北京建工集团有限责任公司，北京 100032
摘要：北京建工集团有限责任公司总承包部承建的大庆市东城区第二污水处理厂工程，其新建管道与现状管道碰头连接、现状管道增设控制阀门、部分老旧管道更换以及现状污水处理厂DN1200进厂管道改迁等施工作业，将会对市政压力排管网系统安全运行和现状污水处理厂正常生产造成严重的影响。经与大庆市水务集团、建设单位、设计单位以及专业施工单位一起，进行了多次会议讨论研究，最终确认采用带压开孔及封堵技术施工。在施工实践过程中应用效果显著，同时还完成了大管径玻璃钢管道等径开孔以及同基坑、共管件进行带压开孔和开孔封堵作业，两项技术创新和优化。
关键词：市政；工艺；施工技术；应用
1 特点
针对市政压力管道迁改、维修施工，其突出特点是不停输，与传统中断管网运行的施工方法相比较，具有施工影响小、效益高、安全系数大的优点。本工法为带压不停输作业，既不影响压力排管网系统的运行安全，也不影响现状污水处理厂正常生产。相对传统施工方式，本工法施工周期较短，即不需要相关城市区域内大量的泵站配合停泵，也不需停止该区域居民和企业的给水供应，不会给周边居民正常生活和企业正常生产造成影响。在市政压力排管道应用中效果良好，可推广用于市政给水、中水、热力等压力管道新旧管道连接碰头、老旧管线改线维修以及管道附属构件（主要是阀门）维修更换等施工作业当中，应用前景广阔。
2 适用范围
带压开孔及封堵技术工艺可分为以下三种形式：单点开孔、单点封堵和双开双封（多开多封）。单点开孔，适用于新建管线和现状管线碰头连接、管网改造增加分支管道等作业的时候。单点封堵，一般会造成操作管道停水，通常用于管径不大或影响区域不大的支管线，其可借助其它阀门组提供的便利施工条件。通过单点封堵的形式达到市政主管道不停水效果，从而降低施工成本及难度。双开双封（多开多封），一般是通过带压开孔技术架设旁通管线用以实现管道不停水作业，该技术主要适用于带压管线在不停输、不降压、保证正常运行的情况下完成管道的更换、抢修、迁改、换阀等施工作业。
3 工艺原理
带压开孔及封堵施工可细分为带压开口和开孔封堵两项技术。带压开孔，其原理是在管道不停输的情况下，利用特殊对开三通法兰短节、阀门连接在需要开孔的管线上，采用机械和手动开孔工具实现在线开孔。开孔封堵，它的基本原理是在带压输送运行中的管线上完成开孔后，由封堵器执行封堵。封堵器将封堵头下降置入已开好的孔中，操纵封堵器使折叠皮碗或折叠式液压封堵板打开，封堵头在管段两端的内孔中背靠背地将介质截断。此时开孔的目的是为了封堵，孔的大小由采用的封堵头的规格而定。
4 工艺流程及操作要点
4.1 施工工艺流程
4.2 操作要点
4.2.1施工准备
（1）技术准备
施工前以挖探的方式，对管线情况进行调查采集。调查内容通常为以下几项：管道外径及壁厚、管道材质、介质流向、管线设计压力及运行压力、旁通孔规格型号、各作业点的空间位置及相对距离、其它技术要求等。而对于玻璃钢管道，椭圆度检测非常关键，它是对开三通管件制作、施工作业地点选择重要的依据。
（2）设备物资准备
根据现场采集的管道参数信息加工制作所需要的对开三通管件。
施工设备进入现场前，对每一个设备的性能进行检查。确保进入现场施工的设备完好齐全。一些易损和消耗材料准备充分，防止出现工时损失，对此可以将消耗材料先预计使用量，在备有库存；施工机具方面可以准备备用件，如：所用密封材料、连接器密封材料等。
（3）作业位置选择
技术人员按照设计图纸开孔、封堵作业位置测量放样，然后进行挖探采集管道数据。作业地点应避开管道承插口位置以及椭圆变形过大处（允许带压开孔封堵作业的椭变值：椭圆度≤0.1D,D为管道外径）。如果位置正好冲突，应与设计和业主商量调整、更换位置。
4.2.2施工基坑及管道开挖
基坑开挖尺寸需满足施工作业的要求，一般按下述公式确定：
施工基坑宽度：W=D+2K式中：W为基坑宽度；D为管道外径，K为管道单侧作业宽度，通常取1～1.5m。
施工基坑长度：L=L1+2L2式中：L为基坑长度；L1为三通管件长度，L1≥3D；L2为管件外边缘至基坑边缘的距离。
施工基坑深度：H=h1+h2+D式中：H为基坑深度；h1为管顶至地面的距离；h2为管底至坑底的距离，h2≥0.8m。
考虑到管道、管内污水以及开孔设备加一起质量过大，在坑底浇筑0.3m厚的混凝土底板，并且应当适当配筋。当混凝土达到一定强度时，在底板和管道之间增设钢管支撑，以确保开孔作业过程中在役管道安全运行。通常带压开孔和开孔封堵两项施工作业点间距10～15m，开挖两个基坑分别作业。但是由于施工现场场地受限，其中有一处节点施工就需要将上述两项作业集中于一个大基坑内完成。该处基坑开挖时，要做好对玻璃钢管道的支撑保护工作，并且及时浇筑底板、安装钢制管件以及浇筑封堵作业点处混凝土支墩。
4.2.3对开三通管件组对和焊接
现场旁通和改线连接节点处需等径开孔，不会造成连接点管径突然减小，使得上游管道运行压力不稳定、甚至憋压，从而确保了压力排管网系统的运行安全。对于本身强度较低的玻璃钢管道，而且等径开孔位置更是形成一处受力薄弱点，为了避免发生爆管事故，必须使用加长版的钢制三通管件，其制作长度应大于3倍开孔直径。
（1）管件安装示意图
（2）管件安装步骤
①吊装对开三通管件下半部分，使用钢丝绳将管件牵至管道下方。②吊装对开三通管件上半部分，管件上半部分接触管道，悬于管道之上。③使用钢丝绳牵引管件下半部分上升接触管道，并用钢丝绳连接管件上下部分，用液压工具将管件上下部分闭合。④将闭合后的对开三通管件焊接缝合。⑤安装三通管件两侧密封胶圈及压紧装置。
4.2.4安装闸阀与开孔钻机
在开孔用管道连接件上安装闸阀和带压开孔机。组装过程中应该检查开孔刀和钻机连箱同心度是否符合要求。测量开孔刀头的初始位置，并在开孔机轴标尺处做好记录，方便确认刀具进入状态。所安装闸阀需使用通径闸阀，确认阀门尺寸，确保有足够内径让开孔刀顺利通过。调整开孔行程，确保开孔行程不超过开孔机的最大行程，且满足开孔要求。
4.2.5整体试压
开孔前对三通管件和组装在管道上的闸阀、开孔机等部件进行整体试验，试验压力选择管道运行压力0.6Mpa。强度试验合格后使用压缩空气进行整体气密。气密检测采用在法兰及接口喷肥皂水的方式。确认检验无渗漏后，打开连箱放空阀，为放净连箱和短管内的气体准备。
4.2.6带压开孔
打开闸阀，带压开孔机进刀至母管，开始钻孔。中心钻头钻透管壁时，介质会充满连箱和短管，等里面气体全部放出后，关闭放空阀。随着开孔刀开始切割管壁，可以听到刀具切割的噪音。开孔时要注意钻机的转速，确保开孔机转速稳定。开孔完毕后，切割噪音会降低或停止，动力液压也会降低，且开孔机和动力装置将更稳定，同时检查轴标尺，根据进刀量及带压开孔机本身震动情况判断是否开孔完成。为确认是否完成开孔，改用手摇柄调节钻杆行程，，只需将刀具再用手动进入5-6圈，如能顺利进入，表明开孔已经完成，如不能进入，说明还需继续开孔。开孔完毕后开孔刀头退回到联箱内。完全关闭闸阀，开启放空阀，排空开孔机至阀门中留存的污水。把开孔机从闸阀上拆除，作业完成。
4.2.7连接旁通（改线）管道
按照设计图纸路由敷设旁通管道或改线新增管道，并与带压开口处闸阀完成连接安装。打开旁通管道两侧闸阀，使污水充满管道，并观察闸阀和伸缩节安装是否严密，有无渗水现象，并及时处理。
4.2.8开孔封堵
（1）对开三通管件及夹板阀安装（图一封堵三通管件支墩侧视图）
首先在封堵作业位置安装钢制对开三通管件以及夹板闸阀，使用带压开孔设备在管道上方带压开孔（因为使用的是折叠式液压封堵板，所以例如DN1200管道封堵作业开孔尺寸为DN800，即封堵三通管件型号为DN1200×800），具体施工方法与4.2.3～4.2.6条作业方式相同。
（2）浇筑混凝土支墩
在混凝土底板与三通管件之间浇筑混凝土支墩，将三通管件进行270°包封，具体样式、尺寸如下：（图二支墩剖面图）
（3）带压封堵
关闭夹板闸阀，拆除开孔机，然后更换安装封堵设备。打开夹板闸阀，封堵设备从开孔处将折叠式封堵板送入管道内，液压作用打开折叠封堵板进行密封。封堵下游一侧管道成功后，再将上游一侧管道再次封堵。确认封堵成功后，切割玻璃钢管道。
4.2.9安装盲端
两侧切割端玻璃钢主管道表面打磨，糊口安装玻璃钢法兰短节，然后使用高强螺栓安装钢制盲板。并采取一定的冗余措施，在其外增设一个钢套，与三通管件焊为一体。撤除封堵板后，管道正常运行当中，水流对盲端水锤现象的冲击力较大，为了保证后期管道的运行安全，按照10S505图集（水平管堵支墩）做法，在盲端浇筑混凝土支墩。
4.2.10拆除夹板闸阀与封堵机
（1）安装堵饼
①封堵器安装前应先把堵饼的锁紧机构调试合格，再把堵饼的密封面擦拭干净，保证没有异物影响塞堵效果。②测量堵饼与封堵结合器内孔的同轴度，控制在1mm以内。调整堵饼方向并锁紧。③吊装封堵器时应先立起，再次确认以上项目都合格后，才能安装。④安装堵饼方向必须于管线方向垂直。⑤平衡夹板闸阀两侧压力，打开夹板闸阀。把堵饼送到预定位置，调整管件上的锁紧机构，把堵饼固定在封堵法兰里。
（2）拆除夹板闸阀与封堵机
①拆除封堵器和夹板闸阀，拆除夹板闸阀吊装时应把闸板关闭到一半的位置，然后采用4点吊装。②拆除夹板闸阀后，安装管件盲板。吊装前应把垫片先固定到内止口里，避免因安装不当造成垫片损坏。
5 质量控制
执行现行规范及标准：①《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规程》GB50683；②《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50184；③《埋地钢制管道环氧煤沥青防腐层技术标准》SY/T0447。④施工所用管材、管件及阀门要有出厂合格证书。⑤焊工必须经考试合格,施工中严格执行工艺要求进行施焊,条件恶劣、机具不全、不到位不施工。⑥钢制法兰、三通加工及现场焊接质量控制依据相关规范施工，焊缝质量等级不低于Ⅱ级。
6 安全措施
开孔现场要设置安全警示带，同时要安装一台防爆警示仪跟踪检测，防止发生事故。严格控制污水泄露量，必须低于爆炸下限25%以下方可施焊。施工过程中，施工地点上下游须有人把守，并通过电话与施工点人员进行通讯联络，发生紧急情况时，立即报告。在基坑内现场进行对开三通的焊接作业，需采取一定的通风措施或给焊工加戴防毒面具。按照规程进行放空操作。放空时，要注意风向，应采取间歇式放空同时控制好放空速度不能太快，避免作业区附近可然气浓度过高。同时做好周边警戒工作。施工作业期间，维抢修队伍必须随时处于待命状态，发生险情能够以最快速度赶赴现场进行抢险。
7 环保措施
参加施工人员必须严格执行开孔封堵工法中要求，坚持安全生产、文明生产。严格按照施工段管道当时运行压力试验，保证不发生大量渗漏现象。现场焊接施工过程中的焊渣集中收集处理。开孔与封堵过程当中和施工结束，必须认真检查阀门、法兰和焊接点尽量做到无泄漏，待解决后方可施工。两侧封堵板之间废弃的污水，使用潜污泵抽排至附近的污水管网，不得随意抽排，以防污染土壤、环境。
8 结语
总之，带压开孔及封堵技术，具有施工影响小、经济效益高、安全系数大的优点。从工程自身来说，即节约了工期，减少了相关人工费和措施费的支出；又可确保压力排管网系统安全运行，避免管道抢修费用的产生。对于当地水务管理部门而言，施工作业期间其污水处理厂能够维持正常生产，减少其停产损失。
按照传统中断管网运行的施工方法，就需要停止相关城市区域污水的汇入（即需要相关城市区域内各个污水泵站停止向管网中打水）。如果施工时间较长，还需停止相应地区的给水供应，极大的影响了周边居民的正常生活和企业的正常生产。所以说带压开孔及封堵技术具有良好的社会效益。
在市政压力排管道中应用效果良好，可推广用于市政给水、中水、热力等压力管道新旧管道连接碰头、老旧管线改线维修以及管道附属构件（主要是阀门）维修更换等施工作业当中，应用前景广阔。
参考文献：
[1]周冬雨，压力管道设备开孔补强计算方法研究.2018.
论文作者:谷映宏 王艳龙 曲昆仑 孙健 邓立全
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第9期
论文发表时间:2019/9/2
标签：开孔论文; 管道论文; 作业论文; 管件论文; 闸阀论文; 基坑论文; 夹板论文; 《建筑实践》2019年第9期论文;