大直徑PCCP空間彎頭整體安裝技術應用研究

劉朝輝

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧 沈陽 )

1 基本情況

隨著我國長距離輸水工程建設，預應力鋼筒混凝土管主要包括混凝土、鋼筒、鋼絲等，在長距離輸水、供水和排污等工程中應用廣泛。在遼西北全面啟動重點輸水工程建設以來，工程管線段涉及的大直徑PCCP管是本工程的核心問題，其中彎頭由于其重量大，安裝難度高，是大直徑PCCP管道安裝技術中的重點和難點。

目前各種施工方法中，主要以PCCP標準管道安裝技術為主，較少涉及大直徑PCCP管道安裝。大直徑PCCP空間彎頭施工中主要存在以下問題：由于水平與豎向轉角的重疊引起空間彎頭安裝難度較大，尤其是管件兩端插口方位角及高程，極易出現安裝不到位等工程質量問題；管件吊裝過程中的平衡問題，由于空間彎頭的不規則形狀導致彎頭質心并不在彎頭上，傳統吊裝很難達到管件平衡，難以實現管件及彎頭的精確對接；空間彎頭多應用于地質環境較為復雜，或者地下存在建構筑物的情況，因此，吊裝難度較大，對吊裝設備管理及具體吊裝方法、手段要求很高；空間彎頭安裝過程中，管件下部需要建設混凝土支撐建筑物，因此，需要架空空間彎頭以便提供作業空間，空間彎頭架空難度大，極易出現安裝位置和方向變化；對于小尺寸空間彎頭配件，可以實現在管廠一次整體成型，并運送到施工場地，但目前對于尺寸大于7m的空間彎頭，需要在現場焊接拼裝，往往導致彎頭焊接質量差，輸水過程中導致滲漏等質量問題，同時，影響施工建設工期。

基于上述對空間彎頭安裝問題分析，提出了一種大直徑PCCP空間彎頭整體安裝技術，并成功應用于具體的工程實踐中，具有快速、準確對接，整體安裝等優點，相關成果可以為類似工程提供有益參考。

2 施工工藝

2.1 管道運輸

空間彎頭處溝槽開挖寬度大，管道安裝時采用400t履帶吊吊裝，以滿足第三排管道整體吊裝施工要求。管件整體制作前，首先利用超長平板專用運輸車對管件運輸道路進行沿線實際考察，結合管件總體運輸高度及寬度要求進行運輸路徑規劃；管件整體運輸時，采用枕木對管件進行分段支撐(分頭部、中部及尾部)，支撐穩定后采用鋼絲繩配合吊鏈進行捆綁加固，確保管件整體運輸的安全、穩固。管道運輸采用15m平板拖車直接運輸至現場，管道運輸時，考慮到管件較大，開草線路面寬度只有9.0m，為確保運輸安全，空間彎頭管件運輸時，前后各安排一輛皮卡車進行巡道。

2.2 溝槽開挖

建安二標C41+458.039處工程中采用分段分層開挖土方，根據工程場地施工地質勘查資料，采用3層開挖方式，分層厚度≤4.0m。利用“時空效應”，控制開挖速度，滿足主體管道安裝即可。開挖土方利用自卸汽車運土至臨時堆土區或回填區段，并采用大型推土機配合進行土料堆放。根據地質條件，該樁號段石方主要呈全風化狀，采用挖掘機開挖即可，局部配合液壓破碎，如果地質有變化，開挖時出露強風化巖等堅硬巖石，則采用石方爆破后挖掘機挖裝，并棄入監理工程師指定渣場。

表1 空間彎頭各線承插口管端高程計算表 單位：m

對控制樁位置及高程復核無誤后，劃定開挖邊界線并放線，施工過程中控制樁間隔50m。嚴格按照施工設計開挖邊坡，避免欠挖、超挖等現象出現。將施工工程中基礎底部預留的20cm保護層修整到設計標高，按照槽底允許高程誤差為±20mm標準，待驗槽合格后進行下一道工序。管道基槽形成后確定澆筑邊線，然后采用10方木筑模，墊層澆筑按10m/塊，分塊澆筑。混凝土直接注入管道基槽，澆筑厚度為10，振搗密實并木抹刀抹面。在土方運輸中，注意施工道路的穩定性。道路由專人負責管理，定期對道路進行檢查維修，保證道路的暢通。

2.3 承插口段高程計算

根據現場實測數據，承插口管口中心高程計算結構詳見表1。

2.4 空間彎頭吊裝

管件在管廠按照設計轉角和尺寸加工制作成整體構件，核對構件的數量、尺寸、方向，采用超長平板運管車運輸至現場。由于彎頭水平與豎向轉角重疊引起的空間轉角，導致空間與水平彎頭的幾何尺寸存在較大差異，因此，要實現空間與水平彎頭的準確對接減少或避免彎頭安裝誤差，應嚴格按照標準管節安裝的方位角和縱坡。空間彎頭安裝吊具主要包括1個定長吊具和3個可調節吊具。吊具主要組成材料有：鋼絲繩7條(1條21m長，2條16m長，2條1.5m長，1條14m長，1條6m)，2個5t吊鏈，2個5t卸扣，2個10t吊鏈。插口端吊裝為21m主承重鋼絲繩，管件承口端為14m、6m鋼絲繩配合2個10t吊鏈吊裝，可通過2個10t吊鏈調整承口端位置，見圖1中的1#、2#鋼絲繩，吊點位置為距管道1m處。采用兩條2條16m鋼絲繩分別配置一個5t吊鏈組合成可調節吊點。如圖1所示：3#和4#鋼絲繩為16m鋼絲繩環抱捆綁管件，捆綁節點位于管道腰線，捆綁節點采用5t卸扣連接。兩條鋼絲繩分別位于管件左、右兩側，剩余一端與吊鉤上部1.5m長鋼絲繩吊鏈連接。經計算與廠內吊裝試驗確定的布設具體吊裝位置詳如圖1所示，綁扎方案如圖2所示。

圖1 管件吊裝捆綁示意圖

圖2 空間彎頭吊裝前綁扎

空間彎頭吊裝具體實施步驟如下：利用履帶吊將捆綁好管件吊起，為保證各條吊帶均勻受力，管件脫離地面之前，調整2#、3#、4#吊帶吊鏈；然后，依次調整吊鏈1、2，保證管端徑向線繩處于水平位置，符合管件設計安裝的方向和水平轉角。管道與空間彎頭對接方式主要包括10t吊鏈內拉對接如圖3所示，以及起重吊車上下輕微擺動，如圖4、圖5所示。在標準管管縫處和空間彎頭安裝方向管端設置受力橫梁，使管件對接至內縫80左右。對于安裝過程中軸線控制，主要方式為在管端放置一根長2.5m的角鐵，角鐵上部放置一80長水平尺，在角鐵水平中心處掛線錘，通過2#、3#吊鏈調整吊帶長度，旋轉管件達到微調目的，調節管道中心與控制樁吻合。分別按照管件與上一節管道內縫管件小于25以及內底高程處于設計高程±3范圍內等設計要求，確保管件連接及內地高程符合設計規范要求。

圖3 管件安裝內拉示意圖

圖4 空間彎頭吊裝

圖5 空間彎頭微調

2.5 管道軸線復核

管道安裝施工過程中，分別測量2.5m角鐵(角鐵始終保持水平狀態)兩端至中線控制點2的距離，保證管道方位角與設計吻合。通過內拉設備左右微調和2#、3#吊帶吊鏈旋轉微調，調節至邊長1=邊長2時，使管端橫截面與管道軸線垂直，即管件安裝方向的方位角和管件軸線與設計中心線吻合。如圖6所示，利用手提式打壓泵打壓接頭，根據試壓嘴壓力有無壓力變化，對接縫壓力進行驗證。

圖6 管件安裝軸線復核方法示意圖

2.6 空間彎頭支撐與固定

由于水平轉角和豎向轉角之間的疊加導致管件不穩定，因此，需要對空間彎頭進行支撐與固定，空間彎頭管件支撐位置主要在管件承口端和插口端，支撐數目設置不少于兩處，支撐裝置采用直徑75cm鋼管桁架，同時，為增加支撐的有效作用面積，分別在鋼支撐立桿下部及管道接觸部位分別尺寸為30×30×2及20×20×2的鋼板，防止應力集中破壞管道。管件加固用型鋼桁架根據安裝高程與基礎面間距離提前制作完成，制作尺寸應略小于管外壁與基礎面高差，管件現場安裝就位后采用墊塊及楔鐵進行位置調整與加固，然后進行焊接固定。管件加固方式、鋼桁架支座樣式詳見圖7、圖8，支撐方式見圖9。

圖7 空間彎頭管件固定示意圖

圖8 鋼桁架支座細部圖

圖9 鋼桁架支撐圖片

2.7 混凝土澆筑

本樁號水平鎮墩混凝土澆筑將鋼桁架與固定穩定的彎頭一并澆筑，使其成為一個整體，在日后通水時，混凝土鎮墩固定彎頭，降低或避免水錘對管件影響。按照施工組織設計中，施工圖紙進行放線，鋼筋尺寸、位置等安裝參數應嚴格按照施工圖紙的設置。在施工過程中應保證鋼筋表面潔凈無損，銹跡等污染應清除，顆粒狀或片狀老銹的鋼筋嚴禁使用。

建安二標C41+458.039處工程中模板主要為竹膠模板，并輔助使用小型標準鋼模板，根據模板表面光滑、接縫嚴密，不漏漿原則對安裝模板進行工程驗收。對于模板內側澆筑面，澆筑前需要清理雜物，用高壓風水槍沖洗干凈，并涂刷脫模隔離劑。混凝土制備嚴格遵守混凝土配合比，由拌和站集中拌制，采用8m3混凝土罐車運輸。混凝土鋪料厚度每層30～40cm，保持混凝土面均勻上升。分別采用插入式振搗器以及平板振搗器對倉號內及表面混凝土進行振搗。混凝土澆筑完成后需要進行人工養護，澆筑完成12～18h后，采用灑水養護，養護時間持續一到兩周，并按照混凝土相關施工規范對混凝土拆模。對于水平施工縫處理：先人工拉毛后用水沖毛，鑿毛時混凝土強度應達到2.5MPa。

3 效益分析

本成果在遼寧重點輸水工程三段建安二標C41+458.039處進行了成功的試點應用，本段管線安裝多處于溝谷及坡地地貌，原地面地勢起伏較大，且地勢狹窄，管線穿河、穿路段埋深均較大。通過采用空間彎頭改變管道方向，能夠有效克服復雜地質條件的不利地形，保護周圍地上及地下建構筑物。本工程空間彎頭一共有58處，工程工期、現場施工協調和安全生產管理工作均存在壓力巨大。

采用文中提出的空間彎頭整體安裝技術，施工質量得到有效保證，施工組織管理設計更加合理有效，施工進度管理水平不斷提升，增強空間彎頭安裝工程質量。空間彎頭整體安裝技術應用節約大量的人力物力成本，經濟效益核算表明，本工程整體吊裝技術比傳統安裝技術節約成本約1186萬元。每處空間彎頭施工工期比傳統施工技術節省25天。

4 結語

空間彎頭整體安裝技術的運用可以有效的提高工作效率和施工效果，通過對空間整體安裝技術優化與現場實踐，能夠有效減少管理支出降低管理成本。研究成果的推廣與應用必將為PCCP管道安裝工程提供有力支撐。

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