摘要：针对某大型输水工程钢管穿越铁路、高速公路及国省干道套管施工段，面临工期紧问题，研究并实施了套管内壁安装输送托轮、卷扬机牵引行进的施工工艺，取得了良好的效果，有效提高了大口径混凝土套管内钢管穿越的可靠性、经济性和安全性。
关键词：钢管穿越；特制托轮；可靠性；经济性；安全性
1 前言
为避免影响正常交通及确保相关设施的安全运行，大型输水管线穿越铁路、高速公路及国省干道一般采用混凝土套管顶进、套管内穿钢管的施工方案。受顶管标施工进度滞后的影响，发包人交付我部套管内穿越钢管施工作业面时间严重拖后，在通水目标保持不变的前提下，我部工期压缩严重。经过研究，我部采用新型套管内钢管穿越施工工艺。
2 套管内钢管穿越工艺现状
传统的套管内钢管穿越方法是在套管内铺设连续的槽钢，底部铺设高强度混凝土，形成混凝土槽钢轨道，采用弧形小车托举、卷扬机牵引的方法穿越。传统穿越方法劳动强度大，工序复杂，资源消耗量大，施工进度慢，工期长。
3 新型套管内钢管穿越施工工艺
3.1 工艺原理
新型套管内钢管穿越施工方法是将槽钢轨道取消，将特制输送托轮固定在混凝土套管内壁，配合卷扬机的牵引使钢管前进。原理与输送机类似，利用下部托轮的滚动输送上部托举物。特制输送托轮轮面为弧形，与钢管的接触面积增大，压强减小，不易变形。根据套管的高程偏差，通过控制托轮安装位置来控制钢管的安装高程，以保证钢管的顺利穿越。工艺示意图见下图3.1：
图3.1 套管内钢管穿越工艺示意图
3.2 工艺特点
（1）底部不需要铺设高强度混凝土，施工前期准备时间短。
（2）取消了连续的槽钢轨道，不需要对压毁的轨道进行修复、更换，保证了施工的连续性。
（3）取消弧形小车，节约钢材资源。
（4）托轮固定在套管内壁，钢管的行进过程稳定，不会出现托轮卡顿现象，提高了施工效率。
（5）工序简单，节省大量人工、材料，降低施工成本。
3.3 工艺流程
施工准备→钢管吊放入槽→焊口组对→正式施焊→焊缝检查与无损探伤检测→钢管焊口防腐→验收评定合格→卷扬机牵引→套管与钢管间砂浆灌注。
3.4 操作要点
3.4.1 施工准备
施工准备工作包括套管中心高程复测、托轮系统制作与安装、牵引点焊接与牵引机械准备、灌浆管预设、钢管坡口打磨等。
特制输送托轮采用优质碳素钢加工成型，；轮轴穿过钢轮中孔，轮轴与钢轮之间的空隙控制在1mm以内，以保证托轮光滑运行，同时防止托轮滑移，导致钢管运行方向偏离。托轮底座采用20mm厚钢板焊接制作，要求每个焊道满焊，以保证强度，底座底板长40cm，宽20cm，底座与套管连接采用4到6个M16×100mm膨胀螺栓，根据托轮安装实际情况确定螺栓使用数量。托轮每隔4～6米安装一对，由于钢管穿越的起点端托轮反复受力，因此安装密度要略大于终点端。
由于钢筋混凝土套管为主要承力结构，膨胀螺栓的固定深度不宜超过混凝土保护层。本工程中采用的DN3800钢筋混凝土套管实际混凝土保护层厚度为60mm，现场钻孔深度严格控制在4mm以内，防止对套管钢筋造成损坏。
为保证钢管穿越顺利，不与套管之间发生摩擦、碰撞，导致防腐层受损或无法行进。因此利用套管高程和轴线复测数据，科学合理的确定托轮安装位置，钢管的行进高程可通过调整相平行的两个托轮的轴向距离来控制。安装时使用水准仪和水平尺控制安装位置。
托轮系统安装完成后，将焊渣、焊瘤打磨清理干净，并涂刷润滑脂，防止托轮无法转动对钢管外防腐层造成损坏。
钢管穿越采用卷扬机牵引。在距离被牵引钢管端部1m处，在管底用t=20mm钢板（带孔）焊接牵引鼻，穿入钢丝绳后与卷扬机连接，卷扬机可制作钢制支撑架固定。
在套管最顶端悬挂4寸白色塑料管作为预设灌浆管，每根100米，对于套管长度超过150米的需从两端安装塑料管，安装过程中要避免弯折。
用角磨机将坡口铁锈、熔渣、打磨清理干净，并清理油垢、水迹等杂质，直至漏出金属光泽为止。吊装前用扫帚、抹布等将管中的异物和灰尘清除干净。
3.4.2 钢管吊装、组对
钢管向沟槽内吊运时，始终坚持轻装、轻放的原则。钢管吊装采用吊带双点兜身吊，用250T履带吊将钢管吊放入槽。钢管起吊时吊带保持一定的角度确保钢管变形力最小。吊装过程中，缓慢起降及移动，无碰撞、挤压及其它不适当的搬运方式。在距离套管端口1～2米的处设置焊接工作坑，采用定位焊进行焊口组对，组对后将焊渣清除干净。
对于有足够开挖场地的作业面，可将两节钢管在地面上提前对接，以2节钢管为一个单位进行安装。前期准备工作展开的同时进行管道接口焊接、防腐、探伤等工作，可极大的提高工作效率。
3.4.3 焊口施焊
（1）钢管焊接采用手工电弧焊方法施工。
（2）钢管坡口为内坡口，双面焊接，严格按焊接工艺指导书施焊。钢管环缝采用多层多道的方法，多层焊的层间接头相互错开，焊接人员分三班连续施焊，每班安排2～4名焊工，双面焊缝单侧焊接后进行碳弧气刨清根。为减少钢管焊接过程中因受热不均而产生的变形，钢管焊接时由成对的焊工同时对称进行焊接，使焊缝焊接过程中产生的变形相互抵消。
（3）每条焊缝一次连续焊完，因故中断焊接时，采取防裂措施。在重新焊接前，将表面清理干净，确认无裂纹后，按原工艺继续施焊。管壁出现电弧擦伤或其它机械性损伤，用砂轮打磨光滑，并进行检查，确认无裂纹存在。
（4）焊接环境出现风速大于8m／s、相对湿度大于90％等情况时，采取覆盖、围挡等措施，措施不到位停止施焊。
3.4.4 焊缝检查与无损探伤检测
焊接完成后检查管道中线和坡度，并及时清理、打磨，以备后续焊缝探伤。焊缝要求100%超声波检测，10%X射线抽检。
3.4.5 焊缝防腐
焊缝检查与无损探伤检测合格后及时按规定进行防腐。
在刷涂料前，应清除浮锈、焊疤、焊瘤、毛刺、氧化皮、油污和其它尘垢。钢管焊缝内外表面的除锈工作采用人工除锈，除锈后，钢管内外表面除锈等级符合GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》标准中规定的St3级，用照片目视比较评定。防腐材料采用无溶剂环氧树脂涂料。防腐涂料涂装达到实干后目测防腐层表面光滑，无皱纹、起泡、流挂、针孔、裂纹、漏涂等现象；涂层厚度均达到设计要求值，无漏点，附着力符合设计要求。
3.4.6 卷扬机牵引
牵引行进前在管身外侧贴一层油毡，以避免在牵引行进过程中破坏钢管外壁防腐层，同时避免灌浆时钢管与砂浆结为一体。利用卷扬机将钢管牵引进套管中，尾端预留1～2米的长度在工作坑处与后续钢管焊接。每节管道依次安装，由卷扬机系统牵引继续行进。卷扬机吨位不够可合理设置滑轮组。
3.4.7 套管与钢管间砂浆灌注
套管与钢管底部120°包角采用M20水泥砂浆浇筑。灌注前在套管两端制作挡板和支撑封闭，灌注时为避免浮管，在钢管外部采取必要的加固措施[1]。M20砂浆搅拌成流态状，采用地泵将砂浆输送至已安装完成的灌浆管中，砂浆灌注的同时借助牵引设备将塑料管向外拖拽。由于砂浆为底部120度弧形基础，砂浆灌注前根据弧形基础断面及地泵输送流量计算灌浆管拖拽的速度，以保证灌浆合格。由于地泵压力较大，砂浆灌注过程中可能出现塑料管破裂的情况，应提前准备相应尺寸的公母接头。
4 结语
我部已按该工艺完成本标段全部套管内钢管穿越施工，施工后期各兄弟单位学习借鉴，进行剩余部分的钢管穿越安装。实践证明，本工艺简便快捷，既能满足工期要求，又能降低施工成本，可在类似工程中推广应用。
参考文献：
[1]乔书阳.大型输水管线穿越高速公路施工方案研究与应用[J].黑龙江水利科技，2014，（6）：01-03；
[2]《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）
[3]《顶管内穿越钢管施工若干问题研究》（兰疆，2015.07.16）
论文作者:牛立跃
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/27
标签：钢管论文; 托轮论文; 套管论文; 卷扬机论文; 砂浆论文; 管内论文; 混凝土论文; 《基层建设》2018年第32期论文;