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(nèi)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(nèi)部鋪設大管徑鋼管在國內(nèi)并不多見。本公司在南水北調(diào)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(nèi),拖管過程中無法進人檢查調(diào)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(nèi)鋪設大管徑鋼管并準確入位的施工提供了可以借鑒的經(jīng)驗。

1 工程實例

1.1 工程概況

南水北調(diào)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(nèi)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(nèi)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(nèi),無法進人檢查調(diào)整的情況下,可控制鋼管在套管內(nèi)勻速穩(wěn)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(guī)材料,來源廣泛,牽引端無需設置地錨基礎,現(xiàn)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(nèi)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(nèi)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(nèi),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(nèi)雜物、復測套管軸線及高程偏差。a.清理套管內(nèi)雜物。套管頂進完成,泥漿置換完畢后,拆除套管內(nèi)注漿管道,清理套管內(nèi)雜物,要求套管內(nèi)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(nèi)用10號槽鋼制作軌道,防止鋼管跑偏起到限位作用。依據(jù)鋼管設計高程和行走小車高度確定軌道頂面高程,并依據(jù)鋼管設計軸線及行走小車寬度調(diào)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(lián)接。在鋼管端頭焊接20 mm厚鋼板作為掛鉤孔,鋼絲繩以套環(huán)的方式與掛鉤孔相連。牽引鋼絲繩以套環(huán)方式通過卡環(huán)分段聯(lián)接(每段鋼絲繩長12 m,為電動葫蘆一次有效行程長度),套環(huán)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(lián)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(jīng)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(jù)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(jiān)測拉力值,當發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)生滑動時,“安全彎”將會被拉直,便于及時發(fā)現(xiàn)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(jié)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(jié)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(nèi)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(guī)范要求后,在鋼管外側的坡口內(nèi)進行定位焊加固,底部鋼管定位焊點設置在管內(nèi)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(guī)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(huán)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(huán)鏈,然后通過拆卸鋼絲繩卡環(huán)來縮短行程;隨后再次啟動電動葫蘆,鋼管繼續(xù)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(nèi)[7-8]。

在拖拉鋼管時,為了節(jié)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(nèi),拖管過程中無法進人檢查調(diào)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(nèi),無法進人檢查調(diào)整的情況下,控制鋼管在套管內(nèi)勻速穩(wěn)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(xù)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(guī)材料,來源廣泛,材料可重復利用,經(jīng)濟環(huán)保,取得了較好的工程效果。