张超魁 刘继发
（中国水电基础局有限公司 天津武清 301700）
【摘要】预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe）简称PCCP，是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷水泥砂浆作保护层，采用钢制承插口与钢筒焊在一起，插口端有两道凹槽和橡胶圈形成了柔性接头，是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆等几种材料组成的复合结构体。文章研究了PCCP快速安装技术，在XX供水工程中得到有效应用。
【关键词】预应力钢筒混凝土管；PCCP；供水工程
1概述
XX供水工程属于长距离调水工程，工程主体采用PCCP管道。某标段为两槽四排管道和同槽四排管道，总安装管道长度约72km，工期紧，任务重。工程构筑物施工时长基本确定，而且受PCCP管道安装的制约，所以管道安装速度就成了整个工期的关键。研究快速管道安装技术成为工程按期或提前完工的重要任务。
2生产性试验
选择400m长的“一槽两管”沟槽作为管道安装生产性试验。
2.1 技术储备，人机配置
PCCP管道安装前，项目部编制试验方案，获得总包施工单位和监理工程师批准后实施，项目技术负责人对主要技术人员进行技术交底。对于参加管道安装现场技术人员、安装工、起重工、管材运输司机以及安全员等，由项目部工程技术部负责人进行技术和安全交底。
对各工序人员及相应的机具都进行配置设计。按照工艺流程（见图1）需要，对各工序操作人员进行“配合比”设计。前期配置不一定完全合适，不断调整， 经过几天后，配置逐步稳定。
2.2 起重设备的选择
本工程管道覆土高度基本在6m以内，沟槽开挖深度在10m以内。两管同槽时外侧管安装距离沟槽开口线为18.3m，吊车自身宽度为8.8m，吊车中心至一侧边缘距离为4.4m，吊车距沟槽边安全距离3.0m，合计外侧管作业半径为25.7m。PCCP管件最大重量约为50t。
根据作业半径、沟槽深度、管件重量等参数，采用SCC4000型履带式起重机进行管道安装。此型号起重机选用臂长36m的吊车加165t配重，在28m幅度时起重量为54t，满足本工程的起吊安装要求。沟槽开挖深度超过10m的地段较少，安装时采用开挖降低沟槽边坡高度的方法，以满足安装要求。
2.3 吊装方式的选择
根据施工现场的实际情况，采用吊车在沟槽边上直接把管件吊入沟槽内安装。起吊方式选用兜身吊，严禁使用穿心吊，起吊索具采用柔性材料包裹，不允许钢丝绳直接接触管件保护层，避免起吊索具的坚硬部位碰损管身保护层。管件装卸过程始终保持轻装轻放的原则，并有专人负责指挥，严禁溜放或用推土机、叉车等直接碰撞和推拉管子，严禁采用撬、滚、滑等损伤管件的方法吊装和移动管件。
2.4管道安装
管道是供水的重要载体，管道安装是供水工程的关键环节，管道安装质量决定供水工程的成败。通过各工序人机的配置设计，首先保证了各工序的施工质量，其次各工序的速度有了较大提高，各工序间协调配合更顺畅，整个安装过程也协调顺畅，提高了安装速度。所以通过人机配置设计，各工序之间在速度和质量上达到完美配合，形成了管道快速安装技术。
2.4.1 安装工艺流程
PCCP管道安装工艺流程见图1。
图1 PCCP管道安装工艺流程图
2.4.2 安装前准备工作
安装控制点应根据施工控制网引测的控制点平面、高程参数，通过可靠方法引到沟槽底部。安装时根据施工测量控制点进行管道的轴线和标高校测。
每节管件入沟前，应逐根检查管件承插口有无损坏现象，如果有飞边、毛刺等，则应予以处理，以防划伤橡胶圈，同时清除管内异物。
2.4.3 安装密封橡胶圈
安装前，仔细清洗待安装管道的承插口，然后对承插口涂刷食品级植物类润滑油，严禁使用石油类润滑油。橡胶圈在套入插口环凹槽之前，将待装管件承口端、已装管件插口端及凹槽上涂满润滑油，然后将橡胶圈套入插口环凹槽中，并在胶圈下方插入专用工具，沿管件插口的周边移动来调均胶圈，确保胶圈拉伸均匀，不得有扭曲、错位、翻转等现象发生，待胶圈就位后再在橡胶圈上涂刷润滑油。
2.4.4 管道对接、校正
安装时，待装管件要缓慢而平稳地移动。当管件移动至距已装好管道的插口100mm～200mm时，宜用方木支垫在两管间，以防止承插口环因碰撞造成损坏。对口时，要使承口端与插口端保持平行，并使圆周间隙大致相等，以准确就位。
（1）首节管件的安装：用吊车将首节待装管件吊至测放好的位置处，铺管找正时可先找准管轴线位置与管节两端高程，并按已测数据调整管件位置。首节管件安装时，采用以下的方法将待装管件调整到合适位置。
1）确定管中心线。用一根校正平直的角铁（角铁长度1.5m左右）置于要调整的管口处，标示出角铁中心线位置，将水平尺放在角铁上，角铁中心位置处挂一垂球，将角铁用水平尺调整水平后，垂球垂线稳定后所指示线即为管中心线。
2）根据管中心线调整管件位置。利用槽底中心桩和垂线之间相对位置，可确定管中心线是否偏差。利用吊车调整管件左右轴线位置，使管中心线和设计管中心线位置重合，此时管中心线校正完毕。
3）调整管件标高。用水准仪观测，按标准调整管件标高和坡度，测量高程的塔尺，要垂直立在管轴线上方，通过吊车起降将管件调整到设计高程，并使用专用设备、工具，用中粗砂将管腋角部位填捣密实，以稳固管件。
（2）首节管安装就位后，在已安装的管件内架设受力横梁（垂直长度略小于管道内径，横梁两端焊接与管内壁弧度相同的弧形钢板，使其与管内壁均匀接触，以免破坏管内壁混凝土，厚度应能插入管接头内缝为宜），在待装管件外管口架设横梁，用钢丝绳和手拉葫芦将两梁连接，通过拉动手拉葫芦，将第二节管件拉至安装位置。
管道对接时，应使待装管件承口端与已装管件插口端保持平行，并使管件承插口四周间隙保持大致相等。管道对接前，先用吊车采用以上调整管中心线和高程的方法将待装管件调整到合适位置，即可拉动手拉葫芦进行管道对接，使待装管件承口端徐徐平行进入已装管件插口端。对接同时需要根据设计高程用水准仪校核调整管中心标高，并利用水平尺、角铁等工具根据槽底中心桩与垂线相对位置调整管轴线位置，直至满足设计要求。
管道安装完成后要用中粗砂或其他标准垫层料将管腋角振捣密实，以防管道发生位移。
对于直线段，管接头安装缝隙控制在5mm～25mm范围内；对于管线转折处，转折角度不大时可采用借转，每节管接头的借转角度不大于0.3°，借转处总借转角度不大于3°。借转处接头的最小缝隙控制在5mm～10mm之间，最大缝隙不超过25mm。
（3）管道安装班组第二天开工前，需对先天安装的管轴线、高程进行复测，如有偏差，应及时作出调整，保证各项指标均在规范控制范围之内。
2.5接头打压
管道安装完成后应对管接头进行水压试验，以检验接头的密封性。打压时采用手动打压泵与管接头处打压孔相连接，将另一侧打压孔螺栓拆除，然后压动打压泵对接头注水，待接头内部空气排除后再用螺栓对打压孔进行封堵，即可进行注水加压实验。试验压力为管道工作压力加0.3MPa，恒压2min，如无压力下降现象，该接头打压试验合格。
2.5.1第一次接头打压
每一节管件安装完成后，随即进行第一次接头打压试验，如果发现有压力明显下降现象，应对打压泵、管件接头等仔细检查，找出压力下降的原因。如果密封胶圈已被损坏，则应拔出管件，更换胶圈，再重复管件安装的所有过程；如果确认管件承插口的胶圈卡环有问题，则应按规定进行修补或更换管件，直到试验完全合格。
2.5.2第二次接头打压
每安装第三节管后，应对先前安装的第一节管件与第二节管件接头进行第二次打压试验，检验方法同第一次。如果不合格则需拔掉重装后再试，直至合格为止。
2.5.3第三次接头打压
第三次接头打压试验在管顶回填完成后进行。如果不满足要求，则应采用监理工程师批示的修补方法补救。试压完毕后应密封打压孔。
2.6管道接头处理
管道接头打压试验合格后，接头需要进行保护处理。接头处理分为外部处理和内部处理。
2.6.1外部接头灌缝
为保护管件外露的承插口钢构件不受腐蚀，需要在管接头外侧做砂浆灌缝保护。接头包带、灌浆应按下列方法进行：
（1）灌浆前先对管道接头缝隙淋水冲洗，以确保缝隙间表面洁净并保持湿润。在接头的外侧裹一层宽度约为200mm的接口灌浆带，作为灌浆接头的外模。
（2）事先将外模材料的两边折回后缝制成孔道，用打包钢带穿入后裹好、收紧，将其固定在管道接头表面，只在最上面留出灌浆口。
（3）从灌浆口处灌入1:2.4的水泥砂浆，灌缝砂浆应有较好的流动性，并在灌缝过程中用捣实工具进行振捣，以使所灌入砂浆均匀、密实、无空隙。待砂浆灌满接头后，灌浆口上部用干硬砂浆填满抹平，并确保接头处灌浆高度高出管壁30mm。
（4）接头灌浆所用包带应有足够的强度，以防灌缝过程中包带破裂或发生较大的鼓胀变形。
2.6.2接头防腐处理
对于有防腐要求的PCCP管道，还需待灌浆包带拆除后，根据设计要求在接头处涂刷环氧煤沥青防腐涂料进行防腐处理。
2.6.3管内勾缝
管道第三次接头打压合格后便可进行管道内部接头勾缝处理。灌缝前先对管内缝清扫处理，并用清水刷洗，使接头表面清洁、湿润，确保内缝间无灰尘、异物等。管道内部接头缝隙应用1:2.45水泥砂浆勾缝，勾缝后要加以养护，确保管道内表面光滑平整。
3施工难点及解决方案
由于本工程PCCP管道安装线路长、管径大、通水后输水压力大，且施工地形、地质条件复杂多变，如果发生渗漏，则将可能发生极大地破坏。因此，在管道安装过程中，防止发生渗水，成为安装技术的关键。
3.1 管道渗漏原因分析
（1）管件自身原因造成渗水。PCCP管道为柔性接头，接头止水主要靠两道被挤压的密实胶圈。如果管件承插口因椭圆度不满足设计要求，则在安装过程中会严重削弱胶圈的压缩功能，从而造成接头渗水。
（2）密封胶圈原因造成渗水。不同厂商密封胶圈会存在一定差异性，譬如拉伸力、伸缩量等，且由于工人在施工过程中的经验和对胶圈作用的认识不足，可能因自身操作不规范造成胶圈位移、损坏或堵塞打压孔等现象发生，使胶圈失去止水功能。或因胶圈本身存在裂纹、凹槽或针眼等质量问题，造成接头水压试验不合格。
（3）安装过程中因地下水存在造成管子上浮位移，或因管基受卸荷作用、地下水浸泡或机械振动等因素影响，造成管基承载力降低，从而使管道发生不均匀沉降造成渗水。
（4）PCCP管道安装过程中有时会遇到湿陷性黄土、弹簧土等不良地基，造成管道的不均匀沉降，从而造成管线发生弯曲变形，并发生渗漏现象。
3.2 管道渗漏解决办法
PCCP管道安装是一项系统性的工程，在施工过程中除了要严格按照有关标准、规范及监理工程师批示的施工方案施工外，还应对管件、密封胶圈等部件质量进行严格审查，并注重做好降低地下水、验基换填等其他工序的施工，避免这些因素影响PCCP管道安装质量。
（1）PCCP管件及其配件的质量检查。PCCP管进场之前，应做好对管件产品质量合格证及检验报告、外观、尺寸、承插口椭圆度、管标识等检验工作。检验进场橡胶圈合格证或检验报告，保证胶圈无老化，表面无气孔、裂缝，粗细均匀，无错茬、重皮，无平面扭曲、错位及肉眼可见的杂质等。
（2）做好管道安装前沟槽验基工作。管道安装前，应先对已开挖沟槽边坡、底宽等进行质量验收，管基原状地基土不得扰动、受水浸泡或受冻。清除沟槽内的草皮、树根、乱石、坟墓等，及时处理沟槽内部如果有水井、泉眼、地道、坑窖等洞穴。管道安装前还应有地质工程师做好管基触探试验工作，检验地基承载力是否满足设计要求。如果遇不良性地基或地基承载力不满足设计要求时，则应根据试验结果做好管基扩挖换填工作。根据前期勘探，依据沟槽地下水位与管道底的设计高程比较结果，在沟槽坡脚设排水沟或提前采用降水井等措施，做好管基面以下50cm内地下水排水工作，保证管道安装在干地施工。
4结语
经过试验段的实践，不断调整各工序人员和机具的配合，形成稳定的人机配置，包括在特殊情况下对配置进行微调，使施工配置更符合实际，有效保证各施工工序质量和速度，在防渗漏方面最终达到了一个稳定的人机配置。
文章探讨了PCCP管道安装的施工工艺与方法，并在生产性试验中总结出一套快速安装技术，有效保证了管道安装质量，防渗效果良好，在后续施工中得到验证，取得成功。