超大直徑輸水鋼管隧洞運輸安裝技術(shù)研究

華緒銀

(廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511340)

1 工程概況

珠江三角洲水資源配置工程深圳分干線起點為羅田水庫南側(cè)新建的羅田加壓泵站，終點為公明水庫，線路下穿公明水庫4#主壩左壩肩進入水庫，在庫內(nèi)設進庫閘。線路全長為11.9 km，設計輸水流量為30 m3/s，盾構(gòu)隧洞外徑為6.0 m，內(nèi)襯鋼管內(nèi)徑為4.8 m，流速為1.66 m/s。其中339 m為帶有鋼管的試驗段。

該試驗段項目輸水管道為盾構(gòu)隧洞，外襯采用預制鋼筋混凝土管片，管片外徑為6 m，內(nèi)徑為5.4 m，厚為0.3 m，環(huán)寬為1.5 m，管片通過不銹鋼螺栓連接。內(nèi)襯鋼管采用鋼材Q345C，壁厚為14～22 mm，內(nèi)徑為4.8 m。鋼管設加勁環(huán)，材質(zhì)Q235C，環(huán)高為0.12 m，環(huán)寬為 28 mm，間距為1.5 m，內(nèi)襯鋼管與管片之間回填C20自密實混凝土(如圖1所示)。

試驗段輸水管道工廠預制成9 m/段的鋼管節(jié)，再運輸至項目現(xiàn)場進行洞內(nèi)組裝焊接。由圖1可知：安裝洞內(nèi)直徑為5 400 mm，而鋼管內(nèi)直徑為4 800 mm，壁厚為14～22 mm，加勁環(huán)寬度為140 mm，可以得出鋼管直徑最大的位置為 4 800+22×2+140×2=5 124 mm。故鋼管與洞內(nèi)壁距離最小的地方僅為：(5 400-5 124)/2=276 mm。要在如此狹窄的空間內(nèi)運輸并安裝管道是十分困難和復雜的，另外工期非常緊張，解決鋼管在洞內(nèi)運輸、組對安裝成為本項目的重中之重。

圖1 珠三角水資源配置試驗段輸水管道斷面示意

2 鋼管隧洞內(nèi)運輸安裝方案

初期擬定方案為：始裝節(jié)設置在出發(fā)井口處，地面進管在接收井出口，設備布置[1]如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)運輸安裝方案設備布置示意

1)在接收井口上方作業(yè)平臺120 t汽車吊，在距離始裝節(jié)約5～6 m洞軸線上位置布置1臺3 t卷揚機，卷揚機通過與管片手孔內(nèi)8個螺栓焊接加固。

2)接收井底面距離鋼管吊放落地點后方3～4 m洞軸線上布置松放鋼絲繩鉸車。

3)在鋼管安裝范圍，按設計洞中心水平投影圖，在洞轉(zhuǎn)彎部位布設5 t鋼絲繩轉(zhuǎn)向滑輪。

4)拖拉鋼絲繩固定端，鋼絲一頭固定端扣在卷揚機底架上，雙股拖拉鋼絲繩通過5 t滑輪與系鋼管前拉耳上的短鋼絲繩連接。

5)保護鋼絲繩在鉸車的U型卷筒上繞3圈后一端(靠小端)鋼絲繩系到鋼管后拉耳上，另一端通過鋼絲繩近地面固定4寸管轉(zhuǎn)方向后人工系緊，達到安全保護作用，防止拖拉管過程中的管往前沖自動下滑。

然而，該隧洞并不是完全直的，還存在R=500 m的彎道和i=5%的坡度，該方案在這樣的工況下不是最優(yōu)。

提高鋼管在洞內(nèi)的安裝效率，需借助自動化設備—運輸安裝車[2]，但經(jīng)了解市場上沒有現(xiàn)成的自動化設備，可以滿足在此特定的洞內(nèi)尺寸工況完成鋼管運輸。經(jīng)與鄭州新大方重工科技有限公司合作，共同研制能夠在此工作環(huán)境下，完成鋼管運輸和組對調(diào)節(jié)為一體的專用設備DCY45型液壓臺車(見圖3)。

圖3 DCY45型輪胎式專用液壓臺車示意

2.1 鋼管隧洞內(nèi)運輸安裝新方案

2.1.1總體構(gòu)思

出發(fā)井至接收井間鋼管安裝待此段隧洞全線打通后進行，從接收井開始安裝。單節(jié)鋼管標準長度為 9 m，約24節(jié)，單重最重為26 t。洞內(nèi)的運輸安裝通過DCY45型輪胎式專業(yè)液壓臺車(見圖4)進行，該臺車可實現(xiàn)鋼管在隧洞內(nèi)的水平運輸、重載爬坡及鋼管組對調(diào)節(jié)要求(見圖5)。

圖4 DCY45型輪胎式專用液壓臺車側(cè)視示意

圖5 DCY45型輪胎式專用液壓臺車截面示意(組對調(diào)整桿)

2.1.2隧洞口裝車工藝[3]

1)DCY45型管道運輸車首先正常行走至裝載平臺處(待運輸管道與輔助臺階對齊)，此時管道運輸車輔助輪[4]抬起(見圖6)，不與管道內(nèi)壁以及砼盾構(gòu)內(nèi)襯接觸。

圖6 輔助輪抬起示意

2)管道運輸車到達裝載區(qū)后，前端輔助輪放下(見圖7)，前端主輪離地。輔助輪向前前進，直到輔助輪靠近待運輸管道。

圖7 前端輔助輪放下示意

3)前端主輪下降，落至待運輸管道內(nèi)壁，前端輔助支撐輪軸提升(見圖8)，運輸車進入管道。并且沿著待運輸管道下內(nèi)壁前進。

圖8 前端輔助輪提升示意

4)管道運輸車穿過待運輸管道，運輸車頂部的頂升裝置開始運作，通過運輸車上搭載的超聲波測距傳感器，水平儀等輔助器具輔助操作人員通過調(diào)節(jié)豎直支撐油缸，縱橫移油缸將頂升裝置準確定位(見圖9)。

圖9 DCY45型輪胎式專用液壓臺車穿過鋼管段示意

5)運輸車頂升裝置繼續(xù)抬升(見圖10)，將整個管道馱運返回，當輔助支撐輪離開輔助臺階后著地，并繼續(xù)行駛。

圖10 DCY45型輪胎式專用液壓臺車頂升裝置抬升示意

6)運輸車繼續(xù)行駛，當全部走出輔助臺階后，調(diào)節(jié)頂升裝置至合適高度，輔助輪支撐輪軸離地(見圖11)，整機正常行駛至鋪設區(qū)，完成整個鋼管裝車運輸工序。

圖11 DCY45型輪胎式專用液壓臺車輔助輪離地示意

2.1.3工作面組對安裝工藝

1)首裝節(jié)選擇

鋼管從SY接收井進入，始裝節(jié)選在出發(fā)井口處。

2)首裝節(jié)安裝

當管節(jié)運到就位后，根據(jù)測量放出的鋼管中心軸線的垂直投影線、鋼管里程控制點對管口進行調(diào)整。鋼管調(diào)整好后支撐將鋼管與洞壁之間加固牢固。加固要牢固可靠。加固完后，再對各項指標進行復測并作記錄，接連組第2節(jié)管。

3)第2節(jié)管組對

① 第2節(jié)管由DCY45型管道運輸車正常馱運至始裝節(jié)管口，此時管道運輸車輔助輪抬起，不與管道內(nèi)壁以及砼盾構(gòu)內(nèi)襯接觸。

② 管道運輸車到達組對區(qū)后，前端輔助輪放下，前端主輪離地。輔助輪向前前進，直到輔助輪靠近第1節(jié)管(見圖12)。

圖12 前端輔助輪放下主輪離地示意

③ 前端主輪下降，落至第1節(jié)管內(nèi)壁，輔助支撐輪軸提升，運輸車進入管道(見圖13)。并且沿著第1節(jié)管下內(nèi)壁前進。

圖13 運輸車前端進入管道

④ 管道運輸車前端進入第1節(jié)管道，第1節(jié)管與第2節(jié)管之間的空隙縮小至100 mm間隙時，運輸車頂部的頂升裝置開始運作，通過運輸車上搭載的超聲波測距傳感器，水平儀等輔助器具輔助操作人員通過調(diào)節(jié)豎直支撐油缸，縱移油缸，橫移油缸將第2節(jié)管與第1節(jié)管準確定位組對。使管節(jié)的高程、環(huán)縫間隙、錯位符合要求[5](見圖14)。

圖14 調(diào)節(jié)支撐調(diào)節(jié)管節(jié)組對示意

運輸車準確定位組對后，繼續(xù)緩慢前進收縮間隙，并且在收縮間隙的同時做細微的調(diào)整；2節(jié)管道合攏且調(diào)整各項指標符合要求后，進行環(huán)縫點對。對位好后在先焊定位組對縫，對管道進行加固。

管道加固完成后，運輸車后退(見圖15)，當輔助輪走出第2節(jié)管后，先讓輔助輪支撐輪落地，調(diào)節(jié)主輪至合適高度，離開管道下內(nèi)壁。

圖15 管節(jié)組對加固完成后運輸車開始退出鋼管示意

待整機完全離開管道后(見圖16)，調(diào)節(jié)主輪至合適高度放下，輔助輪支撐輪軸離地，繼續(xù)正常行駛至鋪設區(qū)，完成整個鋼管組對運輸工序。

圖16 管節(jié)組對加固完成后運輸車完全退出鋼管示意

3 結(jié)語

輸水管道在狹小空間內(nèi)運輸、組對是整個輸水管道安裝的重點與難點。擬定的新方案能夠很好地解決大直徑輸水管道在隧洞內(nèi)運輸及組對難的技術(shù)問題，且大大縮短了安裝時間，給企業(yè)帶來效益。此施工技術(shù)在珠三角水資源配置工程試驗段項目得到了很好的實踐。后續(xù)還可以在此DCY45型輪胎式專用液壓臺車上增加人工智能，使其變得更加智能，能夠記憶運輸過程中的彎道位置、啟運和組對程序，使其更加高效簡便。