3 m内径PCCP管道内拉法安装器具的研制及应用.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，20233 m内径PCCP管道内拉法安装器具的研制及应用张民录，张坚（河南宏宇工程监理咨询有限公司，河南 濮阳 457000）收稿日期：2022-11-29作者简介：张民录（1970），男，河南范县人，正高级工程师，主要从事水利工程施工监理工作E-mail：摘要：外拉法安装大口径PCCP管道的局限性，不适合安装管节质量较大的管道；内拉法比较适合安装PCCP管节质量较大的管道，内拉法安装器具主要由2根背靠背焊接的20#b横担槽钢、2根钢绞线、2台液压千斤顶及配套的液压泵等组成，安装时在管道内部用张拉机械通过钢绞线对两端槽钢施加轴向力，拉动被安装管道向已安装管道靠拢，管节端部受力均匀，施力方向、大小易于控制，避免了外拉法管节外侧与钢线绳捆绑处及导链接触处的环氧沥青防腐层磨损。同时，对外拉法安装过程的质量控制、安全管理进行了阐述，也进行了经济效益分析。关键词：3 m内径PCCP管道；内拉法；安装器具中图分类号：TV52文献标志码：Bdoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.045河南省南水北调受水区新乡供水配套工程32号输水线路第一、第二施工标主要施工内容包括管径为DN 3000的PCCP管道安装，管线长分别为2 500、3 421 m。PCCP管道为钢筒预应力混凝土管道，本工程管道每节长5 m、内径为3 m，每节管道重约35 t、两端分别为承口和插口，管节之间通过承口与插口相连，承口与插口之间通过两根橡胶密封圈密封，承受管道输送高压水流的水压力，承口与插口之间安装内缝设计宽为2 cm。1外拉法安装的局限性新乡南水北调配套工程32号输水线路第一施工标PCCP管道在开始安装初期是学习外地安装的施工经验，采用外拉法施工，即在被安装的管道和已安装的管道外围捆上钢丝绳，将被安装管道与已安装管道对接在一起，调整好高程和轴线在管道两侧分别用两根导链连接两根管道上捆绑好的钢丝绳，拉紧导链，将被安装管道拉入已安装管道。当管道直径较小、管节重量较轻时采用外拉法有一定的适用性，因为被安装管节与砂垫层的摩擦阻力较小，采用外拉法易于拉动被安装管节移动进行安装。但是本工程管节重量较大，管节与地面的摩擦阻力较大，采用外拉法需施加较大的拉力才能拉动管节移动进行安装。在实施过程中，因为捆绑在两条管道上的钢丝绳受到的非轴向力，加之两侧受力不均导致管道受力合力非轴向力，容易造成管道内侧对接槽口边缘混凝土挤坏、管道外侧与钢线绳捆绑处及导链接触处的环氧沥青防腐层磨损，还要重新修补。因为受力不正，将管槽调整到设计与规范内费工、费时、费力，工效低，安装质量差，导致费用高。2研发过程为了提高PCCP管道安装进度，保证安装质量，监理部与项目部针对PCCP管道安装的具体特点，组织有关人员对PCCP管道安装技术进行改进，将安装方法由外拉法改为内拉法，并对安装器具进行了配套制作，成功地应用于工程施工。2.1研制思路相邻两节已安装PCCP管道的内槽缝设计缝宽为2 cm，可用1根割掉两端翼缘的槽钢插进管槽作为横担，在该槽钢的背面设置两台穿心式千斤顶，用穿过千斤顶及槽钢的钢绞线与另一头的槽钢横担相连，另一端用另1根槽钢靠在被安装管道的外端，以被安装管道作为支撑座，钢绞线分别锚固在千斤顶及另一端槽钢的外侧，钢绞线的长度比4节管道的长度稍长一些。依靠已安装好的3节PCCP管道与地面的摩擦力作为管槽横担的稳定支撑，用液压千斤顶施加拉力进行张拉，带动被安装管道向已安装管道平移，从而完成管道安装。2.2安装系统组成安装系统主要由2根横担槽钢、2根钢绞线、2台液压千斤顶及液压泵等组成。2.3受力校核计算因管道在安装时施加张拉力前，管道安装方向端的高程和中线位置已调整好，满足设计及规范要求，管道是处于吊车吊离地面的悬吊状态，在管子的张拉过程中为保证安装位置的准确性，吊钩是处于静止状态的。1节PCCP管道的质量约为35 t，张拉前被安装管道与已安装管道已对好并紧靠，距离设计位置约30 cm长，也就是张拉时管道的水平位移为30 cm，因此安装管道拉力的反作用力主要包括吊绳拉力的水平分力和管道插口的摩擦力。而插口的摩擦力不易推算和估计，因插口和承口靠两道背挤压的密封胶圈间隔密封，承插口安装挤压时所受的摩擦力视承插口的圆度及内外径的配套性，摩擦力变动幅度可能较大，甚至施一个较大的张拉力也不能安装到位。摩擦力按两倍吊绳的水平分力估算，估算后的受力数据考虑一定的安全系数。吊车吊钩到管段重心点的距离为15 m，设F为吊绳的水平拉力，则F=35 t0.3 m/15 m=0.7 t，加上对接时承插口插入时的摩擦力取2F，取安全系数1.5，钢绞线的拉力取F=0.7 t31.5=3.2 t，即每根钢绞线承受的拉力为1.6 t。经计算钢绞线所承受的力不小于6.7 t，足以满足张拉要求；同时，管槽槽钢需要承受的剪力足以满足抗剪要求。因钢绞线紧靠管道内壁，所以横担槽钢所承受的弯矩很小。根据市场情况，选30 t的电动油压千斤顶，配柴油发电机为千斤顶液压油泵提供动力。2.4管道垫层的准备及张拉器具的安装（1）管道砂垫层的准备。基槽验收合格后开始摊铺砂垫层，厚度20 cm，铺设完成后对管槽底部铺设的砂垫层的相对密度、宽度、厚度、高程及轴线进行验收，符合要求后才能吊装管道。铺设厚度、压实后高程、平整度施工单位按1组/10 m自检，监理单位按3组/100 m抽测。相对密度按照垫层区（区）的设计要求进行现场取样试验，施工单位按1个/50 m自检，监理单位按1个/1 000 m平行检测，对施工单位自检全部实行跟踪检测。铺设厚度允许偏差范围为（-20+20）mm，压实后高程允许偏差范围为（-20+20）mm，平整度允许偏差为10 mm/2 m，压实指标不小于设计值1。为了管道承插口对接方便、顺畅，经过验证，采用在待安装的管节位置前进方向一端垫一层50 cm宽（沿轴线方向）、虚铺厚度45 cm的砂层，这样将使安装好的管道前进方向略微高一些，安装下一节管道对接时就比较容易，避免了因对接管道挖除接口下部分砂垫层和对砂垫层的扰动，保证了管缝对接的高程符合规范要求，加快了施工进度。（2）管道吊入管沟初步就位。管道入管沟前，现场监理人员再次逐根对管道的外观质量进行检查，符合质量标准的准予安装；下管时，管沟下方不得有人停留。管道吊装时应采用两点兜身吊，严禁采用穿心吊，起吊索具应采用柔性材料，防止对外防腐层的破坏。吊装管道时，吊带挂在管道中心略偏后方位置，使得即将对接的端部略低，给管节留出上下移动的空 88人 民 黄 河2023年S1间，便于承插口对接。管道应一次大体就位，施工人员对承插口环工作面进行清理，涂抹食用级植物类润滑油，做到环面光洁、无破损、无毛刺、无污物，工作面光滑，无突起异物，润滑油涂抹均匀。橡胶圈套入插口环凹槽后，应用钢棒插入橡胶圈下绕整个接头转一圈，使胶圈在插口各部位上粗细均匀，且无扭曲、翻转现象。管道对接就位时，应避免碰撞及损坏外防腐层，就位过程中质检人员应对管道高程、轴线、安装间隙进行检测，符合质量标准时，将管道安装到位。如偏差超过范围应进行调整，直至满足质量标准要求。安装高程允许偏差为20 mm，轴线安装偏差允许为20 mm，承插口安装后间隙允许偏差为（-10+5）mm1。（3）内横担及千斤顶就位。将割掉两端边缘的槽钢卡在已安装好的PCCP管道管槽里，该槽距将要安装的管节处端口的距离约为20.3 m（4节管段加安装平移距离），将2台千斤顶安装在管道安装方向的反方向，穿上2根钢绞线，将钢绞线在千斤顶的外侧锚固。在受力横担槽钢与管端混凝土接触面上垫上一层橡胶软垫，以防管端面混凝土不均匀受力被压坏。（4）外横担就位。在安装管道的外端手扶横担槽钢穿过钢绞线，槽钢背面靠被安装管道的边缘，钢绞线用锚具锚固的槽钢用人力拉紧，以防槽钢、千斤顶从安放位置滑脱。在受力横担槽钢与管端混凝土接触面上垫上一层橡胶软垫。2.5张拉牵引管道安装及质量控制用两台液压千斤顶同步对钢绞线进行张拉，从而牵引被安装管节插口插入已安装管节承口。在对接过程中，根据实际情况采取同步张拉或左右间歇张拉，同时通过上下移动管节，使得管节顺畅成功对接。检查张拉前安装管段外端口管底顶面的设计高程、轴线是否符合设计和规范标准要求，如不符合要求进行调整，直至符合规范要求。初步张拉到单根钢绞线理论受力的50%时，停止张拉，经稳定2 min检查无异常情况后继续张拉。张拉到理论受力的80%停止，经稳定2 min检查钢绞线的锚固，横担槽钢是否有变形及大小，如没有问题继续张拉。再次张拉时，密切关注外横担的变形及钢绞线的端口情况，是否有异常，如有异常立即停止，直至被安装管道与已安装管道管槽之间宽度达到安装标准规定的宽度范围以内（设计宽度为2 cm），此时停止张拉，并迅速在管道下方两侧垫上砂填料并捣实；松开管道吊装绳，检查被安装管节外端的中线、高程是否符合设计及标准要求，如不符合进行微调，并对管节接头进行打压试验。以上检查符合设计要求后抽出管道吊带，该节管道安装完成，可以进行下一管段的安装。2.6管道接头打压管道安装完成后，对接头进行打压检验，检验标准为加压至设计试验压力，恒压5 min，压力不下降1。打压检验分3次进行：第一次接头打压检验：管道安装完成后，随即进行接头打压，以检验接头的密封性。接头打压应使用经过率定的专用加压泵，从接头下部的进水孔压水，上部排气孔排气；排气结束后拧紧螺栓，加压至管道工作压力，保持5 min压力不下降，即为合格。第二次接头打压检验：每安装3节PCCP管后，应对先前安装的第一根管接缝进行第二次接头打压，检验方法同第一次。第三次接头打压检验：打压检验在管顶回填完成后进行，检验方法同第一次。检验完成后打压孔拧紧螺栓并用砂浆封堵。2.7PCCP管道接缝处理先对PCCP管道内、外缝清扫干净，除去灰尘和油污，保证基层干燥。经过检查后再安装聚乙烯闭孔泡沫板并预留聚硫密封胶的填缝厚度（内缝设计为4 cm、外缝为5 cm），预留聚硫密封胶填缝厚度允许偏差（-55）mm1，经检查符合设计要求后，再进行聚硫密封胶的填缝施工。聚硫密封胶的填缝施工应做到表面平整、无干缩，内部密实、无空鼓现象。外缝在聚硫密封胶施工完成后再涂刷环氧煤沥青，每侧超聚硫密封胶厚度为2.5 cm。2.8安全控制（1）管道吊装时设专人指挥，用专门的帆布吊带双点兜身吊装管道，履带吊的安全工作力矩足够大，起吊时富余一定的安全量，确保吊车本身工作安全。（2）吊装时加强对管槽边坡的观察，如出现边坡失稳现象立即停止吊装及槽内作业，撤出槽内作业人员，及时采取安全措施。（3）管道对节张拉时，分阶段进行，每阶段张拉完成后稳定2 min再进入管道检查，张拉时作业人员不得站在张拉方向的两端附近，应处在较为安全的区域。（4）张拉对接时，不得因为难以将管道接口张拉到位，而无限增加千斤顶张拉力，导致管道接口损坏或槽钢横担损坏等，以致出现安全事故。3案例及效益分析河南省南水北调受水区新乡供水配套工程32号输水线路第一施工标段PCCP管道总长2.5 km、内径为3.0 m，采用本施工技术，加快了施工进度，保证了施工质量，降低了工程成本，比外拉法安装节约直接费用约为48.3万元。管道安装长为2.5 km，外拉法实际施工日进度约为40 m/d，内拉法为约为75 m/d，考虑由于征迁、地质、设计变更、管道供应等原因实际平均进度约为以上进度的1/2。即完成该段施工外拉法约需2 500 m40 m/d2=125 d，内拉法需2 500 m75 m/d2=66.7 d。所需安装及回填管底砂料人员10人，另外安全管理1人、测量1人、质检1人、监理旁站1人，共14人，150 t履带吊车1台，装载机1台，内拉法需柴油发电机1台。人员平均工资1 万元/（人 月），150 t履带吊车每台月租价格约10万元，1.5 m3装载机每台月租价格约2万元，小型发电机每台每月0.8万元。外拉法完成该段安装所需人工、机械费用：14 人10 000元/（人 月）+1台吊车100 000元/（台 月）+1台装载机20 000元/（台 月）30 d125 d=1 083 333元。内拉法完成该段安装所需人工、机械费用：14 人10 000元/（人 月）+1台吊车100 000元/（台 月）+1台装载机20 000 元/（台月）+1 台 发 电 机 8 00030 d90.6 d=599 799.4元。内拉法比外拉法节约直接费用约为108.3万元-60万元=48.3万元。4结论（1）在管槽内插入1根背靠背焊接的20#b横担槽钢，在管道安装方向端口也放置1根背靠背焊接的20#b横担槽钢，在插入管槽的槽钢外侧设置2台30 t穿心式千斤顶用于张拉钢绞线（钢绞线采用15-75规格），2根钢绞线两端分别锚固在千斤顶和槽钢外侧。（2）在管道内部用张拉机械通过钢绞线对两端槽钢施加轴向力，拉动被安装管道向已安装管道靠拢，直至管缝达到设计要求。管节端部受力均匀，施力方向、大小易于控制，避免管节外侧与钢线绳捆绑处及导链接触处的环氧沥青防腐层磨损。（3）在待安装的管节位置前进方向一端垫1层50 cm宽（沿轴线方向）、虚铺厚度约5 cm的砂层，方便安装下一节管道时对接。外拉法安装时为了接口对接方便，作业人员往往在管节接口正下方的砂垫层上挖1个宽约30 cm、深约20 cm的槽，实践证明这样做会使安装的管底高程越来越低，造成管底高程和管节下部接缝超过安装标准，因此必须拆掉几节管节重新安装。参考文献：1 河南省南水北调中线工程建设领导小组办公室.河南省南水北调配套工程PCCP管道工程质量评定办法（试行）S 郑州：黄河水利出版社，2013：6578.【责任编辑简群】89