淺談大型管廊穿管施工方法

姬全州

（中國(guó)石油天然氣第一建設(shè)有限公司，河南洛陽(yáng)471023）

1 新穎的穿管施工方法

1.1 使用了移動(dòng)小車作為穿管工具

外購(gòu)成品移動(dòng)小車作為穿管的主要工具，該移動(dòng)小車具有自重小、承載能力大、移動(dòng)順暢、所需牽引力小等優(yōu)點(diǎn)。小車分為3 t、5 t兩種規(guī)格，每?jī)蓚€(gè)小車配對(duì)使用，可一次性進(jìn)行多根管道的穿管施工，考慮小車的自身結(jié)構(gòu)安全，使用兩個(gè)5 t小車進(jìn)行穿管施工時(shí)管道自重不應(yīng)大于7 t。

1.2 選用了小車移動(dòng)軌道

軌道選用規(guī)格為I20a的工字鋼，工字鋼之間使用連接板及螺栓進(jìn)行連接；保證了管廊穿管過程中小車移動(dòng)的安全，降低了小車移動(dòng)的摩擦力，從而保證了穿管安全。

1.3 設(shè)計(jì)并應(yīng)用了移動(dòng)軌道安裝方式

設(shè)計(jì)并應(yīng)用了移動(dòng)軌道的安裝方式，實(shí)現(xiàn)小車移動(dòng)軌道與管廊橫梁的牢固連接，連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)件可重復(fù)使用，既保證了穿管安全，又取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 適用范圍

對(duì)于大型煉油化工裝置，當(dāng)裝置中管廊上的管道布置較為密集、管道數(shù)量多、管廊長(zhǎng)度較大時(shí)，可選用此方法進(jìn)行管廊管道的穿管工作。

3 工藝原理

首先進(jìn)行移動(dòng)軌道的制作及安裝工作，軌道通過固定螺栓及支撐槽鋼與管道安裝位置上方的橫梁進(jìn)行連接，軌道之間通過連接螺栓及連接鋼板進(jìn)行連接；在管廊的端面搭設(shè)腳手架穿管平臺(tái)，從軌道的端面完成移動(dòng)小車的安裝工作，小車下部與手拉葫蘆、鋼絲繩扣等進(jìn)行連接。

將需要穿管的鋼管運(yùn)輸?shù)焦芾鹊拇┕芷脚_(tái)一側(cè)，利用吊車將需要安裝的鋼管吊至穿管平臺(tái)上方；使用移動(dòng)小車底部的索具連接待安裝鋼管的重心位置，拉緊手拉葫蘆，吊車回鉤并退出作業(yè)；利用人力將移動(dòng)小車牽拽至鋼管安裝位置的上方，操作手拉葫蘆將鋼管回放至安裝位置的管廊橫梁上，完成此鋼管的穿管工作。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 軌道鋼與管廊橫梁之間的連接

管廊橫梁通常為同一型號(hào)的H型鋼，橫梁的底表面標(biāo)高基本相同，橫梁之間的距離通常為3 m左右；軌道鋼選用規(guī)格為I20a的工字鋼，軌道鋼長(zhǎng)度方向垂直于橫梁的長(zhǎng)度方向布置，軌道鋼設(shè)置于橫梁的下部。軌道鋼的上表面與橫梁的下表面緊緊接觸，在橫梁的上方設(shè)置兩根支撐槽鋼（規(guī)格為10#），用以承擔(dān)穿管過程中軌道所受的力；在每個(gè)與橫梁接觸位置的軌道鋼上翼緣部位加工4個(gè)φ18的螺栓孔，在支撐槽鋼的兩端各加工2個(gè)φ18的螺栓孔，利用4根M16的特制長(zhǎng)螺栓將軌道鋼及支撐槽鋼連接為一體，擰緊螺栓，將管廊橫梁夾持在支撐槽鋼與軌道鋼之間，完成軌道鋼與管廊橫梁之間的連接。

4.2 各軌道鋼之間的連接

各軌道鋼之間通過連接板及連接螺栓進(jìn)行連接，在軌道鋼腹板的每端加工4個(gè)φ15的螺栓孔；每個(gè)軌道接頭位置設(shè)置兩塊連接板，連接板的每端加工4個(gè)φ15的螺栓孔，使連接板的螺栓孔與軌道鋼腹板上的螺栓孔位置相對(duì)應(yīng)；使用8條M14的螺栓通過兩塊連接板將兩根軌道鋼連接為一體。在軌道鋼接頭位置的節(jié)點(diǎn)設(shè)置時(shí)，應(yīng)盡量將連接板設(shè)置于軌道鋼腹板的上半部分，以滿足移動(dòng)小車在軌道鋼上移動(dòng)的空間要求。

4.3 軌道鋼在管廊端面的設(shè)置

軌道鋼在管廊端面（即穿管平臺(tái)的上方位置）設(shè)置時(shí)，使軌道鋼長(zhǎng)出管廊頂端橫梁的距離為3 m，以保證吊車能夠順利將鋼管吊至穿管起始位置，并完成移動(dòng)小車下方索具與待穿鋼管的連接工作。因?yàn)檐壍冷摬牧蠟镮20a的工字鋼，抗彎性能較差，為防止在穿管起始位置軌道鋼因承受較大彎矩而發(fā)生塑性變形，使用剛性斜撐完成軌道鋼頂端與左右及上方橫梁的剛性加固。

4.4 穿管平臺(tái)及行走通道的搭設(shè)

為保證穿管工作安全、順利進(jìn)行，在管廊端搭設(shè)腳手架平臺(tái)，作為穿管準(zhǔn)備工作的操作平臺(tái)；因使用該管廊穿管工法，移動(dòng)小車與軌道之間的摩擦力較小，無須設(shè)置卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行移動(dòng)小車的牽拽，避免了卷?yè)P(yáng)機(jī)跑繩反復(fù)卷進(jìn)及倒出等繁瑣的工序；實(shí)踐證明，使用8名工人的拉力即可保證載重7 t的移動(dòng)小車在軌道上順利滑行。為保證移動(dòng)小車的牽拽工作順利完成，在管廊穿管橫梁的上部靠近管廊立柱的位置搭設(shè)行走通道，供牽拽移動(dòng)小車的操作工人行走使用。

4.5 穿管計(jì)劃的排定

使用此方法進(jìn)行整層管廊穿管施工時(shí)，排定合理的穿管計(jì)劃至關(guān)重要。因?yàn)楣芾蠕摴艽嬖诎惭b層不同、材質(zhì)及規(guī)格型號(hào)區(qū)別、平面位置不同等諸多差異，使用該方法進(jìn)行管廊穿管時(shí)，鄰近位置的管道應(yīng)盡量按照從左到右（或從右到左）的順序依次進(jìn)行穿管施工，以避免管廊穿管結(jié)束后出現(xiàn)管道位置錯(cuò)誤，需重新倒換位置的情況。因此在穿管施工前，應(yīng)將該管廊層所有的待穿鋼管拉運(yùn)至穿管平臺(tái)附近，按照材質(zhì)、規(guī)格進(jìn)行分類擺放，并根據(jù)鋼管在管廊的安裝位置排定詳細(xì)的穿管順序及施工計(jì)劃，然后嚴(yán)格按照計(jì)劃進(jìn)行管廊的穿管施工。

4.6 相關(guān)計(jì)算

4.6.1 軌道受力計(jì)算

軌道選用規(guī)格為I20a的工字鋼，考慮1.6倍安全系數(shù)，材料的許用應(yīng)力為[σ]=150 MPa，材料抗彎界面系數(shù)為W=237 cm3；四川石化乙烯裝置管廊框架跨度為6 m，每個(gè)縱向跨中間位置設(shè)有一根橫梁，軌道鋼受力點(diǎn)間距實(shí)際為3 m，在穿管時(shí)兩個(gè)移動(dòng)小車共承擔(dān)7 t載荷，按照單個(gè)移動(dòng)小車載重3.5 t進(jìn)行軌道受力計(jì)算；I20a軌道自重27.9 kg/m。

軌道中間位置因承重產(chǎn)生的最大彎矩M1=3.5t/2×9800N/t×3 m/2=25 725 N·m；軌道因自重產(chǎn)生的彎矩M2=27.9 kg/m×9.8 N/kg×32 m2/8=307 N·m。軌道最大的彎曲應(yīng)力σ=（M1+M2）/W=109.8 MPa≤[σ]=150 MPa，滿足強(qiáng)度要求。

4.6.2 固定螺栓計(jì)算

固定螺栓材質(zhì)選用25#鋼，材料的屈服強(qiáng)度σs=275 MPa，考慮1.6倍安全系數(shù)，材料的許用應(yīng)力為[σ]=171 MPa。

單根螺栓承擔(dān)的最大拉力F=3.5 t×9 800 N/t/4+27.9 kg/m×3 m×9.8 N/kg/4=8 780 N；M16螺栓的截面積為S=2 cm2。螺栓受到的拉應(yīng)力σ=F/S=43.9 MPa≤[σ]=171 MPa，滿足強(qiáng)度要求。

5 對(duì)比與總結(jié)

某煉化裝置主管廊穿管使用該方法進(jìn)行施工，總用時(shí)45天，其中包含拆裝軌道小車時(shí)間；而根據(jù)以往的穿管施工經(jīng)驗(yàn)，采用傳統(tǒng)的托輥進(jìn)行穿管施工，相同的工作量，3個(gè)主管廊穿管施工用時(shí)80～90天。

采用上述兩種方法穿管施工，均須每天采用吊車配合，按每天使用一臺(tái)25 t汽車吊進(jìn)行考慮，采用軌道小車穿管施工，可節(jié)省35～45個(gè)吊車臺(tái)班，25 t汽車吊按照1 800元/臺(tái)班計(jì)，吊車臺(tái)班費(fèi)用至少節(jié)省63 000元。

采用移動(dòng)小車進(jìn)行穿管施工，需要起重工5人（地面配合吊車2人，穿管端指揮吊車1人，懸掛小車索具2人），力工4人（拉動(dòng)小車），起重總?cè)斯?25個(gè)，力工總?cè)斯?80個(gè)；若采用傳統(tǒng)托輥進(jìn)行穿管進(jìn)行施工，需要起重工8人（指揮卷?yè)P(yáng)機(jī)2人，地面配合吊車2人，鋼管穿進(jìn)托輥處2人，觀察導(dǎo)向、整理卷?yè)P(yáng)機(jī)跑繩2人），卷?yè)P(yáng)機(jī)操作手2名，起重總?cè)斯?40～720個(gè)，卷?yè)P(yáng)機(jī)操作手總?cè)斯?60～180個(gè)。使用移動(dòng)小車進(jìn)行穿管施工用工數(shù)至少節(jié)省395個(gè)工日，按照200元/工日計(jì)算，人工費(fèi)用至少節(jié)省79 000元。

由此可見，采用軌道小車進(jìn)行穿管，可有效節(jié)省穿管施工時(shí)間，提高配合吊車的使用率，節(jié)約臺(tái)班，并避免日后補(bǔ)漆等重復(fù)施工，從而有效節(jié)約了施工成本。