大直径钢管整体卷制成套辅助设备的研制

大直径钢管整体卷制成套辅助设备的研制

成春华

宁波海湾重工有限公司，浙江省宁波市315000

摘要：近年来，社会进步迅速，目前海上风电工程的风机基础多采用无过渡段大直径钢管桩单桩基础形式，其施工工艺与传统的沉桩工艺存在区别。同时由于风机塔筒垂直度及上部风机运行安全需要，对单桩基础的垂直度要求非常严苛，如何采用合适的沉桩工艺及保证单桩沉设的垂直度成为工程质量保障的关键因素。

关键词：大直径钢管整体卷制；成套辅助设备；研制

引言

复合钢管柱往往应用在地质环境较为复杂的项目中，但是由于地质条件、复合钢管柱本身的特点，在不同的环境下其施工工艺等有一定的独特性。（1）大直径复合钢管柱的钢护筒是成桩质量的关键，要全方位把控钢护筒施工的整个环节，确保钢护筒制作和施工质量满足要求；（2）大直径钢管复合桩的钻机速度、垂直度控制要根据相应地层采取针对性的措施；（3）为保证混凝土的浇筑质量，在加强圈板上开孔是非常必要的。

1船机设备选型

目前国内常规单桩（直径在2.5m、桩长在90m以下）的沉桩工艺较为成熟，均采用自带桩架的传统打桩船进行施工，桩锤多为柴油锤，如浙桩8、三航桩16、雄程1号等，据不完全统计全国共有各类带桩架的传统打桩船达74艘。但传统的打桩船设计的桩重、桩径、桩锤适用己不能满足大直径钢管桩的沉桩作业要求，采用全回转起重船（带抱桩器或稳桩平台）和锤笼组合而成的吊打沉桩工艺是大直径大重量的单桩沉桩的必然选择。常规打桩船的桩身定位，无论直桩或斜桩，均以随锤上下运动的替打桩帽及桩架下部的液压抱桩器为桩身定位，也就是说基桩轴线始终与导轨平行，其平面和垂直面的角度随桩架的定位而定。吊打沉桩的作业平台不设置大型变幅桩架，包括吊桩在内的各类起重作业均由施工平台（船）上的起重机完成。直桩以自身定位，斜桩依靠导向定位架，故沉桩作业时对直桩的垂直度控制尤为重要。目前国内可进行吊打沉桩的船型并不多，均是采用液压锤吊打，但工艺各有不同，按沉桩工艺形式分主要有稳桩平台+起重船、支腿船带抱桩器与起重船舷侧自带抱桩器吊打3种。

2大直径钢管在顶管工程中的应用要点

顶管工程施工程序主要包括以下方面：（1）始发工作井、接收井构筑；（2）顶管机就位与始发；（3）管节顶进、拼接；（4）工作井接受顶管；（5）管节全线贯通。与普通顶管施工相比，大直径钢管顶管存在一定的特殊性，具体施工特征与应用要点分析如下。

2.1大直径钢管施工特征

大直径钢管施工特征主要可归纳为以下几个方面：（1）大直径钢管的管径与壁厚之比较大，稳定性差，顶管施工难度相对较大。（2）钢管柔度大、受力复杂，易出现管壁变形、顶管轴线偏移的情况，相关控制难度大。（3）大直径钢管顶管纠偏时，必须加强姿态控制，姿态偏差直接挤压扰动土层，容易引发地表变形等问题。

2.2大直径钢管应用要点

在进行大直径钢管顶管施工时，具体需落实以下工作要点。（1）钢管焊接施工。①钢管节制作：由制管厂统一制作完成，验收合格后方可运至施工现场，由于管节直径大、质量大，建议单层堆放，保证安全。②钢管焊接：顶进一节管节后，缩回主顶千斤顶继续吊放下一管节，两节管节对接拼装，并做好焊接。③检测和防腐：检测工作包括外观检测、焊缝检测，可采用超声波检测方法，若检测不合格，需返工处理；检测合格后，对管节接头做防腐处理。（2）减阻泥浆施工。大直径钢管顶管施工时，对周边土层均会产生较大的干扰，对此可合理采用注浆工艺形成有效泥浆环套。根据工程实践分析可知，管道两侧土压、孔压变化较大，因此必须重点落实管两侧补强措施，注浆孔由制管厂家开设。（3）中继间顶进。大直径钢管顶管施工中，工作井、接收井施工成本较高，需尽可能延长单段顶进距离，中继间技术由此得到广泛应用。一个顶程有多个中继间时，依次顶进，最后由主顶顶进，依此循环，顶进结束后拆除中继间。（4）轴线测量纠偏。大直径钢管顶管施工中，轴线测量与纠偏十分关键。根据测量结果，合理调节纠偏千斤顶伸缩量、改变工具管姿态，保证钢管顺利就位，防止对周边土体产生不必要的干扰，甚至引发安全事故.

2.3注浆减阻

触变泥浆减阻是顶管施工中减少顶力的一项重要技术措施，在顶进过程中，通过顶管机头尾部的同步注浆与顶管管节上预留孔向管节外壁压注一定数量的减阻泥浆，采用多点对称压注使泥浆均匀地填充在管節外壁和周围土体的空隙来减小管节外壁和土体间摩阻力，起到降低顶进时阻力的效果。

①浆液配置

浆液采用膨润土、水及碱配置而成，配比为12%膨润土+5%碳酸钠（纯碱）+0.05%CMC-Na-1（羧甲基纤维素）+88%水，依据现场实际条件适当调整。触变泥浆性能指标应满足：泥浆比重为1.1～1.4×103kg/m3、粘度大于30s、失水量<25ml>

②注浆系统

总管选用Φ40mm的钢管，从泥浆站直通机头，主管沿线每间隔9m设一个三通连接注浆支管，支管采用Φ30mm高压橡胶管，沿顶管横断面弧形布置，连接管壁上预留的注浆孔。DN2000管材每道注浆管路设置3个注浆孔;DN2600管材每道注浆管路设置4个注浆孔。

③减阻注浆技术

泥浆的拌制要均匀。拌制完成的泥浆排放入贮浆池内贮存10h进行发酵，使膨润土、水、碱发生充分的置换作用，形成稳定性良好，具有一定粘度、碱度的泥浆。配置完成后通过两台液压注浆泵压入两根注浆总管，一根总管压注到机头进行同步注浆，另一根总管压注到管节上设置的环形分管的各个预留注浆孔，进而不断补充管外壁渗透到土层中的泥浆，以便顶进过程中管节外围泥浆套的完整。

3施工质量控制

3.1钢护筒打设质量控制

钢护筒施工打设时要确保其稳定性，这样才能控制桩基施工的精度。因此在钢护筒打设时，打桩船首先要稳定，并且适合作业，同时保证钢护筒的导向位置精度复合要求。

3.2钻孔控制

钻孔施工质量是桩基施工质量控制最重要的一环，因此要确保钻进过程的缓慢和匀速，根据钻进所处的不同地层采用相适应的速度和泥浆，并且要根据海洋环境的潮汐变化控制钻孔内外的水头差。

3.3钢筋笼制作与安装

钢筋笼的制作和安装一定要精确，因此要根据钢筋笼的制作和安装过程，从胎架、丝头、长线法加工、现场下放的吊具等不同环节，采用最优的控制措施，保证钢筋笼的制作和安装精度复合要求。

3.4大直径钢管顶管施工要点

根据设计意图，Y13～Y32、W35～W52段拟采用顶管施工，Y15～Y35段管底标高为34.46～41.00m，W35～W52段管底标高为32.89～37.72m。该项目位于长沙市望城区，场地现状现有道路，少量区域为绿地，周边交通地理条件良好，适宜大中型机器进场施工作业。顶管施工应制定专项施工组织方案，并严格按要求施工，同时加强对周边环境的监测。（1）工作井及接收井施工要点。根据管道埋深及场地标高，拟建雨水管道工作井基坑开挖深度为5.1～12.6m，拟建污水管道工作井基坑开挖深度为6.1～11.8m，需落实支护、止水防渗施工。该项目基坑侧壁安全等级为一级，工程中工作井施工常采用施作逆作拱墙、沉井或地下连续墙支护，高压旋喷桩或高压注浆。该工程根据现场环境及条件，经过综合比选，拟采用逆作拱墙法施工工作井及接收井，抗浮水位考虑按地坪设计标高下1.5m。基坑开挖时坑边不得堆载，并要加强基坑监测工作。（2）顶管施工要点。拟建雨水管道顶管埋深为5.1～13.3m，拟建污水管道顶管埋深为6.1～11.8m。顶管施工时应全面监测土压力变化，合理调整推进压力，选用平衡性能较好的顶管机具，采取合理的措施以防止塌方、地面沉降等现象发生。顶管顶进过程中若出现穿越软硬不同土层或土层中出现较大硬块的情况，在其界面处顶进时易发生顶偏，因此在顶进过程中应勤纠微调，及时纠偏，防止事故发生。顶管过程中应特别注意有无易燃易爆有毒气体，如发现异常应立即停止施工，并向相关单位汇报。施工过程中应加强顶管施工影响范围内的监测，防止施工给周围环境造成危害

4关键技术及展望

该辅助设备的关键技术在于将管道间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，使钢管在套管内在很小的拖拽作用下完成管道穿越，且该滑轮为实心钢制滑轮，可承受管道自重带来的压力，以免造成滑轮在管道内发生脱落，使管道穿越工作更加困难。该滑动设备的设计理念基于滑轮，在套管内空间狭小，且每根管道自重3.3吨，小型拖拽设备无法拖拽管道，而大型滑动或拖拽设备无法安装，因此将管道自身设计为“滑动小车”的形式，在套管外侧运用小型拖拽设备或吊机进行推动完成管道穿越。本设计滑轮设备可运用于引邱入城管线工程其他未完成管道穿越的顶管施工段，同时推广运用于其他管道穿越施工中，在唐山二期项目曹妃甸区滦河下游输水干渠西延工程、青龙湖管线生态补水工程中涉铁、涉路段均可采用本文的施工工艺。针对不同管道的直径选择相同角度焊接滑轮，使管道在套管内顺利滑动，完成管道穿越。该滑轮焊接设备主要经济指标在于其造价低，使用便捷，每处管道穿越可根据管道长度自行调整焊接滑轮数量，其社会效益可运用于其他管道穿越施工中或应用于其他大型吊装设备无法吊装的施工区域。

结语

各项指标严重超标，水环境的治理迫在眉睫，引邱入城管线工程的实施将为市区每日供应13万方清洁的淡水资源。综上所述，本工程使用焊接滑轮的方法、低成本的完成所有涉路、涉铁段大直径钢管穿越混凝土套管的施工工作，最终使本工程按期完成顺利通水，得到了业主的一直好评，同时为本工程其他重点项目树立了良好的榜样，争取了足够的工期，为水环境的改善增加了筹码。综上所述，城市地下管线施工中，顶管施工技术的运用愈加常见，但是与普通顶管施工相比，大直径钢管顶进存在一定的特殊性。其整体施工难度较大，必须规范开展相关顶进、焊接以及注浆工作，落实焊缝检测、轴线测量等测试，及时纠偏，最大限度减小对周边环境的影响，保证项目作业顺利完成。

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