PCCP--内模法在南水北调中线崇青隧洞PCCP管道安装工程中的应用.doc

北京市高级专业技术资格评审申报论文 第-16-页

申报论文
（高 级）

题目： PCCP内模法在南水北调中线崇青隧洞
PCCP管道安装工程中的应用

单 位：
北京翔鲲水务建设有限公司

姓 名：
陈晓祥

课题方向：
水务建筑工程施工

2015年 05月 23日

摘 要
论文主要介绍了隧洞内洞穿管PCCP内模法的由来、特点、施工方法，通过对隧洞内PCCP内模法施工工艺的总结与完善，为今后同类工程施工提供有益的借鉴，并希望此方法能得到推广应用。设计有钢筋混凝土二衬结构的隧洞，其洞内PCCP安装通常是先分段完成二衬施工，再进行洞内PCCP安装，每安装一段管道还要对管道与二衬之间的空隙填充混凝土。而PCCP内模法是先进行PCCP安装，安装过程中就解决二衬钢筋安装问题，每安装一段管道，用PCCP当内模进行二衬混凝土填筑，从而减少了施工环节、降低了投资、缩短了工期。论文详细介绍了工程背景、工程难点、主要施工方法及经验总结。在施工方法中主要介绍了大口径PCCP管的吊卸及吊装、隧洞内PCCP安装及质量保证措施、如何同步完成二衬钢筋绑扎、每一仓段PCCP堵头模板安装、洞内自密实混凝土浇筑及二衬回填灌浆。在结论中提出，PCCP内模法施工工艺的应用是成功的，可以在控制投资的基础上，明显缩短工期，对于工期较紧的工程，值得推广应用。

关键词： PCCP洞穿管 内模法 自密实混凝土 推广应用

目 录
摘 要 ………………………………………………………………….…..….........Ⅱ
绪 论 ………………………………………………………………… …………….1
一、工程背景及施工难点……………………………………………..………………2
1、工程背景…………………………………………………………………... …….2
2、施工难点 ……………………………………... ………………………………..3
二、隧洞内PCCP管道安装………………………..…………………………………..4
1、隧洞内PCCP安装顺序……………………………………………………...……4
2、PCCP管吊装设备的选择……………………………………………………...…4
3、安装前的准备工作 ………………………………………………………...……4
4、洞内管道安装 ……………………………………………………………...……7
三、隧洞二衬填充混凝土施工……………..……………………………………… 12
1、混凝土拌和物性能选择…………………………………………………...……12
2、确定混凝土浇筑最长单仓长度及整条隧洞混凝土浇筑仓位布置图…………13
3、混凝土泵送设备及泵管安装………………………………………………..…..13
4、堵头模板安装……………………………………………..…………………….13
5、混凝土浇筑……………………………………………………..………………..14
6、回填灌浆………………………………………………..………………………..14
四、工程效果………………………………………………..………………………..15
结 论……………….……………………………………………………..……...16
参考文献……………….…………………………………………………………….17

-16-

绪 论
南水北调DN4000mm大口径PCCP管在隧洞内安装属国内首次，不但要解决洞内管道运输及安装问题，还要解决施工工序衔接及配合问题。设计有钢筋混凝土二衬结构的隧洞，其洞内PCCP安装通常是先分段完成二衬施工，再进行洞内PCCP安装，每安装一段管道还要对管道与二衬之间的空隙填充混凝土。但此方法施工工序多，施工周期长，不利于控制投资和缩短工期。实践证明，PCCP内模法能较好地解决这些问题。

一、工程背景及施工难点
1、工程背景
崇青隧洞位于南水北调中线（北京段）惠南庄～大宁调压池输水干线范围内，位于北京市房山区大苑上村东南，长480m，为Ⅰ级建筑物，隧洞上、下游接明挖埋设的PCCP管道。隧洞原设计为两条平行的内径4m的圆形输水隧洞，双洞中心距为20m，开挖洞径为6.16～6.42m，为方便施工，正式施工前变更为城门洞形，高度及宽度均为圆形断面直径，顶拱角度1800。初期支护为喷锚支护，厚度100～180mm。初期支护后进行二次衬砌作为永久支护，衬砌厚度400～450mm。成洞后洞内安装DN4000PCCP管，二衬与管道间回填混凝土，以避免管道发生位移，同时作为管节处的防腐措施。
由于地质条件复杂，洞室开挖进度缓慢，隧洞贯通后工期已经拖延，如果继续执行原施工方案，即先进行二次衬砌施工，再进行洞内PCCP管安装，然后进行PCCP管与二衬间混凝土填充，可能影响到全线通水目标的实现。为保证工程如期通水，经研究，决定采用PCCP内模法施工，即先进行PCCP管安装，安装一定长度后将此段PCCP管作为二衬混凝土的内模，将隧洞二衬和管道填充混凝土同时浇筑完成，这样就节省了一次二衬模板安拆及混凝土输送泵安拆的时间，可以提高施工效率，缩短工期。

2、施工难点
大直径PCCP管洞内安装在国内尚属首次，无任何经验可循，隧洞内PCCP内膜法更是对施工提出了严峻挑战，难点主要体现在以下几个方面：
⑴、本工程安装的PCCP管道直径大，为现今国内PCCP管道最大管径，单节管道吨位达63～65吨，吊装难度大，对吊装设备要求高。且隧洞进出口场地狭窄，如何布置吊装设备，既能顺利完成PCCP管的卸车，又能照顾到左右线的管道吊装，成为施工前的首要任务。
⑵、大直径PCCP管洞内安装在国内尚属首次，选择合适的安装设备及工艺将成为施工成败的关键。
⑶、由于PCCP管安装后，管外壁与一衬间净距只有60cm左右，在如此狭窄的空间内进行二衬钢筋绑扎将非常困难，应认真研究解决。
⑷、二衬填充混凝土浇筑过程中，如浇筑速度控制不好，管道加固不牢，将会发生漂管及跑模事故，因此如何防止漂管及跑模将成为保证施工质量及进度的关键。
⑸、隧洞腰线以上部位混凝土浇筑空间狭小，厚度为60cm。PCCP管道上不允许开浇筑仓口，隧洞腰线以上部位无法振捣，须采用高流动性特种混凝土。
⑹、工期紧，安装强度大，必须保证不间断施工。

二、隧洞内PCCP管道安装
1、洞内PCCP安装顺序
由于崇青隧洞较短，最终选定管子从进口运入，由隧洞出口向进口倒退安装的安装顺序，双线由两套设备同时安装。
2、PCCP管吊装设备的选择
由于大跨度龙门吊一次购进费用太高，且现场也不具备大跨度龙门吊的安装条件，施工中选择了150t履带式吊车作为洞外PCCP管卸车、吊运的设备。由于隧洞双线同时安装，吊车就位于隧洞进口外两洞之间，吊车与洞口间预留钢筋安装平台，使左右线PCCP管吊运就位点及钢筋安装平台均位于吊车的起吊半径内。
PCCP管隧洞内吊装采用中国水电三局与太原重型机械股份有限公司合作开发研制并获国家专利的电动隧洞驮管车4000型，其主要部件的结构可以分为四个主要部分：行走机构、承载主梁、驮管小车及液压操作系统，行走机构轮距1.7m。此设备设计载重能力为80t，而PCCP管加上外圆钢筋重量为65吨左右，载重能力满足要求，此设备可以完成PCCP管道的起重、运输及管道对接安装。

3、安装前的准备工作
（1）测量放线
测量必须提前根据施工控制点放出每条隧洞的轴线，同时将高程点引至洞口附近，以满足施工过程中的测量控制。

（2）清基（包括降、排水）
施工前应对洞内积存的石渣、淤泥进行清理，同时做好洞内排水工作，确保洞内清洁、无积水，为混凝土施工提供条件。
（3）垫层混凝土施工
洞内垫层基础清理完毕后，立即进行垫层混凝土施工。
（4） 城门洞型下半幅矩形钢筋绑扎
垫层混凝土浇筑完成并具备一定强度后，进行城门洞型下半幅矩形钢筋（二衬外层筋）绑扎。
（5）轨道基础（二衬底板）混凝土浇筑
城门洞型下半幅矩形钢筋绑扎完成后进行二衬底板混凝土浇筑，此底板将用作轨道基础。
（6） 城门洞型上半幅钢筋绑扎
由于城门洞型上半幅外围钢筋不能预制后随管子进洞安装，必须在洞内按设计要求绑扎完毕方能进行管道安装。为加快施工进度，此部分钢筋可在底板混凝土养护期内与驮管车轨道安装安排流水施工。
（7）4000型洞内驮管车轨道安装及试运行
根据隧洞驮管车的特征数据和各个起始点的高程、管道设计坡降，放线定出驮管车轨道中心高程和坡降，为节省时间，在浇筑底板混凝土时埋入埋件，调整轨道安装垫板的高程和水平，确定无误后，进行混凝土浇筑，同时确保轨道垫板与混凝土浇筑面保持水平。待混凝土达到50％强度后，将43Kg/m的轨道放置在垫板上，再复测轨道的中心和坡度，然后将轨道直接与垫板焊接。轨道安装与洞内上半幅外围钢筋绑扎可以安排分段流水施工，以加快施工进度。
轨道安装完毕，将专用驮管车安装在轨道上，先空车试走整条隧洞，检查轨道安装情况，之后将事先按照PCCP管外型尺寸作好的模型试管放在托管车上，调整至设计高程，再沿轨道行走整个隧洞，检查隧洞净空是否满足PCCP管的安装要求，如不满足，要及时进行调整，直至满足设计和管道安装要求。
（8）混凝土输送泵管、回填灌浆管及其它管路、观测仪器安装
施工前一定要做好各种观测仪器及预埋管道的安装，并做好隐蔽工程验收，确保安装质量。混凝土泵送管应根据混凝土浇筑仓位布置图提前安装在隧洞顶部。回填灌浆管应严格按设计方案进行安装。
（9）150t履带式吊车进场安装。
在轨道安装完成后且驮管车进场前，进行履带式吊车现场安装调试，之后完成驮管车卸车安装及调试。
以上各顶工作完成后就可以正式进行管道安装。

4、洞内管道安装
（1）PCCP管进场验收
由于洞内空间不足，当发生接口打压不合格及安装困难时，拔管及管道旋转都非常困难，因此必须把好管子进场检验关。要派专人对管子的圆度、管口垂直度、管壁混凝土缺陷等进行检查，对于外观质量不合格的管子坚决不能使用。根据以前的安装经验，管道承插口圆度偏差≤6mm时，才能保证安装成功率，否则将会出现安装困难或接口打压漏水，因此必须严格控制承插口圆度偏差。
（2）管道吊卸及管道外侧钢筋（二衬内层筋）绑扎
隧洞二衬外层城门洞形钢筋已于PCCP安装前绑扎安装完毕，为解决内层环形钢筋安装问题，环形钢筋的纵向配筋必须每5m截断，才能随每节管子一起进洞安装。PCCP管道由平板车或专用驮管车运至洞口吊装平台后，由150t履带吊将管子吊运至钢筋绑扎平台，先在管道上半圆安装一层闭孔泡沫板，然后在管道外壁绑扎二衬环形内层钢筋。
（3）驮管车驮管
将已完成钢筋绑扎的管子用150t履带吊沿轨道方向放置于驮管车之前的双轨道之间，并在管道之前安放一顶高与管道内底一样高的平板车，如图2-1所示：

图2-1
缓缓开动驮管车，使橡胶轮部分完全插入管道内，将橡胶轮液压缸伸出，橡胶轮落于管道内壁底部，并完全受力，此时将驮管车前钢轮升起至钢轮高于管道内底，如图2-2所示：

图2-2
开动驮管车，使驮管车橡胶轮沿管道内底继续前行，直至橡胶轮开至管道前的平板车上，此时橡胶轮所承驮管车自重由平板传至轨道，如图2-3所示：

图2-3
继续缓缓开动驮管车，使平板车与驮管车一体前行，直至驮管小车液压缸上的驮管架处于管道正中，此时驮管车的前钢轮刚好完全伸出管道，如图2-4所示：

图2-4
将驮管车前钢轮液压缸伸出，前钢轮完全受力，将橡胶轮液压缸收回，撤掉平板车，然后将驮管小车上的液压缸升起，使管道完全离地，对管子外围安装好的钢筋按设计图纸要求调整后，驮管车可以驮着管道及钢筋一同进入遂洞，如图2-5所示：

图2-5
（4）驮管车对接管道
驮管车驮着管道进入遂洞，待到达管道对接部位时，将驮管车停在橡胶轮完全插入已经安装并固定好的管道内部，如图2-6所示：

图2-6
启动驮管车液压系统，使驮管车橡胶轮液压缸伸出，橡胶轮完全受力，将驮管车前钢轮液压缸升起，钢轮高于安装好的管道底后，继续开动驮管车至对接管口间隙为100mm处，如图2-7所示：

图2-7
利用驮管车后行走机构上的夹轨器将驮管车与轨道夹在一起，启动液压系统，利用驮管小车上的前后液压缸调节前后管道的中心高程，完成中心对中。
待中心对中后，对承插口进行清洗、涂食用油、套橡胶圈；然后启动使驮管小车前后移动液压缸，缓慢使承插口对中插入。在管道内的工作人员监视插入情况，待接口间隙达到规范要求后及时发出信号，停止插入。再次复核、调整管子中心高程、管子安装开口度并进行接口打压，当以上各项偏差满足设计要求后，对管子进行初步支撑，然后退出驮管车。

（5）隧洞内PCCP管道验收
在管道加固完毕后，需要对PCCP管道接头进行打压试验。在管道安装时应注意调整接头的打压孔和排气孔到合适的位置。打压试验根据设计要求执行，打压参数如表2-1所示。
表2-1 打压控制参数表
序
号
打压次数
设计要求
保证方法
1
第一次压力试验
（管道安装完成进行）
0.6Mpa
保压5Min无渗漏
指针式压力表检测
2
第二次压力试验
（安完第三根时进行）
0.6Mpa
保压5Min无渗漏
指针式压力表检测
3
第三次压力试验
（回填混凝土浇筑后48小时后、抹缝前进行）
0.72Mpa
保持5Min无渗漏
指针式压力表检测

三、 二衬混凝土施工
1、 混凝土拌和物性能选择
因仓内空间狭小且布设有钢筋，人工无法进仓振捣，PCCP管作为内模其外壁又无法安装附着式振捣器，为保证混凝土密实，经研究决定采用预拌自密实泵送混凝土。自密实混凝土必须保证坍落扩展度在600mm～700mm之间，具有高流动性、较好的粘聚性及自行填充性。因一次浇筑时间较长，为保证浇筑连续性、避免发生堵管事件，将混凝土初凝时间延长至12.5小时，但终凝时间不超过15小时
2、 确定混凝土浇筑最长单仓长度及整条隧洞混凝土浇筑仓位布置图
正式施工前应确定混凝土浇筑最长单仓长度，此长度同时也是洞内PCCP管的一次最长安装长度，之后根据洞内PCCP配管图确定整条隧洞混凝土浇筑仓位布置图。混凝土浇筑单仓长度受混凝土流动性、泵送压力、模板支撑情况等条件限制，太短则施工效率低，太长则容易发生质量事故，必须认真研究确定。经过单仓20m及40m混凝土填充试验，两种方案均获得了成功，但40m方案较20m方案节省了一次堵头模板安拆及混凝土浇筑准备时间，效率更高，经研究确定为最终方案。
3、混凝土泵送设备及泵管安装
由于混凝土运输车洞内行走困难，决定用混凝土泵从隧洞进口或出口向仓内泵送混凝土。崇青隧洞全长480m，高6m，为确保安全，混凝土泵送距离控制在300m以内，进口及出口均能布置混凝土泵。
经试验得知，仓内洞顶混凝土输送管出料口应尽量靠近内侧堵头模板，距离不超过3m，也就是说40m的仓段，泵管至少要伸进仓内37m，才能保证填充饱满，否则泵管出料口前端将无法填满。
4、堵头模板安装
（1）采用嵌缝材料—浸油木板作为衬砌堵头模板。由于模板尺寸不规则，可以分区分块预制后按顺序进行拼装。考虑到承受的混凝土侧压力较大，堵头模板必须在混凝土浇筑前支撑牢固，防止跑模。
（2）堵头模板采用“里拉外撑”的施工方法加固，以“拉”为主。间距50cm横截面10×10cm的方木紧贴模板外侧竖向布置，模板外侧每70cm布置2根架子管作为Φ20对拉钢筋外楞，架子管横向布置，其上设150×150×10mm铁片垫块，Φ20对拉钢筋通过垫块螺栓将架子管、方木、模板与内侧锚桩连接紧凑，采用螺栓紧固成整体。锚桩设置在仓内距堵头模板2m左右的洞壁上，为Φ25钢筋垂直植入洞壁100cm，外露30cm。
（3）由于洞室喷射混凝土侧墙表面粗糙不平，堵头模板与洞壁之间的空隙采用水泥砂浆进行封堵，防止漏浆、跑浆。
5、混凝土浇筑
（1）隧洞内管道混凝土回填过程中，应尽量控制混凝土浇筑速度，避免由于未凝固混凝土上浮力超过极限造成PCCP管道的漂浮。
（2）为避免发生堵管及出现混凝土冷缝，应安排好混凝土的生产、运输、浇筑等环节，保证连续浇筑。
（3）混凝土浇筑过程中，应加强对模板变形及PCCP管道位移的监测与测量，如发现变形模板变形或PCCP管道位移较大或有发展的趋势，应立即停止浇筑，对模板及管子进行再次加固，避免跑模或漂管。
6、回填灌浆
回填灌浆按照设计要求，在混凝土浇筑前布设灌浆管，并固定牢固，灌浆孔、排气孔均设置在洞内每80m一根的钢制管件上。回填灌浆根据混凝土衬砌进度按80m一段进行，灌浆前混凝土强度应达到设计强度的70%。灌浆施工严格按照规范进行。

四、工程效果
本工程应用PCCP内模法顺利完成了崇青隧洞洞穿管的施工，在控制原有投资的基础上，比原方案缩短工期，保证了工程如期通水试运行。
结 论
实践证明，PCCP内模法的首次应用是成功的，特别是在缩短工期方面。它是一种创造性的施工方法，是南水北调工程技术人员集体智慧的结晶。随着大口径PCCP在国内供水工程中应用的增多，希望能进一步改进与完善洞穿管施工工艺，不断推动PCCP安装技术的发展。

参考文献
[1]《南水北调中线干线工程PCCP安装指南》（试行）中线局工[2005]30号

[2]《自密实混凝土应用技术规程》CECS 203:2006