西二线钱塘江圆形小断面盾构隧道内大口径管道安装施工工法VIP

石油天然气学报2 0 1 2 年 4 月第 3 4 卷第 4 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y Ap t 2 0 1 2 Vo 1 3 4 No 4 西二线钱塘江 圆形小 断面盾构 隧道 内 大 口径管道安装施工工法 张建喜 ，李书箭 王永军 ，任继 增 ( 中国 石油天然气管道局第四工程分公司， 河北廊坊。 。 。 0 0 ) 摘要 盾构法隧道管道安装工程 由于 空间狭小 ，大型设备无法进入 ，为施 工带来极 大的难度 。此工法介 绍 了大 口径管道安装施工 的特点、适用范围及 工艺原理 ，详细介 绍 了施 工工艺 流程及操 作要 点，同 时对 施工 中应达到的质量标准、要采取的安全 和环保措 施进行 了说 明。该施 工工法具 有实用 性强 ，施 工效率 高的特点 ，适用于盾构法隧道管道安装施工。 关键词 盾构 隧道 ；大 口径管道 ；管道安装 ；施工工法 中图分类号TE 9 7 3 4 文献标识码A 文章编号 1 0 0 0 9 7 5 2( 2 0 1 2 )0 4 0 3 0 4 0 5 钱塘 江盾 构 隧 道 穿 越 为 西 气 东 输 二 线 管 道 工 程 南 昌 上 海 支 干 线 穿 跨 越 工 程 ，管 道 设 计 压 力 1 0 MP a ，管材材质为 X7 o ，管径 1 0 1 6 mm，壁厚 2 6 。 2 mm。盾构隧道水平长度 2 7 9 2 m，隧道断面为圆 形 ，盾构内径 3 0 8 m。北岸始发井场地位于浙江省海宁市周王庙镇荆 山村新 民组，始发井为矩形，长 2 2 m，宽 8 m，井深 1 8 5 m；南岸接收井场地位于浙江省杭州市萧山区头蓬镇七工段，接收井为圆形， 内径 1 4 m，井 深 2 8 5 m。 该隧道内单向敷设一条管道 ，从管道受力状况和方便施工考虑 ，管道改变方向时优先采用弹性敷 设 ，因盾构隧道无法实现弹性敷设时 ， 采用冷弯弯管或热煨弯管连接 。 当管道转角 X 1 0 0 0 D( D代表半径符号) ， 并要满足管道 强 度条件和 自重作用下的变形条件 ； 当管道转角 4 。 1 1 。 时 ， 采用 热煨 弯管 ， 曲率半 径 R 一 6 D。 隧道内管道全部安装在滑动支架上 。隧道水平段内每间隔 1 6 2 3 m设置 1 个滑动支架( 共 1 7 4套) ， 滑动支架离焊 口距离大于 l m，滑动支架满足承重和抗浮的要求，竖井两岸分别设置 固定墩 1 个 。 1 大口径管道安装施工工法的特点及适用范围 隧道 内单 向敷设一条直径 1 0 1 6 ram钢管 ，从北岸始发井 口开始，沿竖井 向下敷至平巷隧道入 口， 沿隧道敷设至南岸接收井底部 ，再沿南岸竖井向上敷设至地面 。至此 ，完成钱塘江盾构隧道穿越管道安 装工 程 。 由于 隧道 断面狭 小 ，施工作 业 空间小 ，管道 安装 的各个 工序 受到很 大 限制 ，不能进 行管 道安装 的流水作 业 。该工 法在施 工 中具有 如下 特点 ：适 用于盾 构隧道 内管 道安 装 ； 施工 工艺便 捷 ，工序 衔 接紧密 ，施工效率高 ；施工方法紧密结合现场情况切实可行 ，专用施工机具作用大；施工时充分利 用隧道内的有 限空间与设施 ，劳动资源 占用少 ；整治了隧道内环境，既保证了焊接合格率，又改善 了 作业人员的工作条件；借助专用施工机具 ，完成 了狭小空间的管道组对 、焊接任务 ；水平 、垂直运 输的机具和方式恰当、合理、安全 、可靠 ；隧道 内管道焊接施工安全措施得当，质量管理有效 ；专 有无缝通讯设备的应用使作业面各点沟通更快捷 ，增强了安全性 ，提高了施工效率。 收稿日期2 0 1 2 0 31 2 fi e 者简介张建喜 ( 1 9 7 0一 ) ，男 ，2 0 0 6年管道职工学院毕业 ，助理工程师 ，现从 事盾构隧道管道安装施工工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 4期 张建喜等：西二线钱塘江圆形小断面盾构隧道内大口径管道安装施工工法 该施工工法适用于盾构隧道内管道安装施 = I = 。该施工工法 中提到的隧道的断面形式可以是多种。考 虑到施工安全和施工工艺的可靠性 ，如隧道坡度超过 5 9 6 时应依据具体 的情况对其进行必要的修正。 2 工艺原理 隧道 内安装大 口径管道 ，施工空间不能满足大型设备进入 ，因此采用单向施工的方式进行 。 隧道 内管道安装分为 3个主要施工内容 ：隧道内混凝土垫层浇注 ；隧道管道安装；竖井管道 安装 。其 中隧道内混凝土垫层浇注为土建施工 内容 ，应当按照混凝土施工工艺原理 ，遵循混凝土强度增 长规律 ，采取适当的养护方式和养护时间，保证混凝土的成型与强度 。隧道 内和竖井 内的管道安装 ，为 安装施 工内容 。施工应按照合同约定的施工规范、焊接工艺规程及检测标准进行。并按照设计要求的固 定方式对管道进行固定 ，保证管道运行安全。 3 施工工艺流程及操作要点 3 1施工 工艺 流程 隧道 内 大 口径 管 道 安 装 ， 按 照 图 1所 示 工 艺 流 程 进 行 施 工 。 3 2 操作 要点 3 2 1 施 工准 备 1 )施工 准备包 括 如下 几 点 ：进 行 图 纸 会 审 和 技 术 交 底 ，明确隧道安装施工的总体 要求。编制施工组织设计 和 施 工 方 案 。 编 制 两 书 一 表 。 对 施工人 员进行 作业 培训 。 隧道 内亮度 需达 到 l O c d m。 ， 每间隔 5 m 安装防水、防焊渣 3 0 W 自炽照 明灯 1盏 ，每 间 隔 l O O m 安 装 应 急 照 明 灯 1盏 ， 预埋件、钢筋笼安装，垫层 管道支架预制、防腐 管道运、布管 卜 管道支架安装 管道补口、补伤1 1管道无损检测 l+_ _ 1 管道组对焊接 管道就位 竖井管道安装 图 1 隧道 内管道安装流程 图 满足应急需求 。对进场材料和机具设备进行详细检查。在管段下井前 ，应将管段 内的泥土 、沙粒等 杂物 清扫 干净 。在地 面 上完成 管 口喷砂 除锈 ，为避免 喷砂 除锈 后 的管 口在潮 湿 的隧道 内形成 浮锈 ，施 工 时采用塑料薄膜对管 口进行缠绕包裹并粘贴牢固，粘贴点应位于防腐带补 口范围之外 。对管段进行外 观检查 ，合格后才能 吊装下井 。隧道 内安装风机，强制通风 。 3 2 2隧 道 内平巷 混凝 土垫 层浇 注 为了便于管道安装与维护 ，圆断面隧道的底部需进行混凝土浇注垫层铺平 。由于隧道断面较小 、作 业空间狭窄 、作业线路较长，混凝土浇注相当困难 。通过对 以往工程 的总结 ，混凝土采用商混即保证了 施工速度又保证了质量，同时还减少了人员投入 。混凝土的垂直运输采用 2 1 9管道直接输送至混凝土传 输车内，容积 2 5 m。 左右 。混凝土在隧道 内水平运输采用 I O t 轨道 电机车牵引拖车形式。 混凝土浇注应当符合如下质量要求 ：垫层表面平整无凸起 ；钢筋笼安装需搭接严密，避免出现 漏缝，造成混凝土承重力减弱 ；预埋件为每间隔 1 6 2 3 m安装 1 个 ，预埋件所放位置至环片最高点及 预埋 件靠 近 环片一 侧距 环 片的距 离应 保持 一致 。 在浇注混凝土垫层时 ，应协调好轨道拆除、钢筋笼放置 、预埋件放置 、商混车的调配工序 。 隧道内管道的支架是与安装在混凝土垫层上的预埋件连接的，所 以在浇注混凝 土时要对预埋件位置 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 0 6 石油天然气学报 油气管道工程 2 0 1 2年 4月 进行准确的测量和稳定的固定 ，避免混凝土浇注时预埋件位移 ，影响管道的支架就位。在浇注过程中注 意预埋件钢板底部必须使混凝土注实，避免出现 中空现象 。 如果隧道两端均具备浇注条件 ，应从隧道中间开始向两端同时浇注。根据施工需要可添加早强剂 ， 使混凝土加速凝固。 3 2 3 隧道 内管 道安 装 当混凝 土垫 层达 到 7 5 的强 度 后 ，可 进 行 管 道 安装 施工 。 1 )运管管段垂直运输采用龙门吊或采用 吊 车进行 。隧 道 内水 平 运 输 采 用 轨 道 电 机 车 ， 当 电 机车的牵引力不足时，增加电机车的数量。轨道 安 装 时应 对 每处 轨 道 螺 栓 进 行 紧 固 ( 或 采 用 轨 枕 与轨道焊接连接的方式) ，并有专人进行轨道巡检 以保证运输安全 。竖井 内钢管吊装 ，由于钢管重、 长，且空间有限 ，每次只能将 1根钢管倾斜一定 角度 吊装 ，并 采 用 如 图 2所 示 的防 滑 方 式 。 吊运 时应保护管段防腐层及包裹处塑料薄膜不破损。 2 )卸管、布管 吊装下井 的管段直接放置在 装有 橡胶 板运 管拖 车上 ，防 止管 段 防腐 层 的 损坏 。 图 2 管段 吊装下 井示意图 电机车牵引拖车进行管段运输 。由于管段重、体积大 ，为保证运输过程 中的平稳性 ，采取双拖车串联式 运输 。管段运输进隧道后 ，采用 图 3所示的卸管方式进行卸管、布管 。由于管道支架的位置 已经 固定 ， 在布管时，要注意测量预留管线长度 ，保证焊 口位置不在支架下方以免影响后续焊接作业。卸管采用龙 门架悬挂 4 个电动倒链 ，将管段由 4个点匀速 吊起 ；到一定高度后，用电机车拉动轨道 ，拆除管段下的 轨道，并将拆除掉的轨道用电机车运出隧道。将管段一端放置于管支架上 ，另一端置于事前准备好的马 凳上，马凳两侧放好木楔，防止管段滚动造成危险。 图 3隧道内卸管布 管图 3 )组对焊接管道布管完成后，开始进行组对焊接 。也可 以进行边布管边焊接的交叉流水作业。 如果工程设计隧道中间有锚固法兰 ( 固定墩) ，必须将锚固法兰 ( 固定墩)运进隧道并安装完成 ，方可 继续进行布管焊接施工。管道组对焊接方式如图 4所示。 通过油压千斤顶将管道顶起 ，进行管 口组对 ，安装好 自制内对口器 ，同时，放置好管道支座。管道 焊接完成 ，撤走 临时支座 ，由管道支座承担管道重量 ，最后撤出千斤顶 。 隧道 内管道安装施工 中，需注意以下问题 ：为了避免隧道内通风用轴流风机可能对管道焊接产生 的影响，可按照随着与轴流风机间距离的增大 ，风速会相应减小的这一规律， 找到风速满足焊接规范要 求的最小距离 L。 在施工时， 将轴流风机设置成移动式 ， 随时移动轴流风机， 保证焊 口距轴流风机距离大于 L。 在隧道内安装管道 时，应根据施工具体情况，对各种施工机具进行改造 ，使之更适 合隧道施工。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 4期 张建喜等 ：西二线钱塘江圆形小 断面 盾构 隧道 内大口径管道安装施工工法 图 4隧道内管道组对焊接示意图 由于隧道内为单向敷设 ，要合理地安排布管、组对、焊接人员，以便争取施工时间，提高工作效率。 3 2 4竖 井管道 安装 由于竖井垂直落差较大，为尽量避免高空作业产生的危险 ，安排在地面对管道进行预制。 弯管在竖管吊装前先行 吊装 。吊装时 ，通过调整倒链的长度来控制弯头状态。为了保证下部焊 口基 本垂 直 ，采用 图 5所示 的 吊装方式 。 井壁竖管在地面上预制完成 ，经无损检测 、防腐补 口、补伤 ，合格后 ，采用 吊装设备 吊装下井。在 管道吊装前 ，在预留孔洞位置人工开挖 出作业坑 ( 坑体尺寸及边坡 比根据实际地质情况确定) ，并做好 防雨排水措施。管道吊装后 ，竖管上部弯头从预留洞伸出。根据待吊装管道重量及长度，确定吊装设备 吨位 。吊装时 ，管道下端安装晃绳 2根 ，弯头上安装晃绳 1根 ，卡具下面铺垫 l O mm橡胶板。将管道轻 轻放入竖井 中，避免管道碰撞井壁 、破坏防腐层 。当吊装到管道弯头与预留孔洞等高位置时，吊车停止 下放 ，吊臂缓慢摆动 ，在操作坑中设置作业人员 ，采用钢筋钩将管道弯头上晃绳钩进预 留孔洞 ，并控制 弯头指 向。随着 吊臂的摆动 ，将弯头轻轻放进预 留孔洞中。管道吊装下井如图 6 所示。 图 5 弯管 吊装示 意图 图 6 竖井内管道 吊装示意图 竖井 内管道安装时，应视管径情况和竖井径 向尺寸 ，决定安装方法 。如果管道预制成 “ S ”型 ，可 以顺利吊进竖井 ，那么优先采用此方法。否则 ，只能将管道分成两段 “ L ”型弯管，完成竖井 内管道安 装 。 3 2 5管道试 压 一 般地 ，管道试压采用整体式清水试压方案 。进行水压试验时 ，应考虑以下几点 ：试压前注水时 应保持缓慢 、匀速，以利于管道内排气 。充分考虑竖井深度产生的水柱对水压试验的影响，试压前须 计算当地面管道达到试验压力时，隧道内管道所承受的压力是否达到管道屈服强度 。水压试验后 ，进 行管道扫水。应通过多次通发清管器的方法 ，将管道内余水清扫干净 。 。 。 。 ， 。 。 ， 。 ， ， ， ， - _ _ _ _ _ _ f I l l l _ - - _ l _ _ _ _ I _ l f J l l r I l _ J _ _ _ l _ l l l I - _ _ _ _ _ - 1 l l l l l f I l lI 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 * 油气管道 工程 2 0 1 2 年 4月 4 施工质量要求 采用该施工工法进行小断面盾构隧道内大口径管道安装时，要达到如下质量 目标 ：工程设备、材 料质量合格率 1 0 0 。管线不同壁厚、防腐涂层的管道安装对号准确率 1 0 0 。弯头、弯管对号准 确率 l o o 。管道焊接一次合格率达 9 6 9 6 以上 。管道补 I= 1 补伤一次合格率 9 8 。管道埋深一次 合格率 1 0 0 。管道阴极保护率 1 0 0 。管道通球 、试压一次成功。 质量控制要求如下 ：进场材料的品种 、规格 、性能应符合现行 国家产品标准和设计要求 ，有产品 质量证明文件及检验报告。安排专门的材料保管员与设备管理员 ，做好各种 出入库手续 。焊工、防 腐工须考试合格并取得合格证书 。持证焊工必须在其考试合格项 目及其许可范围内施焊。试压介质应 选择洁净水 。强度试压和严密性试压以管道无异常变形、无渗漏 、压降不大于 0 1 MP a为合格 。 隧道内管道安装施工应 遵照执行 以下标 准： 西气 东输二线 管道工程线 路工 程施工技 术范 Q S Y G J X 0 1 0 9 2 0 0 7 ； 西 气 东输 二 线管 道 工程 穿 越工 程 施工 技 术规 范 Q S Y GJ X 0 1 1 4 2 0 0 7 ； 西气东输二线管道工程清管试压技术规范Q S Y GJ X O l I 7 - 2 o o 8 ； 混凝土结构工程施工质量 验收规范GB 5 0 2 0 4 - 2 0 0 2 ； 钢结构工程施工质量验收规范GB 5 0 2 0 5 2 0 0 1 。 5 安全及环保措施 1 )安全措施对现场施工人员进行安全教育培训 。所有进入隧道施工人员必须进行体检，对 于身体不适于狭窄空间作业的人员不得进入隧道内施工 。在通风系统正常运行的条件下，才可进入隧 道内施工 。保证施工人员 、材料 的竖井垂直运输安全 。由于隧道施工的特殊性 ，施工人员、材料在竖 井内垂直运输需要频繁使用垂直运输工具龙门吊。施工中，龙 门吊需要指派专人负责，每天对龙 门 吊的安全状态进行检查和维护 ，确保垂直运输安全。隧道内的防水。对隧道本身的抗渗进行改善 ，如 有积水 ，应视渗水强度和积水情况，设置相