跨山谷架空管道机械牵引施工技术

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1 工程概况贵州赤天化纸业污水处理厂外排水管从厂区排出口至赤水河边，管道为820-9螺旋卷管，总长450m，沿途需穿越公路、跨越山谷，顺陡坡(约60°)而下。跨山谷处，谷底与管道底部高差20多m，最大一个山谷跨度132m。架空部分管架共8座，支架间距13.8m，其中2根为独立钢柱，均为人字钢立柱，立柱之间采用325-8钢管连接成整体。2 施工难点由于该工程所在地植被茂密、无现成施工道路，大型吊装设备无法直接进入施工区域;每个管道人字支撑立柱柱脚底部标高均不相同;其中最高立柱高20.33m，质量达5t;大量管道焊口位于管架高空，施工难度大，危险性大。3 技术方案比选3.1满堂脚手架搭设在架空管道沿线进行满堂脚手架的搭设，使其成为辅助吊具及运输通道，利用脚手架设置吊点进行管道支撑的安装和管道敷设。3.2汽车式起重机安装修建临时施工便道，使40t汽车式起重机能够到达吊装区域，对架空管道支撑及管道本体采用汽车式起重机配合安装。3.3机械牵引结合人工微调技术通过建立卷扬机吊装模型，对管道支撑立柱采用逐榀依次推进法进行扳立吊装，同时对管道安装采取设置固定焊接操作平台和卷扬机高空桥式水平牵引延伸相结合的技术。3.4比选结果1)施工资源要求满堂脚手架搭设需要大量脚手架，由于现场交通运输困难，脚手架的转运需要大量人工，同时脚手架搭设对地面的要求也比较高，需对地面进行处理。汽车式起重机需要修建专用临时通道，并对吊装位置的地面做特殊处理。机械牵引仅需要小型卷扬机和操作人员，卷扬机的固定则可利用立柱基础上提前预埋的钢筋。2)施工进度满堂脚手架搭设最慢。汽车式起重机虽然吊装速度快，但受管道高空焊接进度的影响，所以总体时间比卷扬机牵引敷设更长。3)施工质量满堂脚手架搭设和卷扬机牵引敷设，操作空间足够，施工质量容易控制。汽车式起重机的管道吊装、组对和焊接在高空进行，质量控制难度更大。4)安全和环保满堂脚手架和汽车式起重机对安全的要求较高，势必对周围植被环境造成破坏。而卷扬机机械牵引能够降低高空焊接作业风险，并减少对周围植被环境的破坏。综上对比结果，卷扬机机械牵引技术进行管道及支撑立柱的安装应为本工程的最优方案。4 工艺原理跨山谷架空管道机械牵引主要包括管道支撑立柱的吊装以及管道本体的吊装。4.1支架逐榀依次推进法吊装工艺原理以介质流向为基准，采用8t的吊车将起始处管道支撑J-1立柱吊装到位并固定后，利用J-1的顶端作为卷扬机扳立吊装的导向挂点，将J-2扳立到位。J-1和J-2安装到位后，利用手动葫芦将J-1和J-2之间的连接管道提升到位并连接，使J-1和J-2连成整体。利用该方法将单榀管道支撑立柱和连接管道逐榀安装到位，如图1所示。4.2管道高空桥式水平牵引工艺原理利用安装好的管道支撑立柱作为承重平台，并在管道支撑立柱平台上设置门式起重机及滑动装置，将管道在地面固定操作平台上进行组对焊接形成牵引起始段，然后利用1台卷扬机及自然坡度进行管道牵引，另设1台卷扬机进行牵引过程中的稳固及纠偏。重复组对、牵引，逐渐将管道增长，最后达到管道整体牵引，如图2所示。5 施工工艺5.1工艺流程立柱基础施工→扳立牵引设备选择→牵引设备的布置→支撑立柱的安装→管架连通管安装→平台门式起重机及滑动装置设置→牵引设备选择→管道安装。5.2操作要点5.2.1管道支撑立柱基础施工1)预埋锚点钢筋考虑到管道支撑立柱扳立过程的需要，在支撑立柱基础施工时预埋20钢筋作为锚点，具体形式如图3所示，预埋钢筋与基础内钢筋可靠焊接。2)预埋钢板基础混凝土浇筑前预埋立柱底部钢板，浇筑时加强监控，防止预埋钢板位置跑偏。5.2.2扳立牵引设备选择1)以最大一组管道支撑立柱为基础，通过受力计算，选择2台型号相同的JM3卷扬机作为立柱扳立和管道牵引的动力设备。2)钢丝绳选用6-37型，主拉钢丝绳直径为15.0mm，破断拉力119.5kN，稳固钢丝绳直径为13.0mm，破断拉力87.8kN。5.2.3管道支撑立柱牵引设备的布置选择立柱基础施工时预埋锚固钢筋作为锚固点，其中A，E两点为卷扬机锚固点，B，C，D为滑轮设置点。在管道支撑立柱底端焊接δ=20mm的加固筋板，并在加固筋板上开50孔，作为手动葫芦挂钩的铰接点，目的在于使管道支撑立柱在起吊过程中不产生轴向偏移，同时可对立柱底座进行微调。基础支墩处的平面及铰接点如图4所示。支撑立柱扳立过程具体布置如图5所示。5.2.4管道支撑立柱的安装管道支撑立柱扳立方式如图6所示。由于管道支撑立柱的吊装是逐榀扳立进行的，因此提升及稳固用卷扬机需分别设置于距起吊立柱2L(L为立柱长度)远外的基础锚点处。A点为吊点，C点为定滑轮设置点，该点设置定滑轮1个(3t双门滑轮)，B点为导向滑轮设置点，该点设置定滑轮1个(3t单门滑轮)。1)管道支撑立柱扳立前应仔细检查基础锚固点、钢丝绳、滑轮的牢固性，对卷扬机进行正式起吊前试运转，以保证卷扬机有可靠的制动措施，在确保安全后方可进行操作。2)卷扬机将管道支撑立柱缓慢牵引，待牵引钢丝绳绷直受力后，再次检查各部位的安全性，然后进行管道支撑立柱的扳立。3)在管道支撑立柱扳立过程中，提升与稳固用卷扬机应同步收放，操作人员应服从统一指挥，以保持管道支撑立柱在吊装中的稳定性。因J-4管道支撑立柱跨度为8m，且在起吊前已对支架底座与基础进行处理，故不考虑在起吊过程中的横向偏移。4)当管道支撑立柱基本达到垂直时，改用手动葫芦和卷扬机牵引相结合的方式进行管道支撑立柱微调就位。就位及底座处理措施:①当支撑立柱基本就位后，采用卷扬机结合人工微调，达到设计要求;②支撑立柱底板与预埋钢板之间沿圆周对称方向点焊，点焊长度为50～80mm。支撑立柱底板与预埋钢板之间的焊接工作完成后，方可卸去2台卷扬机上拉力，然后对支架基础进行灌浆保护。5.2.5支撑立柱之间管架连通管(325-8)安装在管道支撑立柱平台上设置临时吊点，利用2t手动葫芦进行连通管的吊装就位并连接。5.2.6管道支撑立柱平台门式起重机及滑动装置1)门式起重机设计门式起重机采用［10(抗拉强度310MPa)制作，可防止A段管道在牵引过程中偏移，方便设置吊点，同时为人员在支架平台上操作提供防护。管架平台如图7所示。2)滑动装置设计滑动装置主要为A段管道在牵引过程中降低与平台的摩擦力，达到平稳、高效的输送作用。滑动装置采用2个深沟球轴承(外径90mm，内径50mm)组成，内套轴与固定钢板(δ=20mm)之间采用黄油润滑。5.2.7牵引设备选择根据深沟球轴承的摩擦系数和受力，计算出管道在牵引过程中的最大摩擦力，选择牵引用卷扬机规格、型号。本工程管道牵引用卷扬机选用的型号和管道支撑立柱扳立用卷扬机相同。5.2.8管道安装5.2.8.1钢管的组对、焊接及检测在山谷起始端管线中心线处选择组对沟槽区域，组对沟槽长度>12m。钢管在集中堆放区进行防腐处理后，形成待运输管道，采用25t起重机将管道吊装至组对沟槽指定位置，进行管道的组对、焊接及检测。