三管同槽大直徑PCCP管安裝技術

趙 士 輝， 郎 月

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 概 述

遼寧引水工程管道建安二標主要施工項目為DN3400 PCCP管或鋼管安裝工程，PCCP管安裝長度78.791 km、鋼管安裝長度3.159 km。管道樁號長度27.323 km，其中三管同槽施工段長14.408 km，分槽施工段長12.915 km。

2 PCCP管施工工藝

2.1 測量放樣

開挖前，采用GPS完成本工程原地形地貌的測量工作；根據交樁點及加密控制點，利用全站儀、水準儀進行施工控制。

2.2 場地清理與平整

在業主征用的施工用地紅線范圍內，以推土機為主、裝載機配合、人工為輔的方法清除草皮、樹根、建筑垃圾等雜物，復耕土清理500 mm厚，根據現場實際情況盡可能多的預留復耕土以便于后續土地復墾工作，復耕土堆存于征地邊線部位。

2.3 降排水

本工程地質條件包含粉細砂、粉質黏土、粉土、粉質粘土夾砂、全風化巖，主要含水層為粉細砂層，粉質粘土、粉土為微透水層，粉質粘土夾砂微～弱透水性，全風化巖微透水性，粉細砂呈中等透水性。溝槽開挖前進行降排水試驗。

2.3.1 明排法

明排法是在基坑兩側挖排水溝和集水坑，單側集水坑每隔50 m設一處，每個集水坑內設1臺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，經過試驗，明排法適用于地下水埋深較深部位。

2.3.2 井點降水法

根據地質資料選擇具有代表性地段進行井點降水試驗，本項目試驗段降水井參數計算公式如下：

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

經計算幾及試驗總結出降水井參數，主要參數為：內徑0.3 m，井間距10 m，井深15～18 m，根據現場實際地質情況調整相關參數，穿越大型河流段單獨布置降水井。明排配合井點降水降低地下水位減少降水歷時，加快施工進度。

2.4 溝槽開挖

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

圖1 三管同槽開挖斷面示意圖

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

圖2 挖泥船開挖示意圖

2.5 基礎處理

溝槽開挖完成后，基礎進行地基承載力試驗，地基承載力達到設計要求時不做處理，但對于粉質黏土段地基擾動易液化部位，建議換填級配碎石(30 cm)和中粗砂(15 cm)的快速通過方式能夠加快施工進度同時保證施工質量，增加了成本投入，降低了施工安全及質量風險并加快了施工進度，綜合考慮利大于弊。地基承載力達不到設計要求時，采取換填中粗砂、換填級配碎石加中粗砂、換填級配碎石加土工格柵加中粗砂等方式進行基礎處理，具體情況具體分析。

2.6 管道安裝

施工工序：PCCP管接收→PCCP管運輸、布管→管材就位→橡膠密封圈安裝→管道承插口潤滑→管道安裝→接縫打壓→管道外接縫處理→管道內接縫處理。

2.6.1 管材接收

一般由管材供應方、安裝承包方、監理方在場內驗收。

2.6.2 運輸、布管

厚壁PCCP管重61 t，70 t平板運輸車運輸。施工現場布管區縱向修筑梯形布管平臺，冬季現場存儲時平臺表面鋪設秸稈。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

管材采用雙點兜身法吊運，輕裝、輕放的原則，吊具采用專用吊帶或鋼絲繩外纏油麻。起吊前檢查管道內殘渣、器具及雜物等，并及時清理。

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

2.6.4 橡膠密封圈安裝

清理管道承插口環向接觸面，承插口環向接觸面涂刷豆油，安裝橡膠密封圈，采用鋼棒插入橡膠密封圈下繞插口環向轉一圈，使其均勻箍在插口凹槽內，橡膠密封圈無扭曲、翻轉現象，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管、管道中心線、標高位置，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，“手拉葫蘆內拉法”安裝，專門制作的拉緊裝置，收緊鋼索時管材承口(插口)端沿插口(承口)向內移動，相鄰兩節管承插口內接縫的安裝間隙控制在5～25 mm范圍內。在已安裝完的管道內接縫下部架設受力橫梁，安裝管節管道外端口架設橫梁，特制鋼索和手拉葫蘆連接內外兩道梁，通過手拉葫蘆拉緊鋼索，400 t履帶吊緩慢上下收縮鋼絲繩、左右旋轉進行微調。

2.6.6 接縫打壓

管道接縫打壓試驗分三次進行，管道安裝完成后進行第一次打壓，后續管道安裝兩節后對此接縫進行第二次打壓試驗，管道頂部回填土厚度不少于500 mm后對此接縫進行第三次打壓試驗。

單口水壓試驗采用手提式打壓泵(打壓表提前檢測)，管底試壓孔連接打壓泵，管頂試壓孔排氣，管頂試壓孔連續出水后排氣結束，管頂試驗孔安裝打壓表，開始升壓，壓力升至管道工作壓力+0.3 MPa，恒壓2 min，無壓力降合格。

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°角范圍內塞海綿填充并在接縫表面鋪設棉被，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合格后，管道外接縫灌流態砂漿。高壓風槍清掃管道外接縫內灰塵及雜物并灑水清洗，接縫內無雜物及灰塵；制作成S型導通電纜通過銅焊法將導通片連接，每道接縫焊接2個導通電纜；自制專用包帶包住管道接縫，鋼制打包器加固牢固，接縫頂部預留1 m長進行接縫灌漿施工；砂漿攪拌機現場拌制灌縫砂漿，砂漿通過砂漿泵灌進接縫內，人工在包袋外側用皮錘敲擊振實；打開緊漲器、拆除包帶，并清理現場；人工灑水養護。

(2)內接縫

第三次打壓試驗合格后，管道內接縫灌塑性非流態砂漿。高壓風槍清掃內接縫雜物、灰塵，個別有油污等異物部位采用洗滌劑、麻布清理；現場拌制塑性非流態砂漿；打壓孔封堵與內縫砂漿同時施工，專用抹子將砂漿塞進接縫內，壓實、抹平；人工灑水養護；人工清理施工工作面的垃圾，并將垃圾運至指定地點。

(3)接縫滲漏處理

個別接縫因地基不均勻沉降等原因導致接縫滲漏，采用“聚硫密封膠+快干水泥+聚脲涂層”方法進行處理能夠解決滲漏問題。

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

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，注漿設備陰角部注膠，豎起專用抹子位反復拉劃，排出陰角內部氣泡；第二步，向接縫內10 mm高度范圍內注膠，專用抹子豎起反復拉劃，排出氣泡；第三步，接縫內剩余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砂粒，吸塵器除塵、麻布擦干，暖風機烘干。

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涂刷，涂刷無死角、無漏刷。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涂刷，接縫表面平整、顏色均勻；第二層，鋪設胎基布，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，看不見胎基布網格。

2.7 溝槽回填

管道回填料來源于合格的開挖料，現場碾壓試驗確定碾壓參數。長臂挖掘機布料，人工輔助及整平，平板夯擊、T形工具、手扶式雙鋼輪振動壓路機分層分區域夯實。

管道分區回填，管道承重集中于腋角區(120°管底區域)，回填質量對管道穩定性影響較大。受地質條件、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行管底120°部位填弧施工，增加管道穩定性，鋪土厚度200 mm，壓實厚度180 mm，壓實遍數為6遍，采用平板夯擊夯實，夯擊夯不到部位采用自制T形工具夯實。

管身回填區鋪土厚度為250 mm，壓實厚度為220 mm，壓實遍數為6遍，手扶式雙鋼輪振動壓路機壓實；管頂回填區鋪土厚度為200 mm，壓實厚度為180 mm，壓實遍數為4遍，平板夯機夯實；一般回填區鋪土厚度為250 mm，壓實厚度為220 mm，壓實遍數為6遍，手扶式雙鋼輪振動壓路機壓實；復耕區系指回填地面高程以下500 mm范圍內的區域。該區域內的土在溝槽開挖時提前清理，單獨堆放，復耕時回填至原地面高程后，使用SD16L推土機對地面進行整平，同時人工清理區域內石塊等雜物，最后用旋耕犁翻土。

2.8 水壓試驗

管道水壓試驗是對管道制作、安裝質量的全面檢查，工程驗收必不可缺的步驟。

PCCP管試驗壓力以靜水頭標高作為基準計算值+0.3 MPa，安裝完成連續1 km管道后進行首段水壓試驗檢驗管道制作、安裝質量，為后續管道安裝提供相關參數；分段水壓試驗長度不超過10 km。管道水壓試驗合格的判斷依據為同時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行水壓試驗，試驗前進行止推計算，確保水壓試驗安全。三條線分段倒水進行試驗，節約了水壓試驗用水量，全線分段實施，加快水壓試驗進度。

3 結 語

三管同槽大直徑PCCP管道安裝技術應用于東北地區，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。土方開挖過程中采用明排配合井點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與常規的挖掘機分層開挖方法相比，提高了施工效率，降低了施工風險。地基承載力不能滿足設計要求采取換填級配碎石與中粗砂的方法增強了地基承載，地基承載力滿足設計要求易擾動地基(彈簧土)采用快速通過的方法加快進度，保證基礎施工質量，快速通過施工方法一般采用換填級配碎石300 mm、中粗砂150 mm。三管同槽部位吊裝設備經對比分析、統籌全局采用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、水準儀能夠更加精準的控制軸線及高程。防止橡膠密封圈在安裝時扭曲、翻轉，鋼棒插入橡膠密封圈下繞插口環向轉一圈加強安裝質量。PCCP管安裝完成經一定時間沉降后個別部位接縫存在滲漏現象，內縫采用“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題。對于內接縫建議由柔性接縫替代剛性接縫，加強接縫質量。水壓試驗采用專用打壓管作為封堵裝置并作為管道一部分，簡化了施工程序，降低了試驗難度，同時減少了管道合攏數量節約成本，水壓試驗完成后割除封堵盲板并進行防腐處理。