三管同槽大直徑PCCP管安裝技術(shù)

趙 士 輝， 郎 月

(中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110179)

1 概 述

遼寧引水工程管道建安二標(biāo)主要施工項(xiàng)目為DN3400 PCCP管或鋼管安裝工程，PCCP管安裝長(zhǎng)度78.791 km、鋼管安裝長(zhǎng)度3.159 km。管道樁號(hào)長(zhǎng)度27.323 km，其中三管同槽施工段長(zhǎng)14.408 km，分槽施工段長(zhǎng)12.915 km。

2 PCCP管施工工藝

2.1 測(cè)量放樣

開(kāi)挖前，采用GPS完成本工程原地形地貌的測(cè)量工作；根據(jù)交樁點(diǎn)及加密控制點(diǎn)，利用全站儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行施工控制。

2.2 場(chǎng)地清理與平整

在業(yè)主征用的施工用地紅線范圍內(nèi)，以推土機(jī)為主、裝載機(jī)配合、人工為輔的方法清除草皮、樹(shù)根、建筑垃圾等雜物，復(fù)耕土清理500 mm厚，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況盡可能多的預(yù)留復(fù)耕土以便于后續(xù)土地復(fù)墾工作，復(fù)耕土堆存于征地邊線部位。

2.3 降排水

本工程地質(zhì)條件包含粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)粘土夾砂、全風(fēng)化巖，主要含水層為粉細(xì)砂層，粉質(zhì)粘土、粉土為微透水層，粉質(zhì)粘土夾砂微～弱透水性，全風(fēng)化巖微透水性，粉細(xì)砂呈中等透水性。溝槽開(kāi)挖前進(jìn)行降排水試驗(yàn)。

2.3.1 明排法

明排法是在基坑兩側(cè)挖排水溝和集水坑，單側(cè)集水坑每隔50 m設(shè)一處，每個(gè)集水坑內(nèi)設(shè)1臺(tái)100 GWP(B)100-15-7.5型潛污泵(Q=100 m3/h，H=15 m，功率7.5 kW)抽排水，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，明排法適用于地下水埋深較深部位。

2.3.2 井點(diǎn)降水法

根據(jù)地質(zhì)資料選擇具有代表性地段進(jìn)行井點(diǎn)降水試驗(yàn)，本項(xiàng)目試驗(yàn)段降水井參數(shù)計(jì)算公式如下：

式中Q為基坑日涌水量；q為最大允許出水量；n降水井?dāng)?shù)量；k=8 m/d為滲透系數(shù)；L=100 m為基坑長(zhǎng)度；H=11 m為含水層水頭高度；h=3 m為抽水前與抽水時(shí)含水層厚度平均值；R=15 m為抽水影響半徑；D=0.3 m為過(guò)濾器直徑；l=10 m為過(guò)濾器長(zhǎng)度。

經(jīng)計(jì)算幾及試驗(yàn)總結(jié)出降水井參數(shù)，主要參數(shù)為：內(nèi)徑0.3 m，井間距10 m，井深15～18 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況調(diào)整相關(guān)參數(shù)，穿越大型河流段單獨(dú)布置降水井。明排配合井點(diǎn)降水降低地下水位減少降水歷時(shí)，加快施工進(jìn)度。

2.4 溝槽開(kāi)挖

溝槽開(kāi)挖前編制土石方平衡方案，多余開(kāi)挖料運(yùn)至棄渣場(chǎng)。土石方分4層開(kāi)挖，第一層腐殖土開(kāi)挖，開(kāi)挖深度0.5 m左右，推土機(jī)推運(yùn)至堆土區(qū)征地邊線堆存；第二層主溝槽開(kāi)挖，開(kāi)挖高度3.0 m～3.5 m，1.6 m3～2.0 m3反鏟挖掘機(jī)開(kāi)挖，推土機(jī)配合挖掘機(jī)將開(kāi)挖料倒運(yùn)至堆土區(qū)；第三層開(kāi)挖至建基面以上0.2 m，1.2 m3～1.6 m3反鏟挖掘機(jī)將開(kāi)挖料倒運(yùn)至溝槽頂部，多余開(kāi)挖料用挖掘機(jī)裝上自卸汽車運(yùn)至棄渣場(chǎng)；第四層人工開(kāi)挖或采用小型挖掘機(jī)開(kāi)挖(PC60)，將開(kāi)挖料運(yùn)至槽邊，上一層開(kāi)挖設(shè)備倒運(yùn)至溝槽頂部。接縫處開(kāi)挖工作坑，工作坑與管道外徑等寬，長(zhǎng)х高為1 000 mm×350 mm，方便后續(xù)管道安裝及接縫施工。三管同槽開(kāi)挖斷面示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 三管同槽開(kāi)挖斷面示意圖

穿越大型河流長(zhǎng)1.3 km，河道內(nèi)常年流水，開(kāi)挖寬度大、埋深深，采取分期導(dǎo)流方法施工。施工前對(duì)施工方案進(jìn)行對(duì)比分析引用挖泥船施工技術(shù)，挖泥船施工技術(shù)節(jié)省成本，加快施工進(jìn)度。根據(jù)水文氣象條件、地質(zhì)條件、工程特征、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等對(duì)挖泥船設(shè)備進(jìn)行選型，絞吸式、耙吸式、斗輪式、反鏟式挖泥船進(jìn)行分析，選用YSCSD-250型絞吸式挖泥船。挖泥船長(zhǎng)18 m，開(kāi)挖深度7～10 m，最佳工作效率為45°角，有效工作深度5～7 m，開(kāi)挖效率1 400 m3/h，池水工作深度為1.8 m。溝槽底部開(kāi)挖寬度17.4 m，深度14.75 m，開(kāi)挖坡比1∶1.5～1∶1.75，分四層開(kāi)挖。第一層反鏟挖掘機(jī)、推土機(jī)開(kāi)挖(挖泥船施工提供作業(yè)空間)，開(kāi)挖深度2 m～2.5 m；第二層挖泥船開(kāi)挖，開(kāi)挖深度7～10 m；第三層開(kāi)挖采用挖泥船開(kāi)挖，開(kāi)挖至建基面以上0.2～0.3 m；第四層人工開(kāi)挖或采用小型挖掘機(jī)開(kāi)挖至建基面及溝槽整形。挖泥船開(kāi)挖示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 挖泥船開(kāi)挖示意圖

2.5 基礎(chǔ)處理

溝槽開(kāi)挖完成后，基礎(chǔ)進(jìn)行地基承載力試驗(yàn)，地基承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)不做處理，但對(duì)于粉質(zhì)黏土段地基擾動(dòng)易液化部位，建議換填級(jí)配碎石(30 cm)和中粗砂(15 cm)的快速通過(guò)方式能夠加快施工進(jìn)度同時(shí)保證施工質(zhì)量，增加了成本投入，降低了施工安全及質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)并加快了施工進(jìn)度，綜合考慮利大于弊。地基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，采取換填中粗砂、換填級(jí)配碎石加中粗砂、換填級(jí)配碎石加土工格柵加中粗砂等方式進(jìn)行基礎(chǔ)處理，具體情況具體分析。

2.6 管道安裝

施工工序：PCCP管接收→PCCP管運(yùn)輸、布管→管材就位→橡膠密封圈安裝→管道承插口潤(rùn)滑→管道安裝→接縫打壓→管道外接縫處理→管道內(nèi)接縫處理。

2.6.1 管材接收

一般由管材供應(yīng)方、安裝承包方、監(jiān)理方在場(chǎng)內(nèi)驗(yàn)收。

2.6.2 運(yùn)輸、布管

厚壁PCCP管重61 t，70 t平板運(yùn)輸車運(yùn)輸。施工現(xiàn)場(chǎng)布管區(qū)縱向修筑梯形布管平臺(tái)，冬季現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)時(shí)平臺(tái)表面鋪設(shè)秸稈。400 t履帶吊布管與安裝，各別地段采用160 t履帶吊布管。

2.6.3 管材就位

管材采用雙點(diǎn)兜身法吊運(yùn)，輕裝、輕放的原則，吊具采用專用吊帶或鋼絲繩外纏油麻。起吊前檢查管道內(nèi)殘?jiān)⑵骶呒半s物等，并及時(shí)清理。

400 t履帶吊將吊起的管材運(yùn)送到已裝好的管道處，移動(dòng)管材時(shí)緩慢操作，距已裝管的承口或插口100～200 mm時(shí)，用木方將兩管口隔開(kāi)，防止承插口碰撞導(dǎo)致管材損傷。

2.6.4 橡膠密封圈安裝

清理管道承插口環(huán)向接觸面，承插口環(huán)向接觸面涂刷豆油，安裝橡膠密封圈，采用鋼棒插入橡膠密封圈下繞插口環(huán)向轉(zhuǎn)一圈，使其均勻箍在插口凹槽內(nèi)，橡膠密封圈無(wú)扭曲、翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，橡膠密封圈外表面涂刷一層豆油。

2.6.5 管道安裝

由平臺(tái)骨架、支撐框架和承重框架三部分組成快速定位裝置確定基準(zhǔn)管、管道中心線、標(biāo)高位置，快速定位裝置由角鋼、鋼管和鋼板等材料焊接成型。

管材由400 t履帶吊吊入溝槽，人工擺正并就位，試壓孔口置于管頂、管底位置，“手拉葫蘆內(nèi)拉法”安裝，專門制作的拉緊裝置，收緊鋼索時(shí)管材承口(插口)端沿插口(承口)向內(nèi)移動(dòng)，相鄰兩節(jié)管承插口內(nèi)接縫的安裝間隙控制在5～25 mm范圍內(nèi)。在已安裝完的管道內(nèi)接縫下部架設(shè)受力橫梁，安裝管節(jié)管道外端口架設(shè)橫梁，特制鋼索和手拉葫蘆連接內(nèi)外兩道梁，通過(guò)手拉葫蘆拉緊鋼索，400 t履帶吊緩慢上下收縮鋼絲繩、左右旋轉(zhuǎn)進(jìn)行微調(diào)。

2.6.6 接縫打壓

管道接縫打壓試驗(yàn)分三次進(jìn)行，管道安裝完成后進(jìn)行第一次打壓，后續(xù)管道安裝兩節(jié)后對(duì)此接縫進(jìn)行第二次打壓試驗(yàn)，管道頂部回填土厚度不少于500 mm后對(duì)此接縫進(jìn)行第三次打壓試驗(yàn)。

單口水壓試驗(yàn)采用手提式打壓泵(打壓表提前檢測(cè))，管底試壓孔連接打壓泵，管頂試壓孔排氣，管頂試壓孔連續(xù)出水后排氣結(jié)束，管頂試驗(yàn)孔安裝打壓表，開(kāi)始升壓，壓力升至管道工作壓力+0.3 MPa，恒壓2 min，無(wú)壓力降合格。

試壓合格后，取下打壓泵、壓力表，纏繞生料帶的M8螺栓擰緊密封試壓孔；接縫底部90°角范圍內(nèi)塞海綿填充并在接縫表面鋪設(shè)棉被，防止污染接縫。

2.6.7 管道接縫處理

(1)外接縫

第二次接縫打壓試驗(yàn)合格后，管道外接縫灌流態(tài)砂漿。高壓風(fēng)槍清掃管道外接縫內(nèi)灰塵及雜物并灑水清洗，接縫內(nèi)無(wú)雜物及灰塵；制作成S型導(dǎo)通電纜通過(guò)銅焊法將導(dǎo)通片連接，每道接縫焊接2個(gè)導(dǎo)通電纜；自制專用包帶包住管道接縫，鋼制打包器加固牢固，接縫頂部預(yù)留1 m長(zhǎng)進(jìn)行接縫灌漿施工；砂漿攪拌機(jī)現(xiàn)場(chǎng)拌制灌縫砂漿，砂漿通過(guò)砂漿泵灌進(jìn)接縫內(nèi)，人工在包袋外側(cè)用皮錘敲擊振實(shí)；打開(kāi)緊漲器、拆除包帶，并清理現(xiàn)場(chǎng)；人工灑水養(yǎng)護(hù)。

(2)內(nèi)接縫

第三次打壓試驗(yàn)合格后，管道內(nèi)接縫灌塑性非流態(tài)砂漿。高壓風(fēng)槍清掃內(nèi)接縫雜物、灰塵，個(gè)別有油污等異物部位采用洗滌劑、麻布清理；現(xiàn)場(chǎng)拌制塑性非流態(tài)砂漿；打壓孔封堵與內(nèi)縫砂漿同時(shí)施工，專用抹子將砂漿塞進(jìn)接縫內(nèi)，壓實(shí)、抹平；人工灑水養(yǎng)護(hù)；人工清理施工工作面的垃圾，并將垃圾運(yùn)至指定地點(diǎn)。

(3)接縫滲漏處理

個(gè)別接縫因地基不均勻沉降等原因?qū)е陆涌p滲漏，采用“聚硫密封膠+快干水泥+聚脲涂層”方法進(jìn)行處理能夠解決滲漏問(wèn)題。

用麻布、抹子、電鎬等工具初步清理管縫內(nèi)外的雜質(zhì)、水等，油污采用稀釋的洗滌劑(1∶10)毛刷刷洗，麻布擦干，暖風(fēng)機(jī)烘干；電動(dòng)圓頭刷清理管縫底部，電動(dòng)圓柱刷打磨清理接縫內(nèi)壁，接縫內(nèi)壁麻面或漏出砂粒，吸塵器清理粉塵，暖風(fēng)機(jī)烘干潮濕部位。

聚硫密封膠施工寬度為接縫寬度，高度25 mm。毛刷均勻涂刷1∶1的雙組份界面劑，表干后涂刷聚硫密封膠，雙組份聚硫密封膠采用手持電鉆攪拌均勻(100∶10)。接縫注膠分三步施工：第一步，注漿設(shè)備陰角部注膠，豎起專用抹子位反復(fù)拉劃，排出陰角內(nèi)部氣泡；第二步，向接縫內(nèi)10 mm高度范圍內(nèi)注膠，專用抹子豎起反復(fù)拉劃，排出氣泡；第三步，接縫內(nèi)剩余15 mm高度注膠，注膠完成后用抹子抹平。

采用快干水泥封堵管縫，抹子壓光抹平，接縫表面順接兩側(cè)管壁。角磨打磨涂刷面，打磨范圍為管縫立面分別向上、下游各150 mm，打磨后的混凝土面出現(xiàn)砂粒，吸塵器除塵、麻布擦干，暖風(fēng)機(jī)烘干。

界面劑涂刷范圍與打磨范圍一致，界面劑為雙組份A、B，配比為2∶1，界面劑采用毛刷反復(fù)涂刷，涂刷無(wú)死角、無(wú)漏刷。界面劑表干后涂刷聚脲層。刮板涂刷聚脲，由底部向上部分三層涂刷。第一層，刮板在接縫表面反復(fù)涂刷，接縫表面平整、顏色均勻；第二層，鋪設(shè)胎基布，胎基布寬度為300 mm，邊鋪邊刮涂聚脲，浸透胎基布；第三層，涂刷聚脲，表面光滑、厚度均勻，看不見(jiàn)胎基布網(wǎng)格。

2.7 溝槽回填

管道回填料來(lái)源于合格的開(kāi)挖料，現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定碾壓參數(shù)。長(zhǎng)臂挖掘機(jī)布料，人工輔助及整平，平板夯擊、T形工具、手扶式雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)分層分區(qū)域夯實(shí)。

管道分區(qū)回填，管道承重集中于腋角區(qū)(120°管底區(qū)域)，回填質(zhì)量對(duì)管道穩(wěn)定性影響較大。受地質(zhì)條件、管道形狀、施工條件限制采用填弧法施工。管道單口二次打壓合格后立即進(jìn)行管底120°部位填弧施工，增加管道穩(wěn)定性，鋪土厚度200 mm，壓實(shí)厚度180 mm，壓實(shí)遍數(shù)為6遍，采用平板夯擊夯實(shí)，夯擊夯不到部位采用自制T形工具夯實(shí)。

管身回填區(qū)鋪土厚度為250 mm，壓實(shí)厚度為220 mm，壓實(shí)遍數(shù)為6遍，手扶式雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)；管頂回填區(qū)鋪土厚度為200 mm，壓實(shí)厚度為180 mm，壓實(shí)遍數(shù)為4遍，平板夯機(jī)夯實(shí)；一般回填區(qū)鋪土厚度為250 mm，壓實(shí)厚度為220 mm，壓實(shí)遍數(shù)為6遍，手扶式雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)；復(fù)耕區(qū)系指回填地面高程以下500 mm范圍內(nèi)的區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)的土在溝槽開(kāi)挖時(shí)提前清理，單獨(dú)堆放，復(fù)耕時(shí)回填至原地面高程后，使用SD16L推土機(jī)對(duì)地面進(jìn)行整平，同時(shí)人工清理區(qū)域內(nèi)石塊等雜物，最后用旋耕犁翻土。

2.8 水壓試驗(yàn)

管道水壓試驗(yàn)是對(duì)管道制作、安裝質(zhì)量的全面檢查，工程驗(yàn)收必不可缺的步驟。

PCCP管試驗(yàn)壓力以靜水頭標(biāo)高作為基準(zhǔn)計(jì)算值+0.3 MPa，安裝完成連續(xù)1 km管道后進(jìn)行首段水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)管道制作、安裝質(zhì)量，為后續(xù)管道安裝提供相關(guān)參數(shù)；分段水壓試驗(yàn)長(zhǎng)度不超過(guò)10 km。管道水壓試驗(yàn)合格的判斷依據(jù)為同時(shí)滿足允許壓力降和允許滲水量值。

本工程采用專用打壓管作為管道一部分進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)前進(jìn)行止推計(jì)算，確保水壓試驗(yàn)安全。三條線分段倒水進(jìn)行試驗(yàn)，節(jié)約了水壓試驗(yàn)用水量，全線分段實(shí)施，加快水壓試驗(yàn)進(jìn)度。

3 結(jié) 語(yǔ)

三管同槽大直徑PCCP管道安裝技術(shù)應(yīng)用于東北地區(qū)，管道安裝受氣溫變化影響較大，采取一系列措施降低了溫度變化影響。土方開(kāi)挖過(guò)程中采用明排配合井點(diǎn)降水的方法降低地下水位，保證干地施工。穿越大型河流采用挖泥船施工技術(shù)與常規(guī)的挖掘機(jī)分層開(kāi)挖方法相比，提高了施工效率，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。地基承載力不能滿足設(shè)計(jì)要求采取換填級(jí)配碎石與中粗砂的方法增強(qiáng)了地基承載，地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求易擾動(dòng)地基(彈簧土)采用快速通過(guò)的方法加快進(jìn)度，保證基礎(chǔ)施工質(zhì)量，快速通過(guò)施工方法一般采用換填級(jí)配碎石300 mm、中粗砂150 mm。三管同槽部位吊裝設(shè)備經(jīng)對(duì)比分析、統(tǒng)籌全局采用400 t履帶吊布管與安裝能夠降低施工成本。PCCP管安裝在定位控制上采用快速定位裝置比全站儀、水準(zhǔn)儀能夠更加精準(zhǔn)的控制軸線及高程。防止橡膠密封圈在安裝時(shí)扭曲、翻轉(zhuǎn)，鋼棒插入橡膠密封圈下繞插口環(huán)向轉(zhuǎn)一圈加強(qiáng)安裝質(zhì)量。PCCP管安裝完成經(jīng)一定時(shí)間沉降后個(gè)別部位接縫存在滲漏現(xiàn)象，內(nèi)縫采用“聚硫密封膠+快干水泥+聚脲涂層”的方法能夠有效的解決接縫滲漏問(wèn)題。對(duì)于內(nèi)接縫建議由柔性接縫替代剛性接縫，加強(qiáng)接縫質(zhì)量。水壓試驗(yàn)采用專用打壓管作為封堵裝置并作為管道一部分，簡(jiǎn)化了施工程序，降低了試驗(yàn)難度，同時(shí)減少了管道合攏數(shù)量節(jié)約成本，水壓試驗(yàn)完成后割除封堵盲板并進(jìn)行防腐處理。