軌道交通機電安裝空調水系統大管徑冷凍水管施工技術

張陽

（中鐵一局集團有限公司，陜西西安 710000）

1.工程概況

1.1 設計概況

武漢市軌道交通2號線南延線光谷綜合體是由地鐵工程、市政配套工程、東西區地下公共空間工程3部分組成。其中地鐵工程包括：2號線南延線區間（光谷廣場站～珞雄路站），9、11號線光谷廣場站及其在廣場和市政下穿通道影響范圍內的區間；市政配套工程包括：珞喻路、魯磨路下穿公路隧道；東西區地下公共空間包括：綜合利用車站、隧道開挖范圍內上部空間設計的地下公共空間，是集軌道交通工程、市政工程、地下公共空間于一體的綜合項目。光谷廣場綜合體工程為地下三層車站，工程總面積為161672m2，其中地鐵車站69702m2。

1.2 施工概況

中鐵一局作為該項目的機電安裝單位，承擔著整個工程動力照明、通風空調、給排水、消防水、以及東西區地下空間的FAS/BAS、通信、氣滅專業的施工及調試任務。本工程空調水系統冷源由設于本工程地下一層圓盤大廳西北角地鐵冷水機房冷水機組提供，車站工程冷卻塔設于西區公共空間物業開發18號風亭附近。空調水系統中大管徑冷凍水管723m，其中DN350鍍鋅鋼管168m，DN450鍍鋅鋼管555m，水平管平行于地下一層圓盤結構板面敷設。

2.施工重難點分析

（1）合同技術條款與施工圖紙中對管道材料選型的要求不一致。該工程冷凍水管在合同技術要求部分約定采用內外熱鍍鋅鋼管，施工圖紙中要求管材為薄壁不銹鋼管。經調查，大管徑薄壁不銹鋼管制作工藝復雜、市場需求量小，導致采購成本高昂；同時由于連接方式為焊接，施工難度較大，且不便于后期維修。若按照施工圖紙要求選用薄壁不銹鋼管，從施工企業角度出發，將增加材料采購成本，且易引發工藝質量問題。

（2）軌道交通大管徑（公稱直徑大于300mm）空調冷凍水管的施工案例少、安全質量要求高。常見的地鐵車站（含換乘站）相對于軌道交通綜合體而言規模較小、供冷面積不大，在空調水系統中選用公稱直徑大于300mm的冷凍水管的情況很少出現，導致大管徑空調水管施工幾無成熟經驗可循；冷凍水管為承壓水管，自重較大，在冷水機組運行及地鐵車輛過站時會產生振動，且管底標高距離負一層公共區地面標高超過10m，若施工環節中存在安裝質量問題，將會在運營期間形成嚴重安全隱患。

3.采取的措施

3.1 設計優化

針對該問題項目部協調業主、監理、設計等單位召開設計優化專題會，項目部基于四方面因素的考慮，建議采用內外壁熱鍍鋅螺旋鋼管實施：

（1）內外壁熱鍍鋅螺旋鋼管內部承壓等級為4Mpa，設計要求為1.4Mpa，完全滿足設計要求[1]。

（2）薄壁不銹鋼管需要現場進行焊接，焊接質量控制難度大；內外壁熱鍍鋅螺旋鋼管的連接方式為法蘭連接，符合《GB50738-2011通風與空調工程施工規范》中第11.2.1條中約定“管徑大于DN100的鍍鋅鋼管可采用溝槽或法蘭連接”的要求[2]，且相對于焊接便于后期維修。

（3）內外壁熱鍍鋅螺旋鋼管作為空調冷凍水管來使用，滿足防腐要求。

（4）內外壁熱鍍鋅螺旋鋼管相對于無縫鋼管、薄壁不銹鋼管而言采購周期短、成本較低。

經過討論，以上考慮得到各方認可，最終以會議紀要模式通過了該設計優化方案，按內外壁熱鍍鋅螺旋鋼管實施。

3.2 組織專項方案編制、論證及報批，規避安全、質量風險

（1）在施工準備階段，項目部編制了大管徑冷凍水管專項施工方案[3]，組織企業內部專家進行了支吊架載荷論證并出具計算書，方案嚴格按照要求履行報審程序。

（2）管材、支架型鋼、螺栓、焊接底板等材料落實進場檢驗制度，對螺栓進行拉拔試驗，確保材料質量過關。

（3）移動式升降作業車、手拉葫蘆、電焊機等機械設備驗查合格后方可使用。

（4）施工前對施工班組進行全員登高作業安全培訓，對工序施工要點進行技術交底，施工過程中配備專職安全員現場盯控，同時邀請監理工程師現場旁站監督。

通過以上措施，有效規避施工安全、質量風險。

4.施工方案及工藝

4.1 支吊架設計與安裝

4.1.1 支吊架設計

由于施工規范未對DN300以上管道支架水平安裝間距做明確要求，因此參考DN300管道支架安裝要求，結合現場實際做冗余考慮，對支架進行加密，間距縮小至3.5m。立桿和橫擔選擇14b型槽鋼，立桿頂部與固定底板通過焊接連為一體，底板外沿內側均勻分布6個螺栓孔位，每付支架通過12枚M12膨脹螺栓與地下負一層建筑結構頂板連接固定，空調冷凍水密度按980kg/m3計算。支吊架大樣圖詳見圖1。

圖1 支吊架大樣圖

4.2.2 載荷計算

各項已知參數詳見表1。

表1 各項已知參數表

根據已知數據，可分別計算得出每付支吊需承擔兩條管道的架載荷情況，具體計算過程如下：

DN350：F1=M×g=320×3.5×9.8×0.001=10.98kN；

DN450：F2=M×g=471.05×3.5×9.8×0.001=16.16kN。

在結構力學計算軟件中建立支架力學模型，并加載以上荷載，得到加載模型圖，詳見圖2。

圖2 加載模型圖

4.2.3 驗算結果

圖3～圖6分別為加載后得到的彎矩圖、剪力圖、軸力圖和支座反力圖：

圖3 彎矩圖

圖4 剪力圖

圖5 軸力圖

圖6 支座反力圖

通過模型計算，得出以下計算結果：

（1）立桿驗算結果。

立桿承受的彎矩、剪力及軸力（拉力）如下：

彎矩：Mmax=0.68kN·m；

剪力：Qmax=0kN；

軸力（拉力）：Tmax=14.55kN。

查槽鋼截面參數表，14b型槽鋼的容許彎矩M（Y向）為2.07kN·m，允許軸力（拉力）為：220kN，對比后可得：

Mmax=0.68kN·m＜2.07kN·m；

Tmax=14.05kN＜220kN。

驗算結果：立桿受力滿足要求。

（2）橫擔驗算結果。

橫檔承受的彎矩、剪力及軸力（拉力）如下：

彎矩：Mmax=3.68kN·m；

剪力：Qmax=14.55kN；

軸力（拉力）：Tmax=0kN。

查槽鋼截面參數表，14b槽鋼的容許彎矩M（X向）為12.79kN·m，允許剪力為：231kN，對比后可得：

Mmax=3.68kN·m＜12.79kN·m；

Qmax=14.55kN＜231kN。

驗算結果：立桿受力滿足要求。

（3）膨脹螺栓驗算結果。

最大支座反力為14.55kN，結合膨脹螺栓設計參數，采用12枚M12螺栓滿足要求。

驗算結果：膨脹螺栓受力滿足要求。

通過以上分析可知支吊架設計結構合理，受力滿足要求，現場使用情況效果良好。

4.2 支架及管道安裝

大管徑冷凍水管由于自重較重，安裝工序區別于普通水管，分5步完成：

（1）第一步：施工準備。應在地面加工區完成支架立桿和橫擔的加工、固定底板打孔以及立桿頂部與固定底板的焊接工作。

（2）第二步：待完成生根處螺栓孔位定位、打眼工作后，安裝焊接好的固定底板和立桿組件，使用扭力扳手平滑緩慢鎖緊螺栓，使扭矩滿足設計要求。

（3）第三步：在地面加工區完成冷凍水管兩端法蘭片的焊接工作，后將其運送至安裝位置正下方，將兩套手動葫蘆分別固定于結構頂板，管道兩端用掛鉤固定牢靠，兩端倒鏈同時下拉提升管道，提升至橫擔上表面100mm處同時停止拉升。此工序施工過程中，管道正下方區域禁止人員進入。

（4）第四步：使用移動式升降作業車將施工人員提升至工作界面，完成橫擔與立桿的焊接工作，待焊縫處理、冷卻達到技術要求后，兩端倒鏈同時下放將冷凍水管放置于橫擔木墊之上，木托需做防腐處理，再用U型管卡固定冷凍水管。

（5）第五步：完成管道與管道之間通過法蘭連接，連接螺栓應使用同一規格，且安裝方向保持一致，螺栓應對稱緊固，用力均勻，確保連接面密實無縫。

注意事項：由于冷凍水管敷設路徑復雜，彎頭較多，需根據實際情況在彎頭處增加生根于結構頂板的吊架或地下負一層地面的支架，對彎頭處進行固定保護。

4.3 靜載試驗

本項目相對于一般軌道交通換乘站規模較大，空調水系統管道長度較長，為確保管道施工的安全質量，在管道安裝完成之后、打壓調試之前，項目部對以上大管徑冷凍水管支架進行靜載試驗。靜載試驗時受現場施工條件限制，不具備通水條件，因此采用下掛重物方式代替水流載重，掛重為該段水管滿載水重的1.5倍。掛重之前對底板螺栓緊固處、頂板與立桿連接處以及立桿與橫擔連接處進行標記并拍照，靜載48h后，取下掛重，對上述標記位置再次進行拍照、對比檢查，施工質量可靠[4]。

5.施工總結

（1）項目進場后必須進一步深入施工調查，深刻理解設計意圖，認真組織專項施工方案的編制、論證和報批工作。

（2）根據施工方案應進一步進行工序分解，明確各工序的作業標準和卡控要點，嚴格工序過程管控，保證安全質量。

（3）根據項目特點及難點，開展有針對性的工藝研究，積極推廣新技術、新材料、新工藝，提高工程品質。

（4）機電安裝項目，一般工期緊、工程量集中，必須做好超前策劃，及時集中各種資源，科學組織有序施工，保證工期。

6.結語

軌道交通機電安裝工程涉及眾多專業，不同項目所需材料的規格、型號更是千差萬別，在施工過程中經常會遇到如文中所述大管徑冷凍水管等非標材料的安裝。在無既有施工規范或類似施工方法的參照下，作為項目技術人員要緊密結合現場實際，在保證工程質量、安全受控的前提下，不斷進行技術創新，同時兼顧施工方案的可行性、經濟性，為業主交付精品工程，為城市軌道交通的發展做出貢獻。