跨山谷架空管道安裝施工工法

《跨山谷架空管道安裝施工工法》是成都建築工程集團總公司完成的建築類施工工法，完成人是彭光明、辜碧軍、胡笳、楊洪、盧文宇。適用於山地起伏地貌及跨度較大的構築物之間架空管道的安裝，管道敷設坡度宜≤20°。

《跨山谷架空管道安裝施工工法》主要的工法特點是採用機械牽引施工技術；採用卷揚機結合人工微調技術；採用卷揚機機械牽引施工技術。

2011年9月，《跨山谷架空管道安裝施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009-2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：跨山谷架空管道安裝施工工法
• 工法編號：GJEJGF352-2010
• 完成單位：成都建築工程集團總公司
• 主要完成人：彭光明、辜碧軍、胡笳、楊洪、盧文宇
• 套用實例：赤天化紙業污水處理廠工程
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

隨著中國工業和能源項目向山區和原材料生產地的不斷靠近建設，建設地點前期基礎建設往往不夠完善，這也就給工程項目的建設者們帶來了越來越多的挑戰。

由於工程項目生產管線經常需從廠區或不同的目標點引入、排出，在管線架設過程中受自然地形條件限制，傳統機械吊裝作業所必須的條件往往難以滿足。成都建築工程集團總公司針對跨山谷架空管道施工難度大的特點，通過建立卷揚機吊裝模型，對管道支撐立柱吊裝採用逐榀依次推進法進行吊裝，對架空管道採用高空橋式水平牽引延伸法吊裝，利用計算機輔助製圖和模擬，通過工程實踐取得了良好的效果。

工法特點

《跨山谷架空管道安裝施工工法》的工法特點是：

1.機械牽引施工技術的採用，大大提高了施工效率，加快了施工進度，縮短了施工工期。

2.卷揚機結合人工微調技術的採用，既解決了管道支撐立柱在吊裝過程中受自然場地限制的技術難題，又解決了管道在高空組對困難的技術難題。

3.卷揚機高空橋式水平牽引，大量施焊在地面固定操作點進行，解決了高空焊接量大而引發的質量、安全事故，保證了施工質量和人員安全。

4.卷揚機機械牽引施工技術的採用，解決了傳統機械吊裝必須的場地問題，減少了場地技術措施費，提高了施工機具、輔助材料的重複利用率，大大降低了施工。

操作原理

適用範圍

《跨山谷架空管道安裝施工工法》適用於山地起伏地貌及跨度較大的構築物之間架空管道的安裝，管道敷設坡度宜≤20°。

工藝原理

跨山谷架空管道機械牽引主要包括管道支撐立柱的吊裝以及管道本體的吊裝。以下從兩個方面結合某項目對《跨山谷架空管道安裝施工工法》的工藝原理進行闡述。

1.支架逐榀依次推進法吊裝工藝原理

以介質流向為基準，令支架為J-1、J-2……J-N（J-N為支架編號，該工法按N=8闡述），其中支架頂部（人字型，製作要求較高）集中在加工場地預製，然後在現場進行單管道支撐立柱的組對，最後根據現場可利用的地形條件，起始處管道支撐立柱（1~3榀）的吊裝利用吊車吊裝形成一個整體後，按流向再逐進行扳立吊裝，跨山谷架空管道支架布局如圖1所示。

圖1 跨山谷架空管道支架布局

2.管道高空橋式水平牽引工藝原理

利用安裝好的管道支撐立柱作為滑動平台，並在管道支撐立柱平台上設定龍門架及滑動裝置，將管道在地面工作溝槽內進行逐段組對焊接形成起始段，然後利用一台卷揚機及自然坡度進行管道的牽引，另設1台卷揚機進行牽引過程中的穩固及糾偏；重複組對和牽引，逐漸將管道增長，最後達到管道整體牽引，如圖2所示。

圖2 管道高空橋式水平牽引工藝原理

參考資料：

施工工藝

工藝流程

《跨山谷架空管道安裝施工工法》以貴州赤天化污水處理廠工程為例，詳細介紹工藝流程，如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

操作要點

《跨山谷架空管道安裝施工工法》以貴州赤天化污水處理廠工程為例，詳細介紹操作要點，具體敘述如下：

一、管道支撐立柱基礎施工

1.預埋錨點鋼筋

考慮到管道支撐立柱扳立過程的需要，在支撐立柱基礎施工時預埋ф20鋼筋作為錨點，具體形式如圖4，預埋鋼筋與基礎內鋼筋可靠焊接。

圖4 管道支撐立柱基礎施工

2.預埋鋼板

在基礎混凝土澆築過程中加強監控，防止預埋鋼板跑偏，整個架空管段中心線確定後，及時打樁做出標記。

二、扳立牽引設備選擇

1.以最大一組管道支撐立柱為基礎，通過受力計算，合理選擇卷揚機，卷揚機的選擇和相應的技術性能如表1。

2.鋼絲繩選用6×37型（參數如表2）

三、管道支撐立柱牽引設備的布置

選擇立柱基礎施工時所預埋錨固鋼筋作為錨固點，其中A、E兩點為卷揚機錨固點，B、C、D為滑輪設定點。

在管道支撐立柱底端焊接δ=20毫米的加固筋板，並在加固筋板上開ф50孔用於手動葫蘆掛鈎的鉸接點，目的在於使管道支撐立柱在起吊過程中不至產生軸向偏移，同時可對立柱底座進行微調。基礎支墩處的平面及鉸接點詳圖見圖5。

支撐立柱扳立過程具體布置見圖6。

圖5 基礎支墩處的平面及鉸接點

圖6 支撐立柱扳立過程具體布置

四、管道支撐立柱的安裝

1.管道支撐立柱扳立

管道支撐立柱扳立方式如圖7所示。

圖7 管道支撐立柱扳立方式

由於管道支撐立柱是逐榀進行扳立吊裝，提升及穩固用卷揚機分別設定於起吊支架長度2倍範圍的安全距離外基礎錨點。

A點為動滑輪設定點，該點設定動滑輪2個（5噸雙門滑輪），C點為定滑輪設定點，該點設定定滑輪1個（5噸雙門滑輪），B點為導向滑輪設定點，該點設定定滑輪1個（3噸單門滑輪）

1）管道支撐立柱扳立前應仔細檢查基礎錨固點、鋼絲繩、滑輪組的牢固性，對卷揚機進行正式起吊前的試運轉，應保證卷揚機有可靠的制動措施，確保全全後方可進行操作；

2）卷揚機將管道支撐立柱緩慢牽引，待牽引鋼絲繩繃直受力後，再重新檢查各部位的安全性，然後進行管道支撐立柱的扳立；

3）在管道支撐立柱扳立過程中，提升與穩固用卷揚機應同步收放，操作人員應服從統一指揮，以保持管道支撐立柱在吊裝中的穩定性。因—4管道支撐立柱跨度為8米，且在起吊前已對支架底座與基礎進行處理，故不考慮在起吊過程中的橫向偏移；

4）當管道支撐立柱基本達到垂直時，改用手動葫蘆和卷揚機牽引相接合的方式進行管道支撐立柱微調就位。

2.就位及底座處理

1）當支撐立柱基本就位後，採用卷揚機結合人工微調，達到設計要求；

2）支撐立柱底板與預埋鋼板之間沿圓周對稱方向點焊，焊接段長度為50~80毫米；

3）繼續完成支撐立柱底板與預埋鋼板之間的焊接工作，焊接工作完成，兩台卷揚機方卸去荷載拉力，對支架基礎進行灌漿保護。

五、支撐立柱之間管架連通管（D325×8）安裝

通過在管道支撐立柱平台上設定臨時吊點，利用手動葫蘆進行連通管的吊裝就位並進行螺栓連線。

六、管道支撐立柱平台龍門架及滑動裝置

1.龍門架設計

龍門架採用10號槽鋼（抗拉強度310兆帕），主要作用為防止A段管道在牽引過程中偏移以及設定吊點用，其次為人員在支架平台上操作提供防護。見圖8管架平台平面圖及圖9管架平台1-1剖面圖。

圖8 管架平台平面圖

圖9 管架平台1-1剖面圖

2.滑動裝置設計

滑動裝置主要為A段管道在牽引過程中降低與平台的摩擦力，達到平穩、高效的輸送作用。

滑動裝置採用1個深溝球軸承（外徑90毫米，內徑50毫米）而成，內套軸與固定鋼板（δ=20毫米）之間採用黃油潤滑。見圖10管架平台圖。

根據受力分析（理論情況），管架平台單個軸承受力大小約為1.2噸（12千牛），該軸承的基本靜荷載為4200兆帕，接觸面積為20毫米×1毫米，校核如下：

C₀‘（計算額定靜荷載）=4200×10×0.02×0.001=84千牛

C₀（靜荷載）=12×S₀（安全係數，取S₀=4）=48千牛<C₀‘

圖10 管架平台圖

圖10註：考慮到拆除該裝置的不安全以及管道在日後帶負荷運行中可能產生的滑動，滑動裝置在完成管道運輸作為架空管道的導向滑動支架，並在該裝置外側以16號槽鋼（L=300毫米）倒扣焊接在平台上作為導向滑動支架的加強。

七、牽引設備選擇

根據深溝球軸承的摩擦係數和受力，計算出管道在牽引過程中的最大摩擦力，然後選擇牽引用卷揚機規格、型號。卷揚機的選擇和相應的技術性能參見表1。

該牽引用卷揚機一般和管道支撐立柱扳立用卷揚機選用相同規格。

八、管道安裝

1.鋼管的組對、焊接及檢測

在山谷起始端管線中心線處選擇組對溝槽區域，組對溝槽長度>12米。鋼管在集中堆放區進行防腐處理後，形成待運輸管道，採用25吊車將管道吊裝至組對溝槽指定組對位置，進行管道的組對、焊接及檢測。見圖11組對溝槽平面圖。

圖11 組對溝槽平面圖

2.牽引過程

管道的延伸過程採用卷揚機牽引的方式進行，其中1台3噸卷揚機為主牽引用，1台3噸卷揚機為穩固用。牽引時，為防止管道摩擦力引起滑動裝置發熱過高，相鄰兩跨間（13.8米）的牽引速度不應過大，牽引速度為每分鐘小於2米。牽引時，同時派人隨時觀測連通管（D325×8）的變形情況。

1）管道端頭設計

管道在牽引過程中，管道前端在離開支撐點後將出現下撓。為避免管道在相鄰兩平台跨距（13.8米）間因管段下撓導致管道前端不能順利進入下一平台面，對前端頭部分設定一個吊點，前端頭在進入下一平台前有下撓現象（虛線部分）時可利用支架平台龍門架提升，以達到順利過渡的目的，具體型式如圖12。

圖12 管道端頭設計

2）管道牽引中糾偏

為避免管道在長距離牽引過程中產生偏移（主要是防止下撓現象），將整個牽引過程分為6段進行，每段13.8米，即J-4→J-5→J-6→J-7→J-8。

管道前端在到達下一平台前發現有下垂現象時，利用滑輪向上提升管道端頭部分，達到管道在相鄰兩平台跨距（13.8米）內的糾偏效果。具體做法見圖13所示。

圖13 管道牽引中糾偏

勞動力組織

《跨山谷架空管道安裝施工工法》的勞動力組織見表3。

參考資料：

材料設備

材料

《跨山谷架空管道安裝施工工法》所用的主要施工材料見表4。

參考資料：

設備

《跨山谷架空管道安裝施工工法》所用的主要施工機械、檢驗設備見表5。

參考資料：

質量控制

《跨山谷架空管道安裝施工工法》的質量控制要求如下：

一、工程質量控制標準

施工質量執行《工業金屬管道工程施工及驗收規範》GB 50235-97的要求。卷揚機的安裝使用滿足《建築卷揚機安全規程》GB 13329-91。

其關鍵部位、關鍵工序的允許偏差見表6。

二、質量保證措施

1.建立質量保證體系和崗位責任制，完善質量管理制度，明確分工職責，落到人。

2.實施前進行詳細的技術交底，對工程質量實施全方位、全過程控制；對施工過程的人、機、料、法和環境五大要素的保證措施進行明確和落實。

3.嚴格進行機械牽引的空載試運行和荷載模擬運行，以保證吊裝的安全性。

4.必須保證只能由專人統一指揮吊裝，各作業人員嚴格按指令協作配合。

5.特種作業人員必須持有效證件上崗，技術過硬、應變迅速，保證施工質量和安全。

6.嚴格執行軸承組的加工及受力轉動檢查，確保管道在水平運輸中的受力均勻，避免管道跑偏。

7.嚴格執行管道焊口的檢測，杜絕不合格品流入下道工序。

安全措施

採用《跨山谷架空管道安裝施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

一、認真貫徹"安全第一，預防為主"的方針

根據國家和企業的有關規定、條例和辦法，結合該工程的具體特點，建立健全以項目經理為首的安全保證體系，具體落實安全責任制。

對於參與作業的班組人員項目部逐個落實、確定，不允許中途更換作業人員（尤其是卷揚機操作人員及涉及高空操作人員）。

二、認真執行技術交底

吊裝方案確定後，項目技術負責人首先對相關項目管理人員及施工班組長進行詳細的技術交底，主要涉及到吊裝的總體概況、吊裝方式、具體吊裝步驟。

技術交底完成後，項目安全員會同專業工長根據整個吊裝過程對班組進行詳細的安全技術交底，主要內容如下：

（一）高空操作部分

1.高空作業人員，必須經過體格檢查和受過一定訓練；

2.管道支撐立柱爬梯、平台龍門架在加工製作時焊接必須牢固、可靠，必須保證人員上下的安全；

3.高空作業前，項目安全員、專業工長會同班組長必須檢查高空操作人員所佩帶安全帶是否完好，若有破損一律不得進行高空作業；

4.在支架平台作業時必須系好安全帶，扣好保險扣；

5.在支架平台作業時嚴禁向下亂拋亂扔材料和工具等物件；

6.在支架平台作業時嚴禁打鬧嬉戲。

（二）支撐立柱吊裝過程

1.吊裝前，項目安全員、專業工長會同班組長劃定安全區域並掛上醒目標誌，非操作人員嚴禁進入吊裝區域；

2.吊裝前，項目安全員、專業工長會同班組長應對吊裝所採用機具、材料進行再次覆核，確保萬無一失；

3.吊裝前，卷揚機操作人員必須進行預操作，以保證在實際吊裝過程中協調一致，保持立柱在起吊時的穩定；

4.吊裝時，各操作人員必須服從統一指揮，動作要協同一致。

（三）上崗交底

班組長上班前，必須對組員進行上崗交底（交代當天的作業環境、氣候情況，主要工作內容和各個環節的操作安全要求，以及特殊工種的配合等）、上崗檢查（查上崗人員的勞動防護情況，每個崗位周圍作業環境是否安全無患，機械設備的安全保險裝置是否完好有效，以及各類安全技術措施的落實情況等），並做好上崗的記錄。

三、吊裝注意事項

施工現場吊裝作業時嚴格執行“十不吊”的原則，即“重量不明不吊、雨天不吊、信號不清不吊、有起無落不吊、吊物不清不吊、夜間無照明不吊、吊索不符合規定不吊、吊物綁紮不牢固不吊、吊物上下有人不吊、六級風以上不吊”。

現場所有吊裝用機具（尤其是電動機具）在進場後必須進行檢查、試運轉，具備可靠的制動措施後方可使用。

四、臨時用電要求

施工現場的臨時用電嚴格按照《施工現場臨時用電安全技術規程》的有關規定執行，卷揚機操作嚴格按建築卷揚機安全規程執行。

環保措施

《跨山谷架空管道安裝施工工法》的環保措施如下：

1.現場建立以項目經理負責，由項目環保員具體組織領導的環境管理保證體系。實行環境管理工作分工負責制，落實環境管理責任制。

2.保持現場內所有路面和材料堆放場地的衛生，施工垃圾及時清運，並適量灑水，減少塵土污染。

3.焊接場所開闊空曠，通風良好。做到工完料盡場地清。

4.加強廢棄物管理，施工現場設立專門的廢棄物臨時貯存場地，廢棄物應分類存放，對有可能造成二次污染的廢棄物必須單獨貯存、制定安全防範措施、設定醒目標識，減少廢棄物污染。

5.儘可能採用低噪聲施工設備，加強施工噪聲管理，對噪聲施工設備採取加隔聲棚或隔聲罩進行封閉或遮擋。加強環保意識的宣傳，採取有力措施控制人為的施工噪聲，嚴格管理，最大限度地減少噪聲擾民。

效益分析

1.《跨山谷架空管道安裝施工工法》通過建立卷揚機吊裝模型，一次性解決管道支撐立柱及管道的吊裝問題，提高了工作效率，保證了施工質量，規避了高空安全風險。

2.《跨山谷架空管道安裝施工工法》同常規的機械吊裝施工方法相比，節約了措施開支（主要為場平措施及搭設腳手架措施），同時縮短了工期，降低了成本，取得了良好的總體經濟效益。

3.《跨山谷架空管道安裝施工工法》技術的成功套用，為企業積累了寶貴的施工經驗，提高了企業的施工技術水平，促進了跨山谷架空吊裝技術的進步和發展，為2009年後類似項目提供了決策依據和技術、經濟指標。

套用實例

《跨山谷架空管道安裝施工工法》的套用實例如下：

• 實例1：赤天化紙業污水處理廠工程

一、工程概況

1.工程地點∶貴州省赤水市金華街道辦事處沙灣村。

2.工程概況；赤天化紙業污水處理廠外排水管（廠區排出口至赤水河邊），沿途要穿越公路、飛跨山谷，順陡坡（約60°）而下。該工程施工道路、運輸極為不便，特別是跨山谷架空部分（約162米）重型吊裝設備無法進場，施工難度極大。

3.該分項工程工期∶35個日曆天。

4.實物工程量∶螺旋卷管（D820×9）約450米，管道支撐立柱（8跨）約32噸。

二、套用效果

跨山谷架空管道機械牽引施工工法在該工程得到了成功的套用，工期縮短10天，機具使用成本節約近12萬元，焊接人工費節約4.8萬元。無質量安全事故。

• 實例2：正源水電站壓力管道工程

一、工程概況

1.工程地點∶四川省九龍縣洪壩鄉

2.工程概況∶正源水電站系大渡河中游右岸一級支流松林河上的小支流洪壩河上一級電站。壓力管道為暗管，採用一條主管通過一岔管分為兩條支管分別向廠房內兩台機組供水的聯合供水方式。主管內徑2.6米；支管內徑1.2米。管道敷設水平傾角19.73～46.50°，壓力管道材質為Q345B、16MnR，厚度為12~20毫米，岔管為卜形布置，採用內加強月牙肋岔管型式，年平均氣溫為16.9℃，多年平均相對濕度為69%，多年平均降雨量801.2毫米，多年平均風速為2.3米/秒，最大風速為20米/秒。施工現場為山地，大型吊裝設備無法進入施工現場，地面潮濕路滑，給工程的施工帶來了較大的難度。

3.該分項工程工期∶45個日曆天。

4.實物工程量∶主管內徑2.6米，總長約450米，管道沿線共設定5個波紋補償器。

二、套用效果

跨山谷架空管道機械牽引施工工法在該工程得到了成功的套用，工期縮短15天，機具使用成本節約近15萬元，焊接人工費節約5萬元。無質量安全事故。

• 實例3：明禮水電站壓力管道工程

一、工程概況

1.工程地點∶四川省寶興縣。

2.工程概況；明禮水電站系裝機總容量為1200千瓦的一級電站。電站高差達380米，壓力管道材質為Q345B、16MnR，厚度為12~20毫米卷管制作。

3.主管內徑1.1米，支管內徑0.8米，管道沿線共設定8個波紋補償器。施工現場為落差太大。不具備採用大型吊裝設備進行施工的條件，地面潮濕路滑，給工程的施工帶來了較大的難度。

4.該分項工程工期∶40個日曆天。

5.實物工程量∶主管內徑1.1米，總長約700米；管道沿線共設定8個波紋補償器。

二、套用效果

跨山谷架空管道機械牽引施工工法在該工程得到了成功的套用，工期縮短10天，機具使用成本節約近15.2萬元，焊接人工費節約6.8萬元。無質量安全事故。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《跨山谷架空管道安裝施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。