頂管隧道內大管徑鋼管安裝中的支撐與輸送技術

許 松 呂忠濤 曹 鋮 梁二雷 萬黔云

中國建筑第四工程局有限公司 陜西 西安 710065

1 工程概況

鳳翔縣集中供熱二期管網工程以寶二電蒸汽為供熱介質，由DN900蒸汽管網架空敷設至7 km處的新建汽-水換熱站，換熱后以熱水為介質，熱水管網采用DN800供回雙向管道地埋敷設向東9.5 km至縣城西區供熱首站處，接入地區一級供熱管網系統，建成后將滿足縣城400萬 m2的建筑面積供熱。本工程涉及頂管有3處，頂管工程含工作井1個（長×寬＝7 m×5 m），頂管采用預制混凝土管道，管道內徑為2.6 m，頂管穿越障礙物最長距離為76 m，頂管施工完成后面臨的是布管、焊接、支撐與輸送難題[1-2]。由于軌道內空間狹小、濕度大，不利于管道焊接、保溫，因此管道穿越采用接收井外預留12 m長引溝的方式進行組焊。本文主要針對如何實現頂管隧道內主管穿越及如何保障穿越過程中的質量、安全等問題提出解決方案。

2 工程重、難點

考慮到上述種種因素，項目部經過技術攻關，通過多次多版本的模型設計及三維（BIM建模）模擬，對比后提出最優化的模型，并且在現場先進行小范圍檢驗，最終提出一種用于頂管隧道內管道支撐與輸送一體化牽引的裝置。該裝置能適應頂管隧道內不同管徑管道的支撐、輸送，管道能受到弧形板限制，在輸送中不易晃動、變形，穩定性能好，且支撐底座承載力能滿足管道運行要求，從而提高工程質量和施工安全，縮短工期，給項目帶來了良好的社會效益和經濟效益。

3 施工工藝流程

3.1 支撐輸送結構及設計思路

1）由于倒鏈承受的牽引拉力有限，所以選擇了V形滑輪及V形槽軌道，通過滑動輸送來分散隧道內鋼絲繩的牽引拉力，順利解決了管道穿越頂管隧道問題。若頂管隧道距離過長，則建議選用額定功率較大的卷揚機進行牽引。

2）由于頂管軌道內空間狹小、濕度大，不利于管道焊接、保溫，因此管道穿越需在隧道口處預留12 m長引溝進行組焊、保溫。施工場地采用接收井外預留的方式。

3）針對上述問題，設計了一套頂管隧道內管道支撐與輸送一體化牽引裝置，所述裝置弧形板焊接于支撐底座上部，支撐底座底部四角焊有V形滑輪，將焊有V形滑輪的支撐底座放置于V形槽軌道上部，并固定于頂管隧道內，倒鏈通過人工進行牽引，將保溫管道拖拽前進，達到隧道穿越的目的（圖1）。

圖1 隧道內牽引裝置示意和現場實景

3.2 工藝流程

頂管隧道內管道支撐與輸送一體化牽引裝置的施工工藝流程如下：支撐底座、弧形板、V形滑輪制作焊接→測量定位→V形槽軌道安裝固定→吊裝布管、組對焊接施工→管道輸送→回填砂施工。

3.2.1 支撐底座、弧形板、V形滑輪制作焊接

選用由4根8#槽鋼焊接而成的支撐底座，其長度為500 mm，寬度與輸送管道同直徑；由較輸送管徑大200 mm的鋼管切割加工焊接于支撐底座上部，弧形板寬300 mm，弧形板長為管道長度的1/2，弧形板上表面粘貼橡膠墊；支撐底座四角分別焊接4個V形滑輪，V形滑輪直徑75 mm，V形槽寬21 mm，其中支撐滑輪兩側鋼板采用加強筋板與8#槽鋼焊接，以保證V形滑輪具備足夠的剛性（圖2）。

圖2 支撐底座、弧形板、V形滑輪

3.2.2 測量定位

頂管頂進過程中，因地質條件復雜，施工缺陷不可避免，如中線偏離、高程偏差等。因此在施工前，必須復測隧道內的中線和高程，將測量結果標注在隧道內，并根據中線和高程標注出管道走向中線及V形槽軌道位置控制線，按照控制線焊接擺放V形槽軌道及支撐底座，然后調整輸送管道與頂管隧道的間隙。

3.2.3 V形槽軌道安裝固定

V形槽軌道由50 mm×5 mm角鋼垂直于φ16 mm鋼筋焊接，V形槽軌道坡向頂管隧道另一端，并用φ16 mm鋼筋沿管道輸送方向間距6 m垂直固定于頂管隧道內。頂管隧道高程的分布不均可能造成管道在穿越中，個別支架滾輪因所處位置地勢較低被懸空而失去支撐作用。通過軌道下部混凝土澆筑找平，確定支撐底座滾輪和混凝土套管的接觸狀態，保證管道在輸送時軌道不偏移、不懸空。

3.2.4 支撐輸送裝置安裝

將焊有V形滑輪的支撐底座放置于V形槽軌道上部，支撐底座距焊縫600 mm，間距6 m放置一組，由操作人員調整支撐底座角度，使支撐底座滾輪落于V形槽軌道上部。

3.2.5 吊裝布管、組對焊接施工

1）吊裝布管：管道吊裝使用50 t吊車，下管時設專人指揮，用寬度不小于75 mm的尼龍吊帶和鋼絲繩吊鉤配合使用，逐根下管，將管道放置在支撐底座上的弧形板部位，吊運過程中應輕起穩放，防止磕碰。

2）接管組對：每根鋼管安裝時應按管道的中心線和管道坡度對接管口，對接管口應在距接口兩端各200 mm處檢查管道平直度，允許偏差在0～1 mm，在所對接管道的全長范圍內，允許偏差在0～10 mm；管道對口處應墊置牢固，在焊接過程中不得產生錯位和變形，管道焊口之間的距離應滿足焊接操作的需要；組對前應用磨光機進行修口，使管子端面、坡口角度、鈍邊等均符合要求，對口合格后進行點焊，DN800以上的管道每隔300 mm點焊一點，每點焊縫長50～70 mm，所有管道點焊都采用氬弧焊接，點焊完后應認真檢查，缺陷經返修后方可進行正式焊接。

3）焊接：管道焊接先采用氬弧焊打底單面焊接，焊縫寬度為17～20 mm，焊縫厚度為1.5～2.5 mm，且超出坡口邊緣2～3 mm。底部施焊完后，清除熔渣、飛濺物，在進行填充層焊接后進行蓋面層焊接，蓋面層焊縫應表面完整，焊縫表面不得出現裂紋、氣孔、夾渣、熔合性飛濺等。每道口焊接完成后，應進行100%的無損探傷檢驗，射線探傷不得小于國家標準GB/T 12605—2008《無損檢測金屬管道熔化焊環向對接接頭射線照相檢驗方法》中的Ⅱ級質量要求。探傷合格并取得報告后，及時進行接頭保溫施工。接頭保溫安裝前要將鋼管兩端的浮銹、污物清理干凈，將熱熔套搭接，并在熱熔套縱向接縫處放置壓板，以保證接口搭接處接觸緊密，熱熔套兩端用打包帶扎緊，不得松動，確定電熔時間一般為5～10 min。當熱熔套兩端熔化后的聚乙烯溢出，熱熔套出現變形并與外管融為一體后，切斷電源，然后熱熔套兩端用熱收縮帶加熱收緊。

3.2.6 管道輸送

管道組對焊接施工完成且支撐底座承載力滿足要求后，通過滑動倒鏈，由人工進行牽引，倒鏈順掛在支撐底座上的鋼絲繩上，沿操作井方向將焊接完成的保溫管道拖拽前進，直至達到焊接的最佳位置后再進行接收井外管道焊接，如此循環直至保溫管道穿出隧道，進入接收井。牽引過程中對現有尺寸規格的支撐底座進行檢查記錄，以保證支架滾輪始終在V形引槽內做直線移動，這樣就可保證在穿管過程中，支架滑輪不會出現左右偏差，使牽引力方向始終位于防腐管口的中心線上，若過程中存在質量加工缺陷，則對存在的缺陷及時進行整改。

管道輸送完成后及時進行隧道內回填細砂施工，因隧道內空間狹窄，管道敷設后，回填運輸車無法行走，故采用噴漿機進行噴砂回填，回填工序完成后，經驗收合格后對隧道門洞采用磚砌進行封堵。

3.2.7 質量控制標準

施工時，焊接制作質量控制嚴格按照鋼結構焊接規范要求，以確保管道輸送的穩定性。

頂管隧道內管道支撐與輸送一體化裝置安裝加工前，應對加工和購進的構配件及材料等進行全面查核驗收。檢查驗收內容包括：原材料的檢驗，配件結構尺寸檢查，焊縫檢查以及支撐構件、配合件各項功能的檢查。符合設計要求后，方可使用。焊接制作完成后，要對焊接質量及構件尺寸進行檢查，避免因焊接質量較差或支撐底座與V形槽軌道尺寸距離不符，導致頂管隧道內管道支撐與輸送一體化裝置出現新的安全隱患。

4 結語

鳳翔縣集中供熱二期管網工程地處黃土梁昴溝壑區，地質條件復雜，隧道空間狹小，因此設計了頂管隧道內管道支撐與輸送一體化牽引裝置，在滿足施工質量、安全要求的前提下，解決了大直徑管道穿越頂管隧道的難題，加快了施工進度，同時也降低了施工成本，實現文明施工，后期也會將該裝置應用于城市綜合管廊內安裝供熱、石油管道等施工。

[1] 魏仁軍,季仁柱,張寶林,等.頂管隧道穿越管道安裝施工技術[J].石油化工建設,2012,34(5):62-66.

[2] 楊春玲,錢鋒,王麗,等.頂管隧道內應用的一種新型管道支座[J].石油工程建設,2013,39(5):72-74;11.