跨越水道的管道橋底懸空安裝技術(shù)

陳旭輝 陳海燕

浙江省二建建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江 寧波 315202

工業(yè)制造對熱能需求越來越多，江浙沿海地區(qū)諸多中小型私企的工廠普遍采用自備小鍋爐燃燒制熱，這類鍋爐一般構(gòu)造簡單、安裝方便，缺乏煙氣排放環(huán)保措施，存在一定的安全風(fēng)險。為此，近幾年政府力推安全環(huán)保的集中供熱來替代小散鍋爐，利用燃煤發(fā)電廠鍋爐余熱給工業(yè)企業(yè)供熱，既發(fā)揮電廠余熱效能，增加收入，又解決了小散熱用戶因自備鍋爐帶來的安全隱患和環(huán)境污染。所以供熱管網(wǎng)建設(shè)將迎來一波熱潮，管線施工遇到難題是必然的。

1 工程概況

從華能玉環(huán)電廠接出1根DN600的供熱管道，沿S226省道敷設(shè)至玉環(huán)縣沙門工業(yè)園區(qū)用于工業(yè)制造供熱，主管線全長38 km，途經(jīng)多個村鎮(zhèn)、灘涂、橋梁，施工環(huán)境非常復(fù)雜。其中施工難度最大的是橫跨漩門灣三橋，漩門灣水面寬260 m，主橋?yàn)殇摻罨炷两Y(jié)構(gòu)，橋墩間距30 m，橋拱至水面凈高約10 m，水深1～6 m，是漁船、貨船進(jìn)出港的主要航道。橋面雙向通道之間有寬0.40 m的貫通縫隙，橋邊護(hù)欄高0.90 m。過橋管道采用隨橋敷設(shè)的方式跨越，水面離管道安裝高度約12 m。大橋底部狀態(tài)如圖1所示。

圖1 大橋底部狀態(tài)

過橋主管道長460 m，材質(zhì)為20#優(yōu)質(zhì)無縫鋼管，外包保溫材料后外徑920 mm。管道通過鋼支架吊掛在橋梁上，計算荷載2 150 kN/m，利用自身剛度，管道支點(diǎn)最大跨度30 m。管道設(shè)計工作壓力2.3 MPa，蒸汽溫度400 ℃。隨橋敷設(shè)設(shè)計如圖2所示。

圖2 管道隨橋鋪設(shè)設(shè)計

2 難點(diǎn)分析

1）施工工期緊。按照總體進(jìn)度計劃，該過橋段施工只有80 d。

2）交通影響大。水面航道和地面交通都是主要交通要道，如果管道施工大量占用橋面或水面通道，會給周邊居民出行帶來不便，交通協(xié)調(diào)困難。

3）安裝難度高。管道及支架都為鋼結(jié)構(gòu)，質(zhì)量較大，DN600管道單根安裝長度30 m，質(zhì)量達(dá)6.5 t，且橋下河面寬260 m，深達(dá)6 m，在橋墩和橋面的阻擋下，要可靠地把管道安裝到橋底的位置難度很高。

4）安全風(fēng)險大。管道安裝在橋梁底下，懸空高度12 m，且下面是深水或水泥橋墩，施工人員要在高空進(jìn)行安裝、焊接、保溫、檢測等作業(yè)，給安全施工帶來極大挑戰(zhàn)，所以必須要有可靠的安全措施。

3 方案選擇

3.1 常規(guī)搭架施工

按照常規(guī)施工方案，需要在橋底沿管道走向用腳手鋼管搭設(shè)高12 m的操作架，用于材料運(yùn)輸、堆放、人員通行和操作，操作架需延伸出橋面一個3 m×32 m的平臺，用于接收橋面吊運(yùn)下來的管道。橋面半幅道路封堵限行，作為施工場地用于材料運(yùn)輸、堆放、管道制作拼裝和吊機(jī)作業(yè)。

管道在橋下的操作平臺上借助滾筒和手拉葫蘆進(jìn)行水平移位。就位時借助液壓千斤頂和撬棍作業(yè)。在理論上這樣的方法能夠完成安裝任務(wù)，但不夠先進(jìn)，有明顯的缺點(diǎn)：

1）整個施工過程需占用半幅橋面道路，對交通影響嚴(yán)重。

2）需要大量的鋼管搭設(shè)橋底操作腳手架，橋底水面寬260 m，水深達(dá)6 m，需要先打鋼樁作為承重底座，架子搭設(shè)和拆除難度大，有很高的安全風(fēng)險，造價高，同時也阻礙了航道通行。

3）管道在橋下運(yùn)輸、就位效率低下，要消耗大量人工，并且進(jìn)度難以保證。

4）在露天橋面作業(yè)，刮風(fēng)、下雨、日曬等天氣會影響制作質(zhì)量和進(jìn)度。

3.2 滑移車架施工

常規(guī)施工方案安全風(fēng)險大、造價高、工期長，不是理想選擇。為此重新思考提出滑移車架的作業(yè)思路：利用橋中間0.4 m寬的縫隙，制作滑移車架釋放牽引力，掛設(shè)吊籃施工[1-5]，方案如下：

1）河道兩側(cè)在平時水位有80～100 m寬的河岸，靠近楚門一側(cè)的橋底河岸地勢比較平緩、且有一條寬5 m的便道通向主干道，可作為材料堆放和加工地，該位置不會對交通航道造成影響，也不會對周邊居民生活造成影響；同時有橋面的遮擋可以避免日曬雨淋，只需將場地鏟平澆筑厚100 mm的C15混凝土硬化即可。

2）自制滑移車架，車上安裝小型電動葫蘆，并設(shè)有數(shù)個掛鉤用于掛設(shè)鋼絲繩，該滑移車架的小輪放在橋面滑動，車架中間電動葫蘆伸出的鋼絲繩從橋中間寬0.4 m的縫隙下垂至橋底岸邊的地面，掛上吊籃并提升至需要操作的高度，通過橋面的水平移動可使吊籃從橋的一端移動到另一端，即可以覆蓋全部的工作面。

3）管道的運(yùn)輸也是通過滑移車架，用2臺抬吊，把下端的吊籃換成管道，先通過電動葫蘆提升管道至需要高度，再推動滑移車架進(jìn)行水平移位即可。

4）自制鋼爬梯數(shù)個，掛設(shè)在橋面鋼欄桿上，操作人員可從橋面通過縫隙到達(dá)吊籃內(nèi)。該施工方案操作簡便，不影響航道和路面通行，不需要搭設(shè)操作架，施工人員始終在吊籃內(nèi)作業(yè)，安全可靠。

4 工藝流程

4.1 管道預(yù)制流程

原材料進(jìn)場→按每段30 m制作下料→拼縫焊接→探傷檢測→編號→移交安裝

4.2 高空安裝流程

橋梁側(cè)板植筋安裝預(yù)埋件→安裝鋼吊架、高空平臺搭設(shè)→安裝一側(cè)豎向支撐、固定支架→管道就位→安裝另一側(cè)豎向支撐→管道焊接→探傷、氣壓試驗(yàn)→防腐、保溫→驗(yàn)收合格

5 施工方法

5.1 自制工具設(shè)備

5.1.1 滑移車架制作

滑移車架采用10#槽鋼制作，為便于跨在橋縫上滑動，滑移車架高度略高于大橋欄桿，支腿寬度也略寬于欄桿?；栖嚰?個支腿分別安裝有滑輪，在吊重狀態(tài)下可由左右2人推行，在停頓狀態(tài)剎車制動保持穩(wěn)定。電動葫蘆固定在滑移車架頂部，起重能力為6 t，鋼絲繩規(guī)格為φ16 mm，卡環(huán)與鋼絲繩相匹配。

滑移車架側(cè)面裝有一個配電箱，為電動葫蘆、鉆孔機(jī)、電焊機(jī)、照明等供電?；栖嚰?道橫桿上都設(shè)有多個吊鉤，便于掛設(shè)吊籃和其他物件。

經(jīng)計算起重量，鋼結(jié)構(gòu)滑移車架能滿足安全施工需要?；栖嚰苋鐖D3所示。

圖3 自制滑移車架

滑移車架作用：為吊籃的掛設(shè)、移動提供支撐點(diǎn)；解決了管道在橋下的垂直、水平運(yùn)輸問題。

本工程共制作滑移車架4個。

5.1.2 吊籃制作

掛在滑移車架下方的吊籃，寬0.8 m、長5 m，底盤骨架采用40 mm×60 mm方鋼焊接而成，中間排檔為∠50 mm@300 mm，滿鋪厚1.6 mm花紋鋼板，四周擋腳板為高100 mm、厚1.0 mm的鋼板，欄桿采用φ48 mm和φ32 mm鋼管。所有焊縫必須滿焊，確保吊籃結(jié)構(gòu)安全可靠。

吊籃作用：為空中作業(yè)提供安全場所，便于作業(yè)人員的安全操作；解決了鋼吊架、鋼平臺、保溫材料的運(yùn)輸和擺放問題。本工程共制作吊籃4個，和滑移車架配套使用，確保施工安全。

5.1.3 鋼爬梯制作

從橋面到吊籃的施工作業(yè)面，高差2.5 m，施工人員需通過鋼爬梯從寬0.4 m的橋縫下到作業(yè)面。爬梯現(xiàn)場制作，梯身兩側(cè)為∠50 mm角鋼，上口做成270°掛鉤，使用時掛在大橋第3道欄桿上，踏步桿采用φ32 mm鋼管，踏步間距300 mm，鋼爬梯桿件焊接成形即可。

5.2 鋼吊架安裝

5.2.1 橋梁側(cè)板錨固化學(xué)錨栓

1）在橋底的加工場地，把鉆孔機(jī)、預(yù)埋鋼板、錨筋、植筋膠等設(shè)備材料安放到吊籃內(nèi)，將放置在橋面的滑移車架電動葫蘆吊鉤放下鉤掛住吊籃，操作滑移車架將吊籃提升移動至操作位置。

2）作業(yè)人員通過鋼爬梯進(jìn)入吊籃，在設(shè)計位置鉆孔φ22 mm，孔深≥170 mm，用空壓機(jī)對孔進(jìn)行沖刷，確?？籽蹆?nèi)干凈無雜質(zhì)。

3）采用改性環(huán)氧樹脂A級膠黏劑及等級8.8S級倒錐形M20化學(xué)錨栓進(jìn)行植筋，植入深度≥170 mm。

4）植筋養(yǎng)護(hù)期后做化學(xué)錨栓拉拔試驗(yàn)，非破損檢驗(yàn)的荷載檢驗(yàn)值不得小于90 kN，錨固承載力現(xiàn)場檢驗(yàn)方法滿足JGJ 145—2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求，保證安全。

5）把鉆好9個孔的鋼板穿入錨栓位置，用配套的墊片螺帽逐個擰緊固定。

6）鋼板與混凝土面的縫隙用改性環(huán)氧樹脂注漿填滿。預(yù)埋件位置和高空吊籃如圖4所示。

圖4 高空吊籃示意

5.2.2 鋼吊架安裝

1）把加工好的鋼吊架材料通過吊籃運(yùn)送至安裝高度。把左右豎桿焊接在安裝好的鋼板上，并按設(shè)計圖紙焊接加強(qiáng)筋板，要求滿焊且焊縫高度≥6 mm，豎桿垂直度偏差≤2 m m。鋼吊架豎桿、橫桿均為250 mm×250 mm×9 mm×14 mm的H型鋼。

2）接著安裝橫桿，橫桿兩頭分別與左右豎桿焊接牢固，要求標(biāo)高誤差控制在2 mm以內(nèi)。這樣就形成了支撐管道的鋼吊架。

3）按設(shè)計，主跨橋梁的鋼吊架支點(diǎn)間距為10 m，副跨橋梁鋼吊架間距等同于橋墩距，即為30 m，所以鋼吊架位置也是根據(jù)設(shè)計進(jìn)行定位的。

5.2.3 鋼平臺安裝

1）考慮到安裝管道需要操作面，在橫桿下方0.5 m的位置安裝鋼平臺操作面，以便于作業(yè)人員進(jìn)行管道的安裝、焊接、保溫、檢測等工作。

2）管道鋼吊架間距為10 m，為確保鋼平臺安全，在每組鋼吊架中間增加2組鋼平臺吊桿，即鋼平臺吊桿間距為3.3 m。

3）鋼平臺吊桿、橫梁采用10#槽鋼，縱梁和小橫桿采用8#槽鋼，滿鋪鋼腳手板，兩側(cè)設(shè)2道φ32 mm鋼管欄桿，高1.1 m，并掛設(shè)阻燃安全網(wǎng)封閉，這就形成了管道安裝的操作面。如圖5所示。

圖5 高空安全通道示意

5.2.4 管道安裝

1）鋼平臺形成后，下一步就開始管道安裝。管道運(yùn)輸通過2個滑移車架抬吊，從橋底岸邊的制作場地垂直起吊，達(dá)到鋼平臺以上橋面結(jié)構(gòu)以下的空間高度后，由橋面人員推動滑移車架緩慢移進(jìn)，到達(dá)需安裝位置，操作電動葫蘆將管道緩慢放置在鋼支架橫梁的支托上。如圖6所示。

圖6 管道吊裝示意

2）由于管道水平運(yùn)輸空間的唯一性，所以管道安裝順序必須是從遠(yuǎn)端開始，依次往近端推進(jìn)。

3）管道就位后進(jìn)行空中對口焊接、檢測和保溫施工。

4）由于橋梁結(jié)構(gòu)有一定的拱度和平面的轉(zhuǎn)彎，管道安裝也是對應(yīng)的有拱度和彎度，本工程通過BIM模擬計算下料，確保管道焊口對接偏差控制在2 mm以內(nèi)，避免高空安裝對接時二次切割，提高安裝效率。

5）管道在通氣運(yùn)行時由于溫差作用會有伸縮，所以管道支托和鋼支架之間不能焊接，保持自由的位移能力，在引橋與主橋之間設(shè)置倒掛式旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器，進(jìn)行伸縮調(diào)節(jié)，確保管道在高溫運(yùn)行下的安全伸縮。

5.2.5 管道焊接、檢測、保溫、試壓

1）焊接采用氬弧焊打底，打底完成后及時進(jìn)行蓋面焊，蓋面焊接的方法采用手工電弧焊（SMAW）方法，要求焊縫整齊、連續(xù)、飽滿。

2）每一道焊縫都必須進(jìn)行探傷檢測，在整段安裝完成后，再進(jìn)行灌水壓力試壓，水壓試驗(yàn)壓力達(dá)到工作壓力的1.5倍。

3）探傷、試壓完成后進(jìn)行最后的管道保溫工作，保溫要求密實(shí)、牢固，外觀平整、密縫。

4）在管道正確就位后將鋼吊架橫桿多余部分切除，并按設(shè)計安裝中間的鋼吊架豎桿，與橫桿的末端焊接成形。經(jīng)與建設(shè)方和設(shè)計溝通，最后完成安裝后保留鋼平臺安全通道，以便投用后的檢查、維修。

安裝完成后如圖7所示。

圖7 管道就位示意

6 質(zhì)量控制

1）為減少焊縫，DN600管道原材料長度定制為10 m，每3根拼接成一段長度正好30 m。

2）焊條使用前按規(guī)定進(jìn)行烘干，使用時裝入溫度保持在100～150 ℃的專用保溫筒內(nèi)，隨用隨取。

3）焊工必須持證上崗，且要經(jīng)過現(xiàn)場試焊檢驗(yàn)，合格后方可作業(yè)。

4）管道支架按設(shè)計先進(jìn)行熱鍍鋅處理，現(xiàn)場焊接口補(bǔ)刷鋅漆；預(yù)埋件、鋼平臺結(jié)構(gòu)等其他外露構(gòu)件均要進(jìn)行鋼刷除銹、2遍防銹底漆、2遍面漆等防腐處理。

5）管道支托抱箍與管道間的柔性墊片要求放置平整，以確保抱箍螺栓擰緊后完全與管道抱緊。

7 安全措施

1）所有材料都通過橋底加工場地由滑移車架運(yùn)送，最大程度減少對橋面交通的影響。

2）高空施工人員必須穿反光背心，從橋面通過鋼爬梯進(jìn)入吊籃或鋼平臺，每個人都掛上防墜器，防墜器另一端掛在大橋欄桿底部，確保人身安全。

3）施工人員應(yīng)正確使用安全防護(hù)用品，電焊工作業(yè)時需佩戴防護(hù)面罩和麻布手套，油漆工在除銹油漆作業(yè)時需佩戴N95口罩和手套，切割打磨時要佩戴防爆眼鏡，并注意作業(yè)安全。

4）吊籃在操作時要保持平衡，兩端與橋底的膨脹螺絲臨時固定，防止作業(yè)時擺動造成安全隱患。

5）滑移車架要有專人指揮監(jiān)護(hù)，確保操作與口令一致，提升速度控制在0.5 m/s以內(nèi)，確保安全。

6）滑移車架在橋面推動時，橋面設(shè)置施工區(qū)警示牌，用水馬隔離，兩頭各配置1名道路指引員，夜間打開警示燈，操作完成后撤除有關(guān)路障，確保交通安全。

8 結(jié)語

經(jīng)過有效組織、科學(xué)策劃，該項(xiàng)目比計劃提前18 d完成，并且方法簡單、造價較低、安全質(zhì)量可控、避免交通影響。該技術(shù)方案取得了較好的成效，為今后其他類似工程的施工提供了借鑒。