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浅谈PE管过河沉管施工的施工方法和质量控制

来源:澳门新濠天地官网 作者:郭义军 时间:2018-05-29【字号:

摘要:在城市供水管道施工中,现在越来越多地用到PE管来作为过河段的连接手段,由于PE管安装好后是长期沉入水底的,维修比较困难,因此采取哪种施工方法,并在施工中如何对质量进行控制是一个关键问题。本文阐述了阿比让供水项目施工中,对PE管沉管施工方法的探索与实践。

关键词:PE管,过河,焊接,沉管

引言

西非科特迪瓦的阿比让供水项目,在输水管道施工中,需要跨越3条河流,长度分别为250米、390米和300米;250米河段用直径710mm的PE管,390米和300米河段均采用直径1000mm的PE管通过。如何能够成功地把这么大直径的PE管铺设到河面这么宽的河床上,摆在了项目部工程建设人员的面前。这是一个在科特迪瓦工程市场全新的领域,没有先例可以借鉴。项目部在进行了有效研究和多方认证之后,决定采取岸上焊接,拖拉入水,灌水沉底的施工方案。本文就该项目的PE管过河沉管施工的施工方法和质量控制进行分析和论述。

1 方案选择

项目部通过实地考察,在综合比较了几种过河方案的可行性和工程造价的基础上,最终选择了PE管非开挖沉管过河方案。

1.1 项目所在位置:

项目中的三条河中两条较大的河离得很近,位于科特迪瓦巴萨姆城东,中间只有一小段沙滩相连,见下图。

宽度分别为390米和300米的穆苏两条河的过河位置示意图

1.2 方案比较

项目初期,项目部分别考虑了几种可能的方案,并进行了比较。

1.2.1 从大桥上直接通过:大桥年久失修,从桥上走的方案不可行。

1.2.2 新建管桥方案:管桥工程造价高,加上河床地质条件复杂,施工难度大。且需要保障河面渔民的小木船的通过性,管桥高度不能太低,起码得与现在的大桥差不多高。如此一来,管桥工程造价偏高。

1.2.3 PE管非开挖沉管方案:PE管经久耐用,非开挖沉管方案不会对现有桥梁及河面的通过性造成影响。

1.3 河床地质调查

通过对河床进行地质调查,发现河床曲线规则,河床起伏变化平顺,没有特别突兀的起伏和鸿沟,适合做非开挖沉管施工。

宽度分别为390米和300米的穆苏两条河的河床地形图

1.4 地面试验

为了更加保证方案的可靠性,项目部专门做了一段地面试验管,通过地面焊接试验,可以看出PE管的塑性特别好,能够顺着地面起伏与地面曲线很好地贴合,不需要另加弯头,更加证实了河下铺PE管的可行性。从下图就可以看出,焊接好的PE管很轻松地就被弯成了弧形。

综上所述,PE管非开挖沉管施工,是本项目过河的最佳方案。

2 PE管沉管施工工艺介绍

由于河面宽,管道直径大,河水在2.5米至8米之间,平时不走船,不适合大型船舶进入施工区作业,不可能直接在河面上进行管道焊接和铺设。因此,在河岸上把管子一根一根地焊接好,连成一个比河面宽的整管并安装好配重块,再利用牵引机械把整管连同配重块一起牵引至河面,然后灌水沉管,将PE管的两头与铸铁管道相连,在PE管岸上部分用混凝土拖拉墩将管子两头固定住,整个沉管工作才算完成。

2.1 PE管的基本参数:直径710mm PN16的PE管每根长11.85米,壁厚64.5mm至71.1mm,每延米重量约131.5KG/ML;直径1000mm PN16的PE管每根长11.85米,壁厚90.2mm至99.4mm,每延米重量约259KG/ML。

2.2 配重块的设置:PE管的自重加上管内的水重,足够保证管道入河后沉入河底,为了更好地保证管子在河底的稳定性,每隔一段距离加装一个配重块。本项目的配重块为砼制配重块。?椎710 PE管用砼制配重块的重量为670KG/套,间距3米:?椎1000 PE管用砼制配重块的重量为:870KG/套,间距2.5米。

2.3 理论依据:本施工方案的关键在于PE管本身自重比水的浮力小,当空PE管在水面时,是完全可以浮在水面的。PE管入水之前,首先要将焊接好的PE管两头用盲板封死,防止在施工过程中进水。配重块的间距设置必须合理,配重块的重量加上管子自重必须小于管子所受的浮力。当整根PE管的前端到达河对岸,并超出岸边50米时,即可开始向PE管内灌水,随着管子内部水重增加,PE管会逐步自动沉入河底。

3 PE管焊接方法和质量控制

3.1 焊接原理

PE是一种热塑性材料,一般可在190~240℃之间的范围内被熔化(不同原料牌号的熔化温度一般也不尽相同),此时若将管材两端熔化的部分充分接触,并施加适当的压力,冷却后便可牢固地融为一体,从而达到焊接目的。

3.2 焊接方法和步骤

3.2.1 将焊接管口固定在热焊机上,错口量小于厚度的20%;

3.2.2 用双边切割机对焊口进行切割至光滑、平整;

3.2.3 调节加热板温度至焊接工艺要求的范围(215+10℃)之内;

3.2.4 用洁净的棉布将加热板擦干净;

3.2.5 调试拖动压力,算出焊接管材的熔焊压力;

3.2.6 将两段待焊管材在焊机上同时夹紧,并保证端面对齐;

3.2.7 将加热板就位,使管材两端面和加热板紧贴,并施加一定的压力,同时开始第一阶段的计时;

3.2.8 待翻边高度达到工艺要求时,使施加的压力保留到拖动压力,同时开始加热计时;

3.2.9 时间达到工艺要求时,拨动进给手柄,松开两端管材,取出加热板;

3.2.10 迅速闭合管材,当压力升至熔焊压力时开始第三阶段计时;

3.2.11 观察翻边情况,卸压,冷却计时开始;

3.2.12 冷却结束后,拆卸夹具,焊接结束。

3.3 焊接质量控制

3.3.1 外观检验要求

环口均匀光滑,无划伤的缺陷,错边量小于壁厚的20%,翻边允许参数范围见下表。

3.3.2 热熔连接过程质量控制

3.3.2.1 热熔连接工具的温度控制应精确,加热面温度分布应均匀,加热面结构应符合焊接工艺要求,本项目要求电热板温度必须达到215℃。热熔连接前、后应使用洁净的棉布擦净加热面上的污物。

3.3.2.2 热熔连接加热时间、加热温度和施加的压力以及保压、冷却时间,应该符合上表的规定。在保压、冷却期间不得移动连接件或在连接件上施加任何外力。

3.3.2.3 热熔对接连接还应符合下列规定:

(1)两段待连接的连接管应伸出焊机夹具一定自由长度,并校直两对应的待连接件,使其在同一轴线上。

(2)管材、管件以及管道连接面上的污物应使用洁净棉布擦净,并铣削连接面,使其与轴线垂直。

(3)加热完毕,待连接管应迅速脱离加热工具,检查待连接管的加热面融化的均匀性和是否有损伤。然后,用均匀外力使连接面完全接触,并翻边形成均匀的凸缘,凸缘的高度和宽度应符合上表规定。

(4)不同SDR系列的聚乙烯管材不得采用热熔对接连接,本项目PE管采用SDR11 PE100 PN16系列管材。

3.4 焊管机

本项目采用意大利RITMO公司生产的DELTA 1000型焊管机。

4 PE管入河方式

本项目最大的难点是如何把焊接好的管道送到河对岸去。考虑到本项目河面宽、管子长、直径大、管子沉的这些特点。只能采取在河对岸使用机械牵引的方式,将焊接好的管子从水面上拖到河对面去。由于管子的长度大,河面宽加上两岸需要各长出的50米,例如:250米的河面就需要焊接350米的管子,这样长度的?椎710mm管子自重就有46吨,按每3米一个配重块来计算其所需的配重块重量为56吨,合计都超过了100吨,如果再加上地面摩擦力,牵引的阻力是相当大的。因此如何减少牵引入河时PE管的摩擦力是项目需要解决的问题。经过多方认证,项目组决定采取矿用轻轨作为PE管过河时的拖动轨道,有效地解决了PE管入河时不好拖动的难题。即在河的一侧,铺设250米的钢轨,采用轮对做支撑,将PE管安放在与轮对相连的小车上,PE管的两端焊接上法兰,并用盲板封死。靠河的一端盲板上焊接拖拉勾,在河对岸用一台推土机作为牵引机械,通过一根钢丝绳与河这边的PE管末端盲板上的拖拉勾相连,当推土机前行时,带动管子顺着钢轨前移,很轻松就可以把管子拖到河对面。PE管入河时使用到的机械设备和注意事项如下:

4.1 轨道:本项目采用18KG/M钢轨,钢轨材质55Q,轨距600MM,配套矿用轻轨枕木、道钉、轨道夹板和轮对。

4.2 机械:推土机1台、挖掘机3台

4.3 注意事项

4.3.1 两头的盲板需要用螺栓上紧,确保PE管入河后,不漏水进管道里去;

4.3.2 PE管入河50米后,开始在铁轨上安装混凝土配重块。入河时,每次拖动10米左右,及时检查并校正方向。安装配重块的时候,使用挖机配合吊装;

4.3.3 由于PE管较长,刚开始的时候比轨道长,尾部长出轨道的部分,要用圆木支撑,以减少滑动阻力,并且两侧各用一台挖机导向,防止偏离轨道。

4.3.4 当拖动到只剩下50米在出发侧河岸时,完成PE管入河拖拉工作。

5 PE管沉管

当装有配重块的部分全部入河,河两岸各出头50米管时,就可以开始灌水沉管了。PE管沉管时,先把两端的盲板拆下来,用2台各30方/小时的水泵往管子里面注水,随着管子的水量增加,逐步将管内的空气排出,管子逐步沉入河底。整个过程大约要持续5个小时。PE管沉管时使用到的设备和注意事项如下:

5.1 设备

推土机1台;

挖机1台;

潜水泵2台;

发电机1台。

5.2 PE管沉管注意事项

5.2.1 盲板拆除前,两头各用一台设备拉住PE管,防止PE管被水冲走。

5.2.2 两头拉住PE管的绳要带一点劲,防止风浪将管道冲弯,随着管内注水量的增加,逐步放绳。沉管过程中,如果发现管子不直,可以随时用推土机轻轻拖拉的方法带直。

6 岸上管道对接与拖拉墩

每条PE管线有4处需要浇筑混凝土拖拉墩,即分别从距离两管末端法兰50公分位置开始各浇一道拖拉墩,再在河两岸边与河床交接处各浇一道拖拉墩,每道拖拉墩长10米,管底、管顶、管两侧均为50公分,混凝土量30m3。浇筑混凝土前PE管管身要装防滑管箍,每个拖拉墩2个管箍,间距4米。法兰连接处的拖拉墩的作用是防止PE管热胀冷缩时轻微的移动,拉脱与铸铁管的连接点,而产生漏水。河岸边的拖拉墩,是为了更好地提高PE管稳固性的辅助措施,是在配重块稳固PE管的基础上的补充稳固手段。确保PE管遭受河底暗流时,而不会产生移位。 

结语

本供水工程的三条河流的管道通过方式,是本项目的施工重点,项目部经过深入调研和反复论证,最后采取用大直径的PE管过河方案,有效地解决了项目难题,并确保项目能够按期完工,而且产生了很好的经济效益。

参考文献

【1】埋地聚乙烯给水管道工程技术规程,中华人民共和国行业标准CJJ101-2001,2004-05-08发布,2004-08-01实施,中华人民共和国建设部发布

【2】PE管热熔焊接操作规程

【3】法国传统规范第71分卷FASCICULE 71标准 “给排水管道的供货与安装” 1999年1月1日发布

【4】阿比让供水2期项目可研报告2015年8月 科特迪瓦国家水利局

【5】PE管技术参数表 2014年 意大利CENTRALTUBI SPA工厂

【6】意大利UNI 10520标准2009版 PE材料