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一种应用于洞穿管道安装领域行走轨道及施工方法研究

发表时间：2021/6/1 来源：《基层建设》2021年第2期作者：史建伟

[导读] 摘要：洞穿管安装的行走轨道及施工方法，属于洞穿管安装工艺的技术领域。

        北京京水建设集团有限公司北京市 100094
        摘要：洞穿管安装的行走轨道及施工方法，属于洞穿管安装工艺的技术领域。包括两根倒扣于混凝土管底部的槽钢，两根槽钢相互平行且分布于混凝土管底中线的两侧，用膨胀螺栓将两根槽钢固定；在两根槽钢之间焊接有多根横向加强肋，在混凝土管管底中线处竖向的固设一根架立筋，在架立筋的顶部焊接横向辅助筋，在槽钢上沿长度方向间隔设置有多个导向装置，且两根槽钢上的导向装置一一对应；导向装置包括U形限位板和U形限位板开口处设置的钢导轮，与U形限位板的底端焊接于槽钢的上表面。整个洞穿管行走轨道的安装过程简单有序，结构简单，加工方便，节省时间，而且方便了洞穿钢管的安装。
        关键词：洞穿管，行走轨道

        一、项目研究概况
        本项目实际应用于南水北调配套工程大兴支线工程。
        大兴支线工程是北京市南水北调配套工程的重要组成部分，主要包括南干渠~廊涿干渠连通管线、新机场线和泵站工程，其中南干渠~廊涿干渠连通管线位于北京市大兴区，采用1-DN2400球墨铸铁管。
        工程采用明挖与顶管相结合的施工方案，在具备条件的地方优先采用明挖的方法施工，明挖施工管材主要采用K10级球墨铸铁管，管道局部转弯处采用钢管；穿越立交桥、重要城市道路和公路、铁路、主要河流、现状建筑物及建筑物密集区采用顶管方式施工，顶管施工管材为直顶球墨铸铁管及顶进钢筋混凝土管并洞穿钢管形式连通。
        研究项目研究位于顶管施工过北京市六环路区域，管道穿越施工时采用机械顶管方式顶进钢筋混凝土套管，套管内穿钢管。顶管长度238米，顶管的管道规格DN3200，管材为钢筋混凝土管，管内径3200mm，管壁厚290mm，管外径3780mm。顶进完成后内穿DN2400钢管。并在混凝土套管与洞穿钢管之间的缝隙填充自密实混凝土。
        洞穿施工采用牵引方式将组装焊接完成的钢管通过预制导轨、钢导轮拖入顶管洞内。管道进洞之前首先进行洞穿管行进轨道施工。

        施工区域平面示意图                     具体施工示意图

        洞穿管施工纵断图

        洞穿管施工1                         洞穿管施工2
        二、项目分析
        1、行进轨道选择分析
        （1）洞穿管道：洞穿管道为钢管，单节长12米，重约13.1吨。
        导轨选择时应满足钢管自重及上部环空层自密实混凝土重量要求。
        （2）环空层自密实混凝土浇筑时候的上浮
        洞穿管安装完成后，需要在钢筋混凝土管道及洞穿管道之间空隙填充自密实混凝土，浇筑过程中预防洞穿管上浮也是施工重点。
        （3）满足行进要求
        为满足洞穿管顺利行进，需对行走管道上方设置钢导轮，洞穿施工采用牵引方式将组装焊接完成的钢管通过预制导轨、钢导轮拖入顶管洞内。
        （4）工序简洁、方便、快速
        施工过程中应明确工序且能快速施工。
        （5）安装平台匹配
        洞穿管道施工需设置安装平台，安装平台施工要结合通过安装轴线确定行走轨道高程设置。
        2、行进轨道选择
        （1）试验分析
        正式安装之前，在现场利用顶进钢筋混凝土管道，制作试验样品。
        （2）导轨确定
        经过试验确定管内导轨现场焊接，采用槽钢角钢结合φ150mm钢导轮加工而成，与钢筋混凝土管内植筋焊接，根据钢管中心高程推算导轨顶高程，安装设计高程下调2cm，预留钢管上浮空间。
        三、行走轨道构成
        1、一种用于洞穿管安装的行走轨道，包括两根倒扣于混凝土管内壁底部的槽钢，两根槽钢相互平行且分布于混凝土管底中线的两侧，用膨胀螺栓将两根槽钢固定。在两根槽钢之间焊接有多根横向加强肋，多根横向加强肋沿槽钢的长度方向间隔设置。在混凝土管管底中线处竖向的固设一根架立筋，架立筋的底部抵接于混凝土管底，且架立筋经过横向加强肋的中部并焊接。在架立筋的顶部焊接有横向辅助筋，横向辅助筋水平设置且其投影与槽钢垂直相交。横向辅助筋的两个端头分别与两根槽钢的外边缘平齐。在槽钢上沿长度方向间隔设置有多个导向装置，且两根槽钢上的导向装置一一对应。导向装置包括U形限位板和U形限位板开口处设置的钢导轮，U形限位板开口沿混凝土管的直径倾斜向上，与U形限位板开口对应的封闭端焊接于槽钢的上表面。

        通过采用上述技术方案，膨胀螺栓将两根槽钢进行固定，防止两根槽钢从混凝土管管壁上滑落。间隔设置的多根横向加强肋对两根槽钢有支撑的作用，防止槽钢在承受中午挤压时从混凝土管管壁上滑落。钢导轮的设置，在洞穿钢管推进时，洞穿钢管的与管底的滑动摩擦改成了滚动摩擦，减少了洞穿钢管受到的阻力；且钢导轮对洞穿钢管起到了导向的作用，方便了洞穿钢管的安装。架立筋与横向辅助筋的设置，先通过架立筋底部混凝土管底中线的高程，量取出架立筋与混凝土管底中线的高差，将架立筋的高程确定，然后以横向辅助筋为基准，在其两端向上量取固定的高度，定出钢导轮顶面的位置；起到了辅助确定钢导轮的高程，方便了钢导轮的安装的作用。相比于背景技术中的方案，本方案的结构简单，易施工，节省了较多的施工时间，且保证了钢导轮的结构强度，方便了洞穿钢管的安装。

        2、在槽钢与U形限位板之间加设有垫板，方便调整钢导轮的高程，钢导轮的高程通过调整垫板的数量来进行调控。
        3、在U形限位板与横向加强肋之间设置有倾斜的角钢，角钢的顶端焊接于U形限位板的上部，角钢的下端抵接于混凝土管底部，角钢的侧面焊接于横向加强肋的侧面。导向装置是沿混凝土管的直径方向倾斜设置的，在洞穿钢管放置于导向轮上时，U形限位板只可能朝向混凝土管内部弯折；而角钢的设置加强了导向装置的强度，防止了U形限位板朝向混凝土管内部弯折。
        4、在U形限位板的外边缘焊接有将多个U形限位板连接的纵向连接筋，纵向连接筋位于U形限位板的上端。纵向连接筋将位于同一侧的导向装置串联成一个整体，保证了沿槽钢长度方向间隔设置有多个导向装置的整体性。
        5、在每个U形限位板上焊接有支撑板，支撑板的顶部焊接于U形限位板的两根肋骨的中上部，支撑板的底部焊接于槽钢的上表面；支撑板位于U形限位板远离混凝土管入口的一侧。在推动洞穿钢管进入混凝土管道时，洞穿钢管对导向装置产生朝向混凝土管出口方向的推力，而加设的支撑板位于导向装置远离混凝土管入口的一侧，在推力作用于导向装置时，支撑板对导向装置有与推力方向相反的支撑力产生，加强了导向装置与槽钢的连接强度。
        6、横向辅助筋的两端分别与其经过的角钢和U形限位板焊接。在导轨上安放洞穿钢管时，架立筋与横向辅助筋将两根导轨上的导向装置连成一个整体，可以辅助钢导轮受力。
        四、行走轨道的安装方法
        具体包括：
        （1）对混凝土管内洞穿钢管的设计轴线及设计高程进行复核；
        （2）预先计算出混凝土管底部要安装的导轨顶面和钢导轮顶面的高程；
        （3）根据洞穿钢管受力分析计算，确定槽钢的铺设角度以及铺设位置；在混凝土管内对槽钢的位置进行测量放线，先放出混凝土管的中线并标记，再通过中线确定出两侧的槽钢的位置并标记；
        （4）将槽钢按标记位置倒扣于混凝土管底两侧的管壁上，并用膨胀螺栓固定；
        （5）将横向加强肋的两端与两根槽钢进行焊接；
        （6）在横向加强肋的中部焊接架立筋，在架立筋的顶部焊接横向辅助筋，横向辅助筋水平设置且其投影与槽钢垂直相交；横向辅助筋的两个端头分别与两根槽钢的外边缘平齐；通过量取架立筋顶部与管底中线的高差来确定横向辅助筋的高程；
        （7）在槽钢上沿长度方向间隔设置有多个导向装置，且两根槽钢上的导向装置一一对应；导向装置包括U形限位板和U形限位板开口处设置的钢导轮，在安装导向装置时，以横向辅助筋为基准，在其两端向上量取固定的高度，定出钢导轮顶面的位置，然后将导向装置底部焊接固定；
        （8）设置角钢：角钢的顶部焊接于U形限位板的上端，角钢的下端头抵接于混凝土管的底部，且角钢底部的侧面焊接于横向加强肋的侧面；
        （9）焊接支撑板：支撑板的顶部焊接于U形限位板的两根肋骨的中上部，支撑板的底部焊接于槽钢的上表面；支撑板位于导向装置远离混凝土管入口的一侧；
        （10）在U形限位板的外边缘焊接有纵向连接筋，纵向连接筋将位于同一侧的导向装置串联成一个整体；
        （11）横向辅助筋的两端分别与经过的角钢和U形限位板焊接。

        五、有益技术效果
        1、架立筋和横向辅助筋的设置，起到了辅助确定钢导轮高程，方便了钢导轮安装的作用，节省了钢导轮的施工时间；且横向辅助筋将两根导轨上的导向装置连成一个整体，可以辅助钢导轮受力；
        2、膨胀螺栓将两根槽钢进行固定，防止两根槽钢从混凝土管管壁上滑落；
        3、间隔设置的多根横向加强肋对两根槽钢有支撑的作用，防止槽钢在承受力挤压时从混凝土管管壁上滑落；
        4、纵向连接筋将位于同一侧的导向装置串联成一个整体，保证了沿槽钢长度方向间隔设置的多个导向装置的整体性；
        5、角钢的设置加强了导向装置的强度，防止了U形限位板朝向混凝土管内部弯折；
        6、支撑板的设置，加强了导向装置与槽钢的连接强度。
        六、结论
        1、本文提出一种用于洞穿管安装的行走轨道，其优点是结构简单，加工方便，节省时间，而且方便了洞穿钢管的安装。
        2、提供一种用于洞穿管安装的行走轨道的安装方法，该方法操作简单，方便了钢导轮的精准定位，节省了钢导轮的施工时间。