小斷面長隧洞球墨鑄鐵承插引水管道快速安裝

王亞莉,焦 俊

(長江巖土工程有限公司,武漢 430014)

近些年國家重視城鄉居民飲用水安全,全國各地興建了不少引水工程,其中很大一部分是通過特小斷面隧洞內安裝符合飲用水標準的承插管道將水源地的水引至水處理廠經過一系列處理后,供到千家萬戶。但因隧洞空間狹小,操作不便,管道安裝速度緩慢[1-2],導致時間和經濟成本居高不下。以豐順縣新區供水工程為例,通過改造管道安裝設備和改進安裝工藝,形成一套快速安全的特小斷面承插管道施工工法。

1 工程概況

龍頸水庫(項目水源地)距離大羅村水處理廠約6.582km,全線引水隧洞,隧洞開挖斷面尺寸3.0m×3.0m,城門洞型(起拱線高度1.5m),開挖斷面面積約8m2,是典型的小斷面隧洞。管道鋪設前須完成洞底石渣整平以及混凝土底板澆筑,厚度共計30cm。隧洞起點(水庫)與終點(水處理廠)高程落差31.85m。隧洞開挖完成后,安裝直徑1.0m、壁厚K8且單根長度6.0m的球墨鑄鐵承插式管道引水,管道臥座在混凝土弧形管座上,管座兩側配有螺栓固定管箍,以限制管道位移。管道靠洞壁一側安裝,另一側留出1.5m寬的巡查檢修通道,每一根管道配置一個支墩。管道最大工作壓力0.6MPa,過水量14.6萬m3/d。

2 管道安裝方法

管道工藝流程:施工準備→支墩安裝→管道運輸→管道安裝→安裝質量檢查→清管與試壓。

2.1 施工準備

在澆筑好的底板上標注出管道安裝軸線,按照間隔6.0m的距離在澆筑好的混凝土底板上用木工墨斗彈設出支墩安放位置邊緣線圈,確定支墩安裝位置后,同時在洞壁側用紅油漆做出醒目標記。

2.2 支墩安裝

2.2.1 支墩運輸

支墩通過改裝后的牽引車車廂運入洞內,運輸過程中保持勻速慢行,控制車速約為5km/h,支墩與車體通過柔性材料墊支,防止支墩與車體磕碰破壞支墩。

2.2.2 支墩安放

支墩運輸至放置位置后,牽引車停在檢修通道上,叉車面向牽引車車廂尾部,將支墩卸載并放置于已標記好的線圈內,支墩邊緣與墨斗彈出的線圈重合。不能一次到位的,用人工撬杠微調到位。

2.2.3 支墩對正調平

前后相鄰兩個支墩放置后需要通過激光水準儀的指示線將兩個支墩位置調整,支墩卡槽高程根據設計要求也應處于相應高程,不得出現支墩高程差距過大導致管道安放時承插接口不嚴實,支墩高程偏差通過在支墩底部墊支水泥砂漿或薄鋼板進行調整。

2.2.4 支墩固定

支墩安裝到位后,按照設計圖紙安裝固定地錨,以確保支墩不發生位移。

2.3 管道安裝

2.3.1 管道運輸

管道從洞外通過吊車吊放至改裝后的運輸車上,分別用前、中、后三條鏈帶與運輸車捆綁固定,防止在運輸過程中滾落,牽引車牽引運輸車進入隧洞內。管道每根長度為6.0m,直徑1.0m,安裝斷面尺寸僅為3.0m×2.7m(減去石渣和混凝土底板厚度),安裝斷面較狹小,而管道體積較大,牽引車牽引著裝有管道的運輸車在洞內無法掉頭[3],因此洞外吊裝時管道插口一端面向牽引車。在運輸過程中需注意行車規范,確保管道不得與洞壁發生擦碰,尤其是遇到彎道時更需減速慢行通過。進入洞內后,牽引車頭部背向倒退式抵近安裝工作面。

2.3.2 管道安裝

(1)當管道運至安裝部位,管道承口端接近混凝土支墩20～30cm時,用騎架在已安裝好的管道上且底腳帶有滾動輪的龍門吊吊起管道插口端,龍門吊跟隨牽引車一起后退至承口端與緊鄰上一根已安裝好的管道的插口端相距5～10cm。緩慢放松龍門吊吊繩,將管道擱在已經安裝好并帶有橡膠墊子的支墩上。支墩橡膠墊長度大于支墩卡槽弧長5cm。此時管道承口端距離管下支墩距離約40cm位置,管道由支墩和運輸車輪軸部位兩點支撐放置平衡。拔出牽引車與運輸車間連接插銷,牽引車駛離作業面,管道卸載完成。

(2)叉車前置貨叉上橫向放置枕木,枕木長度大于管道直徑約20cm即可。叉車貨叉插頭用橡膠套包裹,插入管道插口端內,同時人工用毛刷清理管道承口灰塵和緊鄰的上一根管道的插口端,且確保被安裝管道密封圈槽位置不得留有油漆、土、沙和水等殘留物。在緊鄰上一根管道插口位置均勻涂刷潤滑油,以減少承插過程中的摩擦阻力。

被安裝管道承口端密封槽安裝密封橡膠圈。密封橡膠圈安裝采用“心”型或“十字”型法,密封圈放入后,應施加徑向力使其放入密封槽內,并檢查是否完全吻合。如不吻合,需調整至完全吻合方可。

(3)叉車以運輸車車輪軸為支點,利用“杠桿原理”輕壓被安裝管道承口端以調整其承口端與上一根已安裝好的管道插口端的空間位置。

(4)用叉車平穩均勻使力推動安裝管道的插口處,將管道承口與上一根已安裝好的管道插口對接,承插過程中注意觀察安裝管道的承口位置在已安裝好的管道插口端處已經標記好的兩條白杠之間即可,表明管道已安裝到位[4]。管道承插完成后,將龍門吊移動至管道承口端附近,吊起管道1～2cm,將運輸車取出,放入改裝后的臨時支墩支撐管道,臨時支墩距離插口端50cm處,最后用管箍將管道固定在支墩上。

(5)每一承插口安裝完成后,將金屬直標尺插入承口內和管壁之間的環形空間直至碰到密封橡膠圈,沿管一周測量深度是否均勻。檢查相連接的管周線是否同軸心,如果不同軸心,則須調整管墊或管座。

2.4 清管試壓

管道安裝后及時清理管道內的雜物,確保干凈[5]。根據設計和規范要求每安裝800～1 000m即進行一次水壓試驗,將管道浸泡48h后,高壓注水泵注水將管道內水壓升壓至試驗壓力1.1MPa,穩壓10min,觀測承插口有無漏水和管身有沒有破損滲水跡象。

3 管道安裝的難點與對策

3.1 空氣流通不暢,機械強排

因隧洞是下坡隧洞,這就導致安裝機械工作時內燃機產生的易于上升的熱空氣廢氣匯集,靠廢氣的自然流動很難排出洞外,如不能及時排出,安裝人員在洞內很不安全,易發生窒息安全事故。為此采取在支洞口外安裝大功率軸流風機,通過直徑500mm的風帶源源不斷地向洞內安裝工作面處輸送新鮮空氣,確保安裝工作面空氣新鮮。同時安裝人員帶口罩且隨身佩戴手持式空氣檢測儀,如有警報發聲,則停止作業撤出洞外。

3.2 空間狹窄,改造設備

單根管道長度6.0m,質量2 060kg,使用人力安裝,顯然是不可行的,必須依靠機械操作。但是安裝斷面面積只有7.1m2,是典型的小斷面狹窄空間,使用市場上現有運輸機械則操作空間不足,導致安裝進度非常緩慢,因此必須對現有設備進行改造,以適應快速安裝需要。

3.2.1 運輸車改造

改裝后的運輸車由一組輪軸和梁架組成,車架上設置弧形支撐架,在小斷面隧洞中由牽引車牽引可實現自由轉動。運輸車長度為4m,寬度0.8m,見圖1。

圖1 運輸車改造示意

3.2.2 牽引車改造

牽引車在牽引裝有管道的運輸車進入隧洞內的同時,車廂攜帶一個質量約612.5kg混凝土支墩,且在洞內從下游向上游(從低到高)倒退著前進,因此既不能體積太大,還需要有足夠的動力,且動力能夠適應長時間工作需要,因此現場采用燃油三輪農用車進行改造。其一是改造后軸輪距適應道路寬度,其二是在其尾部加裝與運輸車連接的便于分合的牽引裝置,其三是改造車廂便于混凝土支墩的裝卸。牽引車長度1.85m,寬度1.2m,見圖2。

3.2.3 改裝臨時支墩

臨時支墩采用工字鋼焊接框架與滾動輪軸組成,滾動輪軸在管道安裝時可減小管道與滾軸間摩擦力。臨時支墩長0.8m,寬0.3m,高0.2m,見圖3。

圖3 臨時支墩改造示意

3.2.4 龍門架改造

將龍門架改造成帶有腳輪的可移動式龍門架,門架上安裝電動葫蘆。

3.3 運輸管道時機械設備不能調頭,直進倒退

改造后長度為1.85m的牽引車,牽引著長度為6.0m的運輸車(裝管道后,含管道長度)從支洞直進式入安裝主洞內,而隧洞寬度僅有3.0m,無法實現洞內調頭。當上游安裝時,牽引車進入安裝主洞后面向下游,倒退式將管道運送至上游工作面。當下游安裝時,牽引車牽引著運輸車沿著巡查檢修通道到達下游安裝工作面前方,而后同樣倒退式將管道運送至下游工作面。

4 施工效果

4.1 速度快,效率高

本工程共安裝球墨鑄鐵管1 097根,其中46根用手動葫蘆鏈條輔以龍門吊相結合的老式方法施工,剩余的1 051根采用新方法實施,施工結束后統計管道安裝效率如表1所示。

表1 兩種方法施工效率統計表

從表1可見老式辦法效率低速度慢,平均單根耗時3.74h,但采用新方法后平均單根耗時僅有1.70h,效率提高了1倍多。6.582km的管道24h連續安裝(歇人不歇機),實際總耗時2.72個月安裝完成,比原計劃工期5.7個月提前了約3個月。

4.2 節省人力,降低成本

新方法通過大量使用改造后的小機械代替了人力完成重體力活的工作,人工只需要做一些輔助性輕體力工作,比如膠圈安裝、涂抹潤滑油、清掃管道、檢查安裝質量等,減輕了工作量;也大量節約用工數量,進一步降低了安裝成本。同時設備改造都是在原有舊設備基礎上進行簡單的局部改造,因此成本也較低。

粗略估算,新方法的成本由于人工減少、工期縮短、管理費減少等等,比原定計劃成本節約可達180萬元之多。

4.3 方法簡單、易掌握

本方法操作簡單,對操作工人技術要求不高,經過簡單培訓即可掌握,可操作性強,適合全面推廣使用。

4.4 安全

采用改裝后的專用運輸車運輸管道和小型叉車推送頂入式安裝方式,比用人力運輸和人工鏈條拉緊承插方式,更加安全可靠。承插的時候,除了叉車駕駛員外,其余的工人都可遠離工作面,即使出現可能性極小的承插口崩塊等意外,也不會傷到安裝工人。整條隧洞的管道安裝期間沒有發生任何安全問題。

5 結 語

針對小斷面長隧洞內安裝球墨鑄鐵管道施工空間有限的實際情況,適當地利用現有設備并加以改造,取得了良好的效果。隨著科技的發展,制造出體積小巧、功能強大、操作更加簡便的機械設備技術日趨成熟,不久的將來定會有更好的施工設備來徹底解決這個問題。