狹小空間下長距離精準拖拉大管徑鋼管施工方法

高學佳

(北京市建設集團有限責任公司第二工程處,北京 100032)

洞穿管施工工藝,即采取先做套管,然后在套管內部鋪設永久管道的施工工藝,目前已被廣泛應用于燃氣、熱力、電力、給水、排水等短距離、小管徑、對安裝精度要求不高的地下管道施工中,但在長距離穿堤套管內部鋪設大管徑鋼管在國內并不多見。本公司在南水北調配套工程大興支線工程第七標段穿越永定河左堤施工中,通過本方法成功在套管與鋼管之間只有37.2 cm的狹小空間內,拖管過程中無法進人檢查調整的情況下,將長276 m,外徑為2.456 m,總質量約300 t的鋼管穿過套管準確入位,并且做到了鋼管外防腐不受損壞,確保了給水鋼管正常運行和耐久性。為類似狹小空間下,長距離穿堤套管內鋪設大管徑鋼管并準確入位的施工提供了可以借鑒的經驗。

1 工程實例

1.1 工程概況

南水北調配套工程大興支線工程第七標段穿永定河左堤施工中,采取先做套管,然后在套管內部鋪設永久管道的施工工藝,該段是先頂進DN3 200鋼筋混凝土套管,頂進完畢后在套管內穿入DN2 400鋼管,然后在套管與鋼管的間隙填充C20自密實混凝土。洞穿管長度總計273.88 m,總重約300 t[1-2]。

1.2 工藝特點

1)在狹小空間內,無法進人檢查調整的情況下,可控制鋼管在套管內勻速穩定牽引、入位準確、施工成功率高。

2)防腐層不易損壞,滿足運行后鋼管的耐久性要求。

3)一次可焊接鋼管長度長、縮減了整體鋼管焊接時間,從而縮短了整體洞穿管的施工工期。

4)施工所用材料均為常規材料,來源廣泛,牽引端無需設置地錨基礎,現場施工方便,造價低,有利于降低工程成本。

1.3 適用范圍

適用于距離不小于300 m,管道內徑不小于2.4 m的鋼管穿越套管施工,尤其適用于需精確控制鋼管平面軸線位置及高程偏差的穿管施工。

1.4 工藝原理

本方法在接收端將混凝土豎井改為放坡開挖的形式,利用開挖基坑作為鋼管焊接工作坑;在牽引端利用套管做后背設置鋼支架,在鋼支架上掛電動葫蘆作為牽引設備;在混凝土套管內設置軌道基礎,利用自制行走小車滾動摩擦原理結合軌道限位,將焊接完成的鋼管拖入套管內,最終完成本段洞穿管施工[3-5]。

1.5 施工工藝流程及操作要點

1.5.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

1.5.2 操作要點

1)清理套管內雜物、復測套管軸線及高程偏差。a.清理套管內雜物。套管頂進完成,泥漿置換完畢后,拆除套管內注漿管道,清理套管內雜物,要求套管內壁清潔,無雜物。b.復測套管軸線及高程偏差。套管清理完成后,復測套管軸線及高程偏差,以供軌道安裝使用。

2)安裝軌道、澆筑混凝土基礎。在混凝土套管內用10號槽鋼制作軌道,防止鋼管跑偏起到限位作用。依據鋼管設計高程和行走小車高度確定軌道頂面高程,并依據鋼管設計軸線及行走小車寬度調整兩條軌道位置,以修正套管頂進時的施工偏差,如圖2所示。

3)安裝牽引設備。拖拉鋼管電動葫蘆安裝在工作井混凝土套管前的牽引支架上,以混凝土套管鋼承口作為牽引鋼管的作用點;鋼管與電動葫蘆通過鋼絲繩聯接。在鋼管端頭焊接20 mm厚鋼板作為掛鉤孔,鋼絲繩以套環的方式與掛鉤孔相連。牽引鋼絲繩以套環方式通過卡環分段聯接(每段鋼絲繩長12 m,為電動葫蘆一次有效行程長度),套環采用鋼絲繩夾固定,既滿足定位要求又方便鋼絲繩的安裝拆卸[6]。

鋼絲繩聯接如圖3所示。

a.牽引支架。牽引支架是用來支撐并固定電動葫蘆的構件;經計算,采用20a工字鋼(200×100×7)制作牽引支架,可滿足拖拉鋼管時牽引支架的抗拉強度要求。牽引支架安裝在工作豎井混凝土套管前端,如圖4所示。

b.電動葫蘆安裝。電動葫蘆是牽引的主要設備,裝在工作豎井混凝土套管前端牽引支架上。

電動葫蘆選用：根據牽引鋼管所需總牽引力選用電動葫蘆;考慮到實際拖拉過程中,行走小車將會緊靠一側軌道行走,因此考慮采用2倍的牽引力,必要時加一個動滑輪以滿足總牽引力要求。

鋼絲繩選用：選用的鋼絲繩必須滿足容許拉力要求。為了保證鋼絲繩在容許拉力下使用,在電動葫蘆前端安裝電子吊秤,以便隨時監測拉力值,當發現拉力超限后,立即停止施工,采取增加動滑輪減少拉力后,再進行施工,如圖5所示。

鋼絲繩夾選用：本次鋼絲繩采用鋼絲繩夾連接固定。為了便于檢查接頭是否可靠和發現鋼絲繩是否滑動,在最后一個夾頭后面500 mm處再安一個夾頭,并將繩頭放出一個“安全彎”,如圖6所示。

這樣,當接頭的鋼絲繩發生滑動時,“安全彎”將會被拉直,便于及時發現和及時加固。

4)鋼管焊接平臺安裝。在鋼管安裝長度方向開挖接收坑作為安裝空間,在接收坑混凝土套管外設置鋼管焊接平臺。焊接平臺由下至上依次為C20混凝土基礎槽鋼底座、工字鋼、10號槽鋼軌道。在穿管洞口與焊接平臺間設置焊接操作坑,如圖7所示。

5)安裝行走小車。鋼管行走依靠行走小車,在吊裝鋼管前安裝在焊接平臺上,要求行走小車中心線與鋼管設計軸線重合。行走小車在第一節鋼管下距離鋼管頭尾端2 m處各放置一個,其余鋼管在每節尾端放置一個。行走小車用10 cm方鋼焊接加工而成,上部下挖成弧形,用來固定鋼管,在弧形槽內焊接加勁肋加固,以滿足承載力要求。行走小車制作尺寸如圖8所示。

6)鋼管吊裝、對口、焊接。鋼管由吊車使用專用吊帶吊裝,管道下溝后,使用吊車進行管口組對,當管口錯邊量、間隙滿足規范要求后,在鋼管外側的坡口內進行定位焊加固,底部鋼管定位焊點設置在管內側,頂部設置在管外側。

隨后進行管道焊接,管道焊接按審定的焊接工藝方案的要求嚴格控制焊接質量。

7)拖拉鋼管。鋼管洞穿前再次檢查軌道是否平整;并通過自制孔規進行通行試驗,以驗證鋼管可否順暢通過。

拖拉鋼管時,啟動電動葫蘆使環鏈纏繞帶動鋼絲繩牽引鋼管緩慢向前行走;當達到電動葫蘆有效行程后,脫開環鏈,然后通過拆卸鋼絲繩卡環來縮短行程;隨后再次啟動電動葫蘆,鋼管繼續拖拉進入套管;按上述方法往復操作,使焊接完成的鋼管逐步拖拉至套管內[7-8]。

在拖拉鋼管時,為了節約鋼絲繩使用長度,當電動葫蘆將達到額定牽引力后再安裝動滑輪,然后按上述方法吊裝鋼管進行組對焊接及拖拉,直至鋼管洞穿完成。

2 使用效果分析

本次施工成功在套管與鋼管之間只有37.2 cm的狹小空間內,拖管過程中無法進人檢查調整的情況下,將長276 m,外徑為2.456 m,總質量約300 t的鋼管穿過套管準確入位,并且做到了鋼管外防腐不受損壞,確保了給水鋼管正常運行和耐久性;設計方案達到預期效果。

3 結語

該洞穿管施工方法是采用新工藝在工程實體的一種實踐應用,它不僅克服了在狹小空間內,無法進人檢查調整的情況下,控制鋼管在套管內勻速穩定牽引、入位準確、避免了以往類似工程施工中由于拉力過大軌道被卷起的風險,提高了施工成功率,可不間斷連續施工;而且各項拖拉設備安裝拆卸方便,無施工廢渣,施工所用材料均為常規材料,來源廣泛,材料可重復利用,經濟環保,取得了較好的工程效果。