超大口径(DN2700XDN2000)不断水分支施工技术(最终稿).doc

超大口径（DN2700XDN2000）不断水分支施工技术-在长江三期引水工程中的应用裘黎明 秦君堂摘要：本文通过长江三期引水工程中不断水分支施工实践，简单论述了超大口径自来水管道施工中发展不断水分支施工技术的现实意义，以及在大口径自来水管道施工中实施不断水分支施工技术的施工难点及技术关键。关键词：超大口径、不断水分支、切削功率、切削速度、切削路径、应力释放一、前言随着我国经济的腾飞，解决水资源的匮乏迫在眉睫，各地的引水工程相继大量上马，特别是大口径的原水管道敷设日益增多，从而不断水分支施工技术也朝着超大口径方向发展。2006年，在长江三期引水工程中，采用了超大口径（DN2700XDN2000）不断水分支施工技术。从管道不断水分支口径来说，在国内是首创，国际上也仅有少数几个国家掌握这项施工技术。二、长江三期引水工程超大口径不断水分支施工的背景2006年，长江三期引水工程全面启动，将在在上海宝山地区，敷设一条口径为2400mm、长度约为17km的原水输送管道。长江三期引水工程是二期引水工程的补充，其目的是进一步确保上海东北部地区的原水供应安全。新敷设的DN2400管道的起始端将与原二期引水工程的DN2700管道相连接。那么如何连接呢？如果采用传统的断水分支相连接，DN2700输水管道就必须停役48小时以上。这条DN2700输水管道担负着每天向上海市东北区域的吴淞水厂、闸北水厂、泰和水厂、凌桥水厂输送110万吨原水的重任，一旦停役，将造成上述水厂由于得不到原水供应而中断供水，从而将造成200万左右的市民面临断水之虞，供水企业应尽的责任也将受到质疑。面对这一难题，建设方原水股份有限公司提出实施超大口径DN2700XDN2000不断水分支的大胆设想。从而使超大口径不断水分支施工技术的研究开发得以付诸实施。三、不断水分支施工技术在自来水工程施工中应用的现实意义 自来水管道不断水分支施工技术的定义是在不影响供水的情况下，进行自来水管网的维修和改造。其主要优点如下：（1）对供水企业来说，不断水施工可以避免因断水施工而造成的对管网正常运行的影响，避免供水量的起伏和骤降，避免因断水施工而造成的自来水二次污染。（2）从社会效益来说，不断水施工技术可以使自来水用户免受断水之苦，不影响正常的社会生活。（3）从经济效益来说，可最大程度减少因断水等因素造成的直接或间接的经济损失。 因此说不断水施工技术不失为是一种比较适应时代发展要求的文明施工技术。上述施工技术的优点，在超大口径分支施工中尤为明显。不断水分支工程的施工在长江三期自来水引水工程中的成功应用，对供水行业乃至整个社会具有极大的现实意义。四、长江三期自来水引水工程中超大口径分支施工的难点及技术关键在长江三期自来水引水工程中，通过超大口径分支施工实践，关于施工难点及技术关键总结如下：（1）切削功率和切削速度的关系超大口径的分支施工切割原理与原来的中等口径的分支施工基本一致。切割管饼的直径从1200mm增大为2000mm，约增大60%以上，但切割管饼面积则从1.13m2增大为3.14m2，增大了将近300%左右，故所需的钻孔机的功率必须增加。不过并不是简单地增加功率就行了，因为随着钻孔机的各个部件以及切削刀具和被切割管饼的重量大幅增加，钻孔机的负载也随之成倍提高。如果按额定功率进行设计计算，单方面提高电动机功率，各个零部件是否能承受？一旦某个零件损坏，将会产生连锁反应。如果各个零部件同比放大，那么整台钻孔机将会十分庞大，给施工带来困难。根据机械功率的公式：P=FVCOS当功率P一定时，力F与速度V成反比，若要增大力F就必须减小速度V。此外，根据匀速圆周运动中线速度与角速度的关系公式：V=r当半径r增大时，只有降低角速度才能保证线速度V不变. 因此，当我们切割的管饼半径从0.6m增大到1m时，在角速度不变的情况下，其线速度必定增加，而线速度一旦增加，功率不变 ，切削力F势必下降，而切削力下降，要正常切割管饼必将勉为其难。若要功率不变，切削力不变，那么切削速度也不能变，所以当切削半径增大后，只有把切削角速度降下来，才能保持切削速度不变。在使用原有功率的电动机的情况下，对变速机构进行改进，降低角速度，以保证线速度（切削速度）不变，从而保证有足够的切削力切割直径2000mm的管饼。（2） 切削路径的选择 正确选择超大口径不断水分支的切削路径将会极大地改善切削功率和切削力。当钻孔直径从1200mm增加到2000mm后，切削刀盘和被切割管饼的重量有了很大的增加，主轴的进刀行程也有很大的延伸，整个主轴处于半悬臂梁或悬臂梁状态，在重力作用下，摩擦力的增加会造成刀盘卡死，为了避免刀盘被卡死，切削缝就必须加宽。钻孔口径增大，刀盘必然增大，刀齿也将增多，如果按1/3原则，按左、中、右来分配刀齿的切削路径（见图），将大大改善每个刀齿的切削状况。加大切削缝隙，在功率不变的情况下，可以避免由于切削力不够而造成的切割刀盘被卡死的现象。当然本文所提及的三条切削路径并不是唯一的，不过应该注意的是在超大口径不断水分支中，必须通过反复试验以找到最佳的切削路径。（3） 管饼的应力释放 纵观国内外大口径的输水管道是以钢管居多，而钢管在卷制过程中若工艺掌握不当，会残剩弯曲应力（特别是大口径钢管）。在进行管道分支施工时，被切割下来的管饼会有一个应力释放过程，原来弯曲的管饼被切割后会瞬间回弹。小口径的管饼，这种变形小可以忽略，然而超大口径的管饼所释放的应力很大、变形也相对较大（有时在管饼直径方向可以长出2-3cm），由于管饼被刀盘裹着，当管饼应力释放弹开时，刀盘受到该力的作用也会变形，原先的切割缝隙不可能很宽，所以这一变形将会导致整个刀盘被卡死。因此在分支切割前必须采取相应措施，以防止管饼变形而卡死刀盘。其一是提高刀盘的刚性强度；另一种是在将被切割的管面上先焊接弧形板（见图），然后再钻孔效果也不错。 由于事先对超大口径不断水分支施工技术进行了充分的研究分析，对钻孔机械作出合理的改造。施工中又采取了一系列切实有效的预防措施。通过近10个小时的切割作业，终于将直径2米的管饼从DN2700的管道上顺利取出，成功地实现了超大口径不断水分支施工，填补了国内在该施工技术领域的空白，达到国际先进水平。五、结论在长江三期引水工程中，超大口径（DN2700DN2000）不断水分支施工技术的成功应用带来了巨大的社会效益