的同時在鋼管腰線兩側及頂部焊道范圍內焊接角鋼，防止漂管過程中與混凝土套管刮碰。防護角鋼布置及大樣圖見圖7、圖8。

圖7 防護角鋼布置圖

圖8 防護角鋼大樣圖

第一節鋼管（小樁號側）利用制作活動專用封頭封堵，在鋼管內表面焊道部位焊接楔鐵，楔鐵沿周長方向間距300m m布置一個，采用螺栓與封頭連接，后續每節管循環使用封頭。將工作井內使用的焊把線等材料及設備吊裝至工作井外，向工作井內注水。利用6寸水泵同時向工作井、接收井內注水，經計算注水高度為2.06m（工作井底板至水面）處于臨界狀態，繼續注水至2.11m，鋼管管底與混凝土底板間距為5c m，鋼管侵入水中0.93m。注水結束后采用接收井頂部設置的5t卷揚機通過滑輪組（兩個滑輪組成）及鋼絲繩牽引，人工輔助鋼管就位，5t卷揚機布置于接收井外側，滑輪組的第一個滑輪固定于管道軸心與接收井交叉點，沿第一個固定滑輪的垂線向上第二個滑輪固定于接收井頂面；封堵鋼管盲板中心焊接拉環，鋼絲繩與拉環連接。采用6寸水泵進行排水工作，排水過程中由于水面逐漸下降，鋼管落于底板上U型支座內。繼續排水，直至水排干凈為止。拆下封頭鋼管表面水干后采用角磨將楔鐵割除并進行打磨，進行下一節管施工。

鋼管對口結束后焊工進行鋼管焊接，焊接材料選用J 507焊條。焊接完成后鑿除焊渣，涂刷耦合劑進行100%超聲波探傷，5%的射線探傷，合格后進行下一步施工。焊縫部位采用角磨去除表面氧化層，打磨達到St 3級后進行防腐施工，本工程防腐涂料主要包含特加強級環氧煤瀝青、無溶劑無毒環氧樹脂涂料。特加強級環氧煤瀝青施工時底漆1道面漆6道，涂層間纏繞2層玻璃布，總厚度不小于600μ m，無溶劑無毒環氧樹脂涂裝厚度不小于500μ m。防腐期間同時進行陰極保護鋅帶焊接施工，焊點處進行打磨并進行防腐施工。防腐層施工完成后進行鋼管封堵，待防腐漆實干后進行注水，漂管、排水等工序施工。

3.3漂管施工強度分析

為保證漂管的施工質量及合理配備人員、設備等資源，對單節管的施工強度進行分析，以確定三條線合計450m的漂管總歷時，見表1。

根據分析，每節管施工完成需要105h，三條線同時安排施工。105h完成3節管施工，平均35h完成1節管施工。

3.4漂管部位泥漿回填

泥漿施工前在混凝土套管頂部、水平軸線兩側管體部位各預埋1條注漿管，注漿管為4寸鍍鋅鋼管，在鍍鋅鋼管上間隔100m m梅花形布置20m m的圓孔，采用膨脹螺栓、8號鐵線等材料固定于混凝土套管壁上，工作井及接收井內各預留不少于500m m鋼管，為后續注漿管連接作業長度。注漿管布置見圖9。

表1 單節管施工強度分析

圖9 注漿管布置圖

4 注漿施工

泥漿由布置于施工現場的泥漿攪拌機拌制，泥漿攪拌機布置于工作井頂部，50t汽車吊通過吊罐將泥漿運輸至工作井底部的泥漿輸送泵，泥漿輸送泵通過預埋的注漿管將泥漿泵送入倉。注漿順序為先由軸線方向的兩個注漿管交替注漿，注漿高度差不超過50c m。軸線以下注漿結束后，由頂部注漿管均勻分層注漿，每層注漿高度為50c m。泥漿從注漿孔向外溢出時注漿結束。

5 關鍵控制措施

（1）軸線直線度及防腐層控制措施

首節鋼管就位后用5m m鋼板將第一節鋼管（大樁號側）腰線以下部位焊接封堵，并定好中心點，做好標記。鉚工采用千斤頂等設備進行對口，在管頭處用角鋼做內支撐找出中心，與首節管5m m封堵鋼板穿線量取中心距鋼管的距離，調整鋼管軸線直線度，后續鋼管對口施工以此類推。焊接鋼板的同時在鋼管腰線兩側及頂部焊道范圍內焊接角鋼，防止漂管過程中與混凝土套管刮碰。

（2）鋼管圓度的控制措施

鋼管內部采用米字鋼支撐，在6m長的鋼管兩個端部各設置一道，鋼支撐端部采用絲扣設置，可以進行調節，內部米字鋼支撐待灌漿結束強度達到設計要求后拆除。套管頂部、水平軸線兩側布設注漿管，注漿順序為先由軸線方向的兩個注漿管交替注漿，注漿高度差不超過50c m。軸線以下注漿結束后，由頂部注漿管均勻分層注漿，每層注漿高度為50c m。

（3）施工用電及濕度控制措施

工作井頂部設置一臺軸流風機通過風袋供風降低工作面環境濕度，在焊口四周設置碘鎢燈提高焊縫部位溫度，減少防腐施工時間。陰雨天施工時在工作井頂部搭設簡易防雨棚，保證焊縫部位干燥。工作井內設置二級平臺，焊機、焊把等與電源接觸設備放置于平臺上，注水時將其吊至工作井上部。

6 結語

長距離輸水管道穿越高速公路時套管內安裝鋼管的施工技術雖已日漸成熟，但大管徑、長距離漂管法在具體工程中的應用并不多，本文利用套管頂管時的降水井來進行漂管水源補給，利用三條線的工作井、接收井進行漂管水的反復利用，不但節省了資金而且提高了效率；利用工作井的有限空間及滑輪組的設計，利用支座、平臺的設置，既利用了有限資源又保證了施工進度；利用防護鋼板、U型支座及橡膠圈的設計，不但保證了焊接質量而且對防腐層進行了合理的保護。實踐證明該漂管技術已取得預期的效果，為以后長距離輸水管道穿越工程中套管內安裝鋼管施工提供寶貴經驗。

［1］徐鋒，高靖淞，于昆.省國道套管內鋼管穿越施工方案［J］.水利建設與管理，2012（s 1）.

［2］魏廣起，張吉坤，宗照峰.應用漂管沉降施工工藝穿越河流［J］.石油工程建設，2001（03）.

［3］李琨，劉永林，王家慶，馬英豪.頂管施工中抱管成因及對策［J］.水利規劃與設計，2014（05）.

［4］張育林，周林.大型鋼岔管現場制造安裝施工技術［J］.水利技術監督，2013（06）.

［5］唐興華，王穎.油氣管道的河流穿越技術進展［J］.煤化工，2009（03）.

T V 52

：B

：1672-2469（2016）05-0089-04

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.033

2015-05-11

何 玉（1974年—），男，高級工程師。