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牵引顶推法大口径管桥架设工法

1 前 言
1.1 工艺工法概况
管桥是输水、输气及输油管路工程中常见的跨越河流等障碍物的构筑物，由于受河流宽度、河水深度及地形地貌的限制，施工中场地布置、运输条件困难，施工方法不尽相同，各种方法施工周期、综合成本、安全性差异很大，其中牵引推拉法施工管桥具有良好的经济效益，能很好适应河道两侧各类场地。
随着城市供水区域引水工程的大规模展开，各类管网工程中管道穿越河流的节点众多，管桥已成为管道跨河的常用施工方法。但是，管桥架设方法由于各种条件的限制存在一系列重要的、影响工程成败的关键技术问题。
1.2 工艺原理
牵引顶推法架设管桥的工艺原理是：利用管桥钢管自身抗弯刚度较大的性能特点，在管道架空状态下将分段拼装后的管道利用滑轮减阻的原理，并采用对拼装的管道牵引及顶推的办法，使管道通过架空位移的方式跨过河流及其他障碍物，来完成管桥施工。
其工艺原理见图1：管桥推拉法工艺原理示意图。
2 工法特点
2.1将跨度较大的整体管桥段，采用管道分段拼接方式，解决了整体吊装管道重量过大的难题，有效地减轻了吊装荷载。
2.2采用地锚、卷扬机牵引，并利用滑轮减阻原理，解决了跨河等施工困难地段管道水平运输难题。
2.3在牵引过程中，利用管道自身抗弯的力学特性，将长大管道从无支撑状态滑移过去，减少了机械及其他措施费用。
2.4操作工艺简单，整体适用性强，避免了因施工场地限制及吊装困难等难题，使工作效率得到了提高，安全性好，大幅度降低了工程费用。

图1 管桥推拉法工艺原理图

3 适用范围
本工法适用于水平连续梁式大口径管桥跨越河流、沟壑及障碍物时，施工场地两侧运输条件受到限制、大型机械无法就位，不具备重型起吊设备场地的管桥工程，尤其适用于长大管桥的架设。
4 主要技术标准
4.1 GB 50268 给水排水管道工程施工及验收规范
4.2 GB50236 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范
4.3 GB50316 工业金属管道设计规范
4.4 GB 50332 排水管道设计规范
5 施工方法
管桥当穿越河流等障碍物时，由于受地形、河流及其他障碍物的限制，没有可施工的场地，管道无法直接安装在管桥支墩上，而牵引顶推法架设管桥则可以不受场地限制，很好的解决了遇障碍物无法施工的难题。
具体做法为：先核算设计管桥钢管的抗弯强度，利用管桥钢管自身抗弯刚度较大的性能特点，将管道在管桥一侧拼接好，在临时支架及支墩上安装定滑轮，管桥另一侧设置牵引装置（地锚），将拼接好的管道通过牵引设备（卷扬机），在管道架空状态下将分段拼装后的管道利用滑轮减阻的原理，使管道慢慢跨过河流及其他障碍物，来完成管桥施工。
6 工艺流程及操作要点
6.1 工艺流程
施工工艺流程见图2。

图2 工艺流程图
6.2 操作要点
6.2.1 力学参数检算
由于施工工艺原理运用了管道自身材料抗弯的特性，必须对管道根据设计跨度进行以后运营状态及施工操作状态两种形式中所受荷载的检算，所检算出来的弯矩值必须小于管道自身所产生的抗弯能力或小于管道运营时所受的弯矩值，才能应运该种方法施工。如果不进行力学计算，施工工艺操作过程中，荷载可能超过管道自身所产生的抗弯能力，造成工程本体材料破坏而报废。
管道的两种状态：
第一种为管道施工过程中牵引时状态，称施工状态。在该状态下管道是空的，在管道悬空牵引过程中，管道相当于一端为支点，一端为悬壁的梁的受力。
第二种为工程交工后建设单位投入生产运营时的状态，称运营状态。在该状态下管道是充满介质的（如水），管道受力相当于连续梁受力。
在运营状态下，管道抗弯强度小于管道自身所产生的抗弯强度（设计单位在设计时，通过计算管壁厚度已考虑其受力情况）。
在施工状态，考虑牵引设备的荷载，可适当乘以安全系数，按照经验值，安全系数K一般取1.15～1.25之间。
1 管道在运营状态时弯矩计算
该状态下支点处管道受力为力矩最大值，如上图3所示。

图3 运营状态荷载弯距图
荷载q1为钢管充满介质时的均匀荷载，则支点处力矩为：
Mmax=M支=0.125 q1L2
其中L为管桥支墩之间的中心距离，即跨距。
2 管道在施工状态时力矩计算
处于该状态，当管道端头即将到达支座处时，上一个支点处为力矩最大值，如图4所示。

图4 施工状态荷载弯距图
荷载q2为管道空管时延重及牵引设备等荷载。

×K
其中a为管道悬壁长度，为支墩之间的中心距离，K为安全系数。
当a = 时为最大值，则
M支max=- （负号表示弯矩向上）
3 管道自身的抗弯强度
由于管道设计直径、壁厚及材质各不相同，计算相对复杂，管道自身的抗弯强度可通过生产厂家获取。
4 核算弯矩值
只有当M（施工）＜M（管道自身）或M（施工）≤M（运营）时，才能应用该方法施工。
6.2.2首跨平衡体系
在管道刚开始牵引过程中，由于钢管在临时支架及管桥首跨处都处于架空状态，故要进行受力平衡计算，防止因首跨自重过大而发生翻转现象。如图5所示。

图5 首跨平衡体系
因管桥管道为匀质材料，每米重量相同，所以当L1＞L2时，整个体系不会发生翻转。考虑牵引设备及其他因素，可适当加长L1长度。
6.2.3构件加工
推拉法架设管桥的核心构件为临时支架和位于临时支架顶部及管桥支墩顶部的减阻承重滑轮组。
如图6与图7所示，临时支架与承重滑轮组自制，在加工时，先要经过受力计算，确保其受力状态下安全可靠。

图6 自制承重滑轮

图7 临时支架及滑轮
临时支架采用角钢及工字钢加工。
每个滑轮组共四个滑轮，其中底部两个为承重滑轮，侧面两个为定位滑轮。
6.2.4构件安装
构件安装分成三个组成部分，临时支架安装、墩顶滑轮安装及地锚安装。
临时支架安装：临时支架安装时河岸地基的承载力要满足需要，必要时可采取碾压或铺垫钢板等措施来提高承载力，避免支架在承重条件下沉降陷落及翻转倾覆。
墩顶滑轮安装：在施工支墩时，在支墩顶部预埋预留钢筋，将滑轮底座与墩顶预留钢筋焊接牢固。
地锚安装：地锚安装时尽量与管道处在同一平面上，以保证拉线水平，若因地形或其它原因限制，可适当降低地锚设置的高度，但拉线与管道轴线形成的角度不能大于20度。地锚拉力计算时，其滑动摩擦阻力估算，可套用常用吊装工程地锚设置。
6.2.5管道拼接
依据首跨平衡体系确定的临时支架与1#墩之间的钢管长度，标记各管节位置，吊装钢管进行焊接，钢管焊接符合《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》要求，并进行设计要求的X光检测工作。焊缝外表打磨光洁，避免顶推过程中妨碍滑轮滚动增加摩擦力，管道拼接如图8所示。

图8 管道拼接
6.2.6管道推拉平移
管道平移采取卷扬机牵引的方式，必要时，可以在管段后方布设一台挖掘机顶推管段，协助前方卷扬机牵引。
在牵引的过程中，严格控制牵引方向与管桥轴线方向共线，慢慢牵引管道移动，牵引速度控制在4m/min范围内。牵引推拉过程中，管道前后左右四个方向，均站人观测，旗语指挥索引。循环进行焊接、牵引推拉作业，直至管桥钢管全部就位。管道就位以后，墩台架设千斤顶，拆除滑轮组，放置永久性垫板支撑钢管。
7 劳动力组织
主要工种及人员见下表
主要工种及人员数量表
序号
工种名称
人 数
职责分工
1
领工员
1
全面负责现场施工
2
技术人员
1
负责技术工作，技术交底和各项记录
3
安全员
1
负责现场吊装及牵引时的安全工作
4
起重工
2
负责钢管吊装及牵引推拉减卷扬机操作
5
电工
1
负责现场电路的维护、电器设备安装
6
电焊工
4
钢管焊接及其它支架铁件制做
7
其他人员
2
现场搬运及其他工作
合计

12

8 主要机具设备
主要机械设备配置见下表。
主要施工机具构件表
序号
名 称
规格型号
数量
备 注
1
卷扬机
--
1台

2
自制承重滑轮
--
（2n+4）个
N为河中墩个数
3
普通热轧槽钢
--
30m
临时支架
4
汽车吊
--
1台
管道拼接
5
油压千斤顶
--
2台
滑轮拆除
9 质量控制要点
9.1 易出现的质量问题及控制标准
9.1.1 管桥为架空管道，架空跨度大，确保管道焊接质量成为该工法重点控制的工序。
9.1.2 管道牵引就位后，要确保其水平及高程位置的准确度。
管桥钢管允许偏差要满足下表要求。
管桥钢管允许偏差（mm）
项 目
允许偏差
轴 线 位 置
50
管道内底高程
D＜1500
+30
-40
D≥1500
+40
-50
9.2 保证措施
9.2.1 管道焊接质量符合《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》要求，一般进行焊缝长度5%比例的无损检测，确保焊缝质量，满足牵引顶推过程中管道抗弯要求。
9.2.2 管道牵引推拉架设就位后的位置，完全取决于各墩台顶部轴线及高程偏差，可以通过千斤顶拆除滑轮组后，使用的永久性支垫进行调节，使之达到要求。
9.2.3 焊缝外表要求打磨光洁，以防管道在牵引过程中受阻。
9.2.4 临时支架及滑轮制作必须满足受力要求。支架基础如承载力不足，必须进行处理。
9.2.5 滑轮组在支墩上要焊接牢固，防止管道在牵引过程中出现意外情况。
10 安全控制要点
10.1 主要安全风险分析
10.1.1 管道起吊作业安全风险高，是控制的重点；
10.1.2 牵引速度要控制在一定的速度范围，不能过快，以免出现故事；
10.1.3 现场临时用电安全。
10.2 保证措施

10.2.1 起吊作业前先进行试吊，将重物吊离地面10cm左右时，检查重物紧固情况和制动性能，确认安全后再进行起吊作业。
10.2.2 钢管不得在空中停留时间太长，起落速度要均匀，不得紧急制动和高速下落。
10.2.3 牵引顶推钢管时，钢管下方及牵引钢丝绳两侧5m范围内严禁站人。
10.2.4 牵引顶推时，领工员统一指挥起重工操作卷扬机，按照预设牵引顶推长度，缓慢逐步移动。
10.2.5 牵引速度不易过快，应控制在5m/min范围内。
10.2.6 工地临时用电一律采用“三相五线制”配线，每个临时配电板（箱）必须全部安装灵敏的漏电保护器。
10.2.7 用电设备开关的设置为“一机一闸一保险和漏电保护器”，保证能在任何情况下都可以使用电设备实行单独用电隔离，漏电保护器必须安装在设备负荷线的首端处。
11 环保措施
11.1 现场建筑施工垃圾，采用容器装运，严禁随意凌空抛撒。施工垃圾及时清运，适量洒水，减少扬尘。
11.2 现场临时道路经常洒水，防止道路扬尘。
11.3 施工现场临时食堂，设置简易有效的隔油池、定期掏油，防止污染河流。
11.4 施工现场提倡文明施工，建立健全控制人为噪声的管理制度。尽量减少人为的大声喧哗，增强全体施工人员防噪声扰民的自觉意识。
11.5 施工现场设立专门的废弃物临时贮存场地，废弃物应分类存放，对有可能造成二次污染的废弃物必须单独贮存，设置安全防范措施且有醒目标识。
11.6 废弃物的运输确保不散撒、不混放，送到政府批准的单位或场所进行处理、消纳，对可回收的废弃物做到再回收利用。
12 施工实例
12.1 工程简介
宁波市水环境项目配水管线C3标位于宁波市鄞州区鄞西横街、鄞江及古林三镇，该工程是为改善宁波市城区居民饮水质量，满足工业用水需要。工程为大型管网工程，主体工程为直埋DN2000钢管、DN2600钢管、DN2600PCCP管及5座管桥。管桥分别为DN2600×60（管径×长度）管桥一座、DN2600×20管桥一座、DN2000×20管桥三座、DN2000×50管桥一座。其中以7#管桥DN2600×28mm（壁厚）×60m为最大，河面宽50m，河岸地坪标高2.07m，管桥管道中心标高6.30m，河水水面标高1.13m，水深2.4m。河道两岸为水稻种植区域，含水率高承载力低的淤泥质粘土地质，重型吊装机械施工环境恶劣。
12.2 施工情况
我公司于2006年3月开始施工，2007年12月施工结束。由于管桥均位于河流之中，故管桥均采用牵引顶推法施工。施工过程顺利，每座管桥从管道进场止管道架设完毕，一般在3天内完成。
12.3 工程结果评价
12.3.1 经济效益
通过对以上技术经济指标的统计和分析，采用牵引顶推法施工管桥产生的直接经济效益如下：
1 一座管桥（三跨，每跨20m）采用起吊各项成本费用：
大型履带吊机进出场费：35000元 ；临时道路加固桥梁加固：10000元；履带吊机械费：60000元；合计费用为：105000元
2 一座管桥采用牵引顶堆法各项成本费用：
支架制造费用：8000元；地锚制造费用：1000元；滑轮制造费用：500元/个×12个=6000元；卷扬机费用：120元/台班×10台班=1200元；合计费用为：16200元。
3 节约费用：105000-16200=88800元/座；5座×88800元/座=444000元。
12.3.2 社会效益
1 本体利用理念的成功运用的成功范例，对各类工程施工有指导意义；
2 充实并发展了管道工程领域设计施工技术的内容；
3 在中铁系统首次使用这一项新工工艺，填补了中铁这一领域的空白。
12.4 建设效果及施工图片
因为该施工方法简单快速，又节约成本，多次得到业主及业内人士的好评。以下为施工实例图片。

图片9 拼装的首跨段管道

图片10 拼装好的首跨段管道

图片11 管道牵引平移

图片12 顶推就位后的管桥

图片13 顶推就位后的管桥

图片14 顶推就位后的管桥

编制人：苟引劳
审核人：张怀玉
市政环保公司　2011.6.20目录
第一章项目基本情况 3
一、项目情况说明 3
二、可行性研究的依据 5
第二章项目建设的必要性与可行性 8
一、项目建设背景 8
二、项目建设的必要性 9
三、项目建设的可行性 14
第三章市场供求分析及预测 17
一、项目区生猪养殖和养殖粪污的利用现状 17
二、禽畜粪污产量、沼气及沼肥产量调查与分析 18
三、项目产品市场前景分析 20
第四章项目承担单位的基本情况 21
一、养殖场概况 21
二、资产状况 21
三、经营状况 21
第五章项目地点选择分析 23
一、选址原则 23
二、项目选点 23
三、项目区建设条件 24
第六章 工艺技术方案分析 27
一、污水处理模式的选择 27
二、处理工艺的选择 29
三、项目工艺流程 31
四、主要技术参数 35
五、主要设备选型 39
第七章项目建设目标 40
一、项目建设目标 40
二、项目建设规模 40
第八章项目建设内容 42
一、建安工程 42
二、仪器设备 46
第九章投资估算和资金筹措 48
一、投资估算的范围 48
二、投资估算的依据 48
三、投资估算 49
四、资金使用计划 54
五、资金筹措 54
第十章建设期限和实施进度安排 55
一、项目建设期限 55
二、项目实施进度安排 55
第十一章土地、规划和环保 57
一、土地与规划 57
二、环境保护 57
三、安全防护 60
第十二章项目组织管理与运行 63
一、项目建设组织管理 63
二、项目建成后运行管理 66
三、项目运行费用 67
第十三章效益分析与风险评价 69
一、经济效益分析 69
二、项目风险评价 72
三、生态效益 75
四、社会效益 76
五、附表 77
第十四章招标方案 78
一、编制依据 78
二、招标范围 78
三、招标方式 78
四、招标组织形式 79
有关证明材料及附件 81