滑輪組合牽引系統快速安裝T型球墨鑄鐵管施工技術的應用

李志強，陳小波，向起來

（重慶建工市政交通工程有限責任公司，重慶 400021）

0 引言

球墨鑄鐵管已被廣泛應用在城鎮給水、燃氣管道中，是一種用戶認可度高的成熟產品。T型球墨管采用滑入性柔性接口，具有結構簡單、安裝方便、密封性好，能適應一定的基礎變形等特點[1]。一般采用“倒鏈法”進行安裝，即在接口處安裝鉤頭、鋼繩、倒鏈（或電動葫蘆）后，由人工牽引將管道拉入承口。在實際操作中，隨著安裝管道口徑的增大，安裝所需牽引力增加，人工牽引就變得更加費時、費力。

針對該問題，筆者開展專項研究，對安裝方法進行了深化設計，依靠滑輪組合系統改變機械牽引力方向，利用吊裝設備替代人工牽引，實現了T型球墨鑄鐵管快速安裝（簡稱滑輪組法）。實踐證明，采用滑輪組法安裝T型球墨鑄鐵管效率更高、成本更低，具有顯著的經濟效益和社會效益。

1 工藝原理

根據擬安裝管道的參數指標，計算管道連接所需外力。合理選定鋼繩、滑輪、吊索（吊帶）等組件的型號、規格，組成滑輪組合牽引系統（圖1）。動滑輪A與定滑輪B分別由吊索（吊帶）固定在兩段管道的L/2處，通過與定滑輪B連接在一起的導向滑輪C，將吊裝設備提供的豎直向上的牽引力轉換為水平拉力，使管道進入承插口。由于動滑輪A與定滑輪B與管道軸線夾角較小，其產生的豎向分力不會使管道脫離地面。管道的承插深度L0由管道自身構造要求確定。鋼繩的牽行長度Lm與管道承插深度L0間存在可確定的數量關系，即Lm=mL0（Lm鋼繩的牽行長度，m鋼繩工作繩數，忽略鋼繩受力下的變形）。根據這個數量關系，確定鋼繩牽行長度Lm，用“限制環”限制鋼繩牽行長度可實現對承插深度的控制。通過調整滑輪個數n、滑輪工作繩數m，以實現對牽引力F、牽行長度Lm調整控制。

圖1 滑輪組系統示意圖

2 技術特點

（1）機械化作業提高施工效率。通過滑輪組改變力的作用方向，將豎向牽引力變為水平拉力，使豎向提升設備能夠完成管道軸向的牽引工作。將效率更高的豎向提升設備替代人工小型機具進行作業，極大地提升了施工速度。

（2）提高吊裝設備的使用效率。吊裝設備在管道施工中通常僅用于管道裝卸及管道入槽，設備利用率低。該技術以吊裝設備提供安裝牽引力，且安裝施工速度快，同臺吊裝設備即可實現管道下車、入槽、安裝的同步作業。

（3）適用性強。利用滑輪組的特性，通過增加滑輪個數、工作繩數等，達到調整牽引力和牽引長度的目的，以滿足各種規格的管道安裝施工。

（4）能有效確保管道安裝質量。滑輪組合系統將豎向牽引力改變為管道軸向的拉（壓）力，受力均勻。同時，在鋼繩上設置醒目的限制環，更易于指揮人員和吊車操作人員觀察承插情況，能有效控制管道承插深度，保證安裝質量。

（5）原理簡單，操作方便，投入成本低。該工法所涉用的滑輪、鋼繩、吊帶等材料工具，普通常見、價格低廉，且非一次性投入，可反復多用途使用。該技術原理簡單，操作簡易，具有很強的推廣性。

3 施工方法

3.1 工藝流程

管道安裝工藝流程如圖2所示。

3.2 施工準備

（1）溝槽驗收合格。溝槽地基承載力以及地基處理滿足設計要求。槽底高程、槽底中線每側寬度、溝槽邊坡在允許偏差范圍內。溝槽支護符合國家標準《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》GB 50202的相關規定。接口工作坑配合管道鋪設開挖完成，開挖尺寸符合施工方案要求。

（2）管材進場質量檢查合格。管節及管件的規格、尺寸公差、性能滿足相關規定和設計要求，外觀無裂紋、無缺陷。

（3）專項施工方案按規定程序完成審批，對作業人員進行安全技術交底。

3.3 管道吊運入槽

（1）管道可采用吊車、隨車吊等設備進行吊運。使用專業吊鉤、外包膠管的吊索或者兜身吊帶等對管道進行捆綁起吊，以避免對管道防腐層造成損傷。綁扎所用的吊索（鉤）、卡環、繩扣等規格，以及管道吊點位置都需經過計算確定。

（2）起重設備架設位置不得影響溝槽邊坡的穩定性，與架空電線、建筑物等構造之間需保持安全距離。

（3）采用該技術安裝管道效率較高，起重設備可直接從運輸車上逐根起吊管道，直接入槽，實現下車和入槽兩環節相統一。管道提升和下放過程應平穩、緩慢，不要晃動避免撞擊。

（4）在管道安裝前，宜將管節、管件按照施工方案要求進行擺放，便于吊運安裝。管道安裝施工方向宜從下游開始，承口朝著流水方向。管身軸線按溝槽中線對正定位。

（5）吊裝大管徑、重構件時，需先進行試吊，確認無問題后，方可正式起吊[2]。

3.4 承插準備

（1）第一節管道就位后或下一節管道安裝前，進行承口清理、膠圈安裝及承插口潤滑等承插準備工作。

（2）使用毛刷、抹布等清除承口內部油污、飛刺、鑄砂及凹凸不平的鑄瘤；插口外工作面修整光滑，不得有缺陷、裂紋；插口段損壞部切割后，必須對新切端口進行倒角及磨圓處理，以防止安裝時損壞膠圈[3]。

（3）承插口清潔完畢后，將橡膠圈裝入承口凹槽。橡膠圈與管材需配套使用，材質符合相關規范的規定，外觀應平整光滑，不得有裂縫、破損、氣孔、重皮等缺陷，每個橡膠圈的接頭不得超過2個[4]。

（4）橡膠圈安裝經檢驗合格后，涂刷無腐蝕性的潤滑油（劑）。在膠圈工作面和另一支插口工作面涂上潤滑油（劑）。插口工作面涂抹潤滑油（劑）時，應從坡口至承插線處均勻涂抹。膠圈底部禁止粘油。

（5）將插口對準承口，調整兩管道軸線使其接口在允許轉角范圍內，做好承插準備。

3.5 滑輪組選定與安裝

3.5.1 滑輪組選定

根據《建筑施工起重吊裝安全技術規范》（JGJ 276）、《水及燃氣管道用球墨鑄鐵管、管件及附件》GB/T 13295等規范要求，綜合考慮管道吊裝、安裝等不同工況下，可對吊索、滑輪、鋼繩等進行計算，按最不利狀態進行選用。

3.5.2 安裝滑輪組

（1）根據計算配備相應的吊索（帶）、鋼繩、滑輪等，并對其進行檢查核實。滑輪組系統一次安裝后，可整體搬運重復使用。

（2）吊帶（吊索）捆綁在管道L/2處，滑輪與吊帶（吊索）相連。新裝管道（插口端）上安裝動滑輪A，已裝管道（承口端）上安裝定滑輪B、導向滑輪C。三個滑輪需處于管道軸心線上（圖3）。

圖3 吊帶、滑輪連接

（3）滑輪組繞線采用穿線法，由定滑輪B引出，順次繞線動滑輪A，最后在導向滑輪C處結束。鋼繩繞過定滑輪B用繩卡固定，如圖4所示，繩卡個數不少于4個，間距不小于6d（d：鋼繩直徑）。

圖4 鋼繩與滑輪B固定示意圖

（4）滑輪組穿繞后，人工將鋼繩收緊，檢查有無卡繩、磨繩的地方，有問題立即修正。鋼繩端線用卡扣彎成繩環，與起重器械吊鉤連接。卡扣數量和間距按照規范 《起重機械安全規程》（GB 6067）規范中相關內容執行。

（5） 鋼繩牽引繃直后，丈量承插深度L0，根據Lm=mL0（Lm鋼繩的牽行長度，m鋼繩工作繩數）的數量關系調整限制環，可實現對承插深度的控制。限制環用普通繩卡即可。限制環的目標主要是幫助指揮者在溝槽外實時關注管道承插進展情況。

3.6 機械牽引

可由管道吊運設備作為機械牽引的實施者。牽引過程中應專人指揮，專人觀測承插線、限制環的行走情況。管道牽引速率控制在1～2cm/s。

第一道插口線全部進入承口且第二道插口線全部露外時，終止牽引（圖5）。

圖5 管道承插線變化

3.7 檢查驗收

安裝過程中檢查，第一道插口線全部進入承口且第二道插口線全部露外，此時的承插深度就是合格的[5]。

安裝后逐根利用一把薄的窄鋼尺作為探尺，繞著插口90度四點檢查膠圈壓縮比，探尺在四點位置塞入深度等于或小于膠圈球頭距離承口尺寸，這說明接口連接正常，膠圈沒有被頂翻。

一批管道施工完畢后，由試驗確定氣密性。試壓合格才表示管道安裝質量合格。

4 應用效果

在黃沙溪水廠停運供水配套設施改造工程、江南新城供水工程、渝唐家沱片區管網供水工程等項目中，采用了該項施工技術，取得了良好的經濟效益和社會效益。

（1） 經濟效益

該技術由機械牽引替代人工牽引，不僅提高了施工效率，而且減少了勞動力投入。經過總結比較，采用該工法發生的人、機成本為倒鏈法的1/3～1/4，具有很明顯的經濟效益。

（2） 社會效益

該技術提高施工效率，縮短工期效果明顯，一般可節約1/2～2/3的安裝時間。同時，機械牽引有效避免了“因人工牽引困難導致承插深度不合格的現象”，能有效保障施工質量。特別對于一些工期緊張的工程 （如應急搶險），該技術的社會效益十分明顯。

5 結論

利用滑輪法安裝T型球墨鑄鐵管的施工技術，一是利用滑輪組可以改變受力方向的特性，將豎向牽引力轉變成管道軸向的拉壓力，實現了機械牽引替代人工牽引的安裝方法升級。二是利用滑輪組可以改變受力大小的特性，通過調整滑輪個數，鋼繩工作繩數，以滿足各種直徑的管道安裝需要。機械化作業提高管道安裝效率和設備利用率，降低人、機等施工成本，具有良好的經濟效益和社會效益。同時，工藝原理簡單，具有很大的推廣價值，類似的滑入式柔性接口連接可以參考該技術的原理進行優化實施。