跨越水道的管道桥底悬空安装技术

陈旭辉 陈海燕

浙江省二建建设集团有限公司 浙江 宁波 315202

工业制造对热能需求越来越多，江浙沿海地区诸多中小型私企的工厂普遍采用自备小锅炉燃烧制热，这类锅炉一般构造简单、安装方便，缺乏烟气排放环保措施，存在一定的安全风险。为此，近几年政府力推安全环保的集中供热来替代小散锅炉，利用燃煤发电厂锅炉余热给工业企业供热，既发挥电厂余热效能，增加收入，又解决了小散热用户因自备锅炉带来的安全隐患和环境污染。所以供热管网建设将迎来一波热潮，管线施工遇到难题是必然的。

1 工程概况

从华能玉环电厂接出1根DN600的供热管道，沿S226省道敷设至玉环县沙门工业园区用于工业制造供热，主管线全长38 km，途经多个村镇、滩涂、桥梁，施工环境非常复杂。其中施工难度最大的是横跨漩门湾三桥，漩门湾水面宽260 m，主桥为钢筋混凝土结构，桥墩间距30 m，桥拱至水面净高约10 m，水深1～6 m，是渔船、货船进出港的主要航道。桥面双向通道之间有宽0.40 m的贯通缝隙，桥边护栏高0.90 m。过桥管道采用随桥敷设的方式跨越，水面离管道安装高度约12 m。大桥底部状态如图1所示。

图1 大桥底部状态

过桥主管道长460 m，材质为20#优质无缝钢管，外包保温材料后外径920 mm。管道通过钢支架吊挂在桥梁上，计算荷载2 150 kN/m，利用自身刚度，管道支点最大跨度30 m。管道设计工作压力2.3 MPa，蒸汽温度400 ℃。随桥敷设设计如图2所示。

图2 管道随桥铺设设计

2 难点分析

1）施工工期紧。按照总体进度计划，该过桥段施工只有80 d。

2）交通影响大。水面航道和地面交通都是主要交通要道，如果管道施工大量占用桥面或水面通道，会给周边居民出行带来不便，交通协调困难。

3）安装难度高。管道及支架都为钢结构，质量较大，DN600管道单根安装长度30 m，质量达6.5 t，且桥下河面宽260 m，深达6 m，在桥墩和桥面的阻挡下，要可靠地把管道安装到桥底的位置难度很高。

4）安全风险大。管道安装在桥梁底下，悬空高度12 m，且下面是深水或水泥桥墩，施工人员要在高空进行安装、焊接、保温、检测等作业，给安全施工带来极大挑战，所以必须要有可靠的安全措施。

3 方案选择

3.1 常规搭架施工

按照常规施工方案，需要在桥底沿管道走向用脚手钢管搭设高12 m的操作架，用于材料运输、堆放、人员通行和操作，操作架需延伸出桥面一个3 m×32 m的平台，用于接收桥面吊运下来的管道。桥面半幅道路封堵限行，作为施工场地用于材料运输、堆放、管道制作拼装和吊机作业。

管道在桥下的操作平台上借助滚筒和手拉葫芦进行水平移位。就位时借助液压千斤顶和撬棍作业。在理论上这样的方法能够完成安装任务，但不够先进，有明显的缺点：

1）整个施工过程需占用半幅桥面道路，对交通影响严重。

2）需要大量的钢管搭设桥底操作脚手架，桥底水面宽260 m，水深达6 m，需要先打钢桩作为承重底座，架子搭设和拆除难度大，有很高的安全风险，造价高，同时也阻碍了航道通行。

3）管道在桥下运输、就位效率低下，要消耗大量人工，并且进度难以保证。

4）在露天桥面作业，刮风、下雨、日晒等天气会影响制作质量和进度。

3.2 滑移车架施工

常规施工方案安全风险大、造价高、工期长，不是理想选择。为此重新思考提出滑移车架的作业思路：利用桥中间0.4 m宽的缝隙，制作滑移车架释放牵引力，挂设吊篮施工[1-5]，方案如下：

1）河道两侧在平时水位有80～100 m宽的河岸，靠近楚门一侧的桥底河岸地势比较平缓、且有一条宽5 m的便道通向主干道，可作为材料堆放和加工地，该位置不会对交通航道造成影响，也不会对周边居民生活造成影响；同时有桥面的遮挡可以避免日晒雨淋，只需将场地铲平浇筑厚100 mm的C15混凝土硬化即可。

2）自制滑移车架，车上安装小型电动葫芦，并设有数个挂钩用于挂设钢丝绳，该滑移车架的小轮放在桥面滑动，车架中间电动葫芦伸出的钢丝绳从桥中间宽0.4 m的缝隙下垂至桥底岸边的地面，挂上吊篮并提升至需要操作的高度，通过桥面的水平移动可使吊篮从桥的一端移动到另一端，即可以覆盖全部的工作面。

3）管道的运输也是通过滑移车架，用2台抬吊，把下端的吊篮换成管道，先通过电动葫芦提升管道至需要高度，再推动滑移车架进行水平移位即可。

4）自制钢爬梯数个，挂设在桥面钢栏杆上，操作人员可从桥面通过缝隙到达吊篮内。该施工方案操作简便，不影响航道和路面通行，不需要搭设操作架，施工人员始终在吊篮内作业，安全可靠。

4 工艺流程

4.1 管道预制流程

原材料进场→按每段30 m制作下料→拼缝焊接→探伤检测→编号→移交安装

4.2 高空安装流程

桥梁侧板植筋安装预埋件→安装钢吊架、高空平台搭设→安装一侧竖向支撑、固定支架→管道就位→安装另一侧竖向支撑→管道焊接→探伤、气压试验→防腐、保温→验收合格

5 施工方法

5.1 自制工具设备

5.1.1 滑移车架制作

滑移车架采用10#槽钢制作，为便于跨在桥缝上滑动，滑移车架高度略高于大桥栏杆，支腿宽度也略宽于栏杆。滑移车架4个支腿分别安装有滑轮，在吊重状态下可由左右2人推行，在停顿状态刹车制动保持稳定。电动葫芦固定在滑移车架顶部，起重能力为6 t，钢丝绳规格为φ16 mm，卡环与钢丝绳相匹配。

滑移车架侧面装有一个配电箱，为电动葫芦、钻孔机、电焊机、照明等供电。滑移车架3道横杆上都设有多个吊钩，便于挂设吊篮和其他物件。

经计算起重量，钢结构滑移车架能满足安全施工需要。滑移车架如图3所示。

图3 自制滑移车架

滑移车架作用：为吊篮的挂设、移动提供支撑点；解决了管道在桥下的垂直、水平运输问题。

本工程共制作滑移车架4个。

5.1.2 吊篮制作

挂在滑移车架下方的吊篮，宽0.8 m、长5 m，底盘骨架采用40 mm×60 mm方钢焊接而成，中间排档为∠50 mm@300 mm，满铺厚1.6 mm花纹钢板，四周挡脚板为高100 mm、厚1.0 mm的钢板，栏杆采用φ48 mm和φ32 mm钢管。所有焊缝必须满焊，确保吊篮结构安全可靠。

吊篮作用：为空中作业提供安全场所，便于作业人员的安全操作；解决了钢吊架、钢平台、保温材料的运输和摆放问题。本工程共制作吊篮4个，和滑移车架配套使用，确保施工安全。

5.1.3 钢爬梯制作

从桥面到吊篮的施工作业面，高差2.5 m，施工人员需通过钢爬梯从宽0.4 m的桥缝下到作业面。爬梯现场制作，梯身两侧为∠50 mm角钢，上口做成270°挂钩，使用时挂在大桥第3道栏杆上，踏步杆采用φ32 mm钢管，踏步间距300 mm，钢爬梯杆件焊接成形即可。

5.2 钢吊架安装

5.2.1 桥梁侧板锚固化学锚栓

1）在桥底的加工场地，把钻孔机、预埋钢板、锚筋、植筋胶等设备材料安放到吊篮内，将放置在桥面的滑移车架电动葫芦吊钩放下钩挂住吊篮，操作滑移车架将吊篮提升移动至操作位置。

2）作业人员通过钢爬梯进入吊篮，在设计位置钻孔φ22 mm，孔深≥170 mm，用空压机对孔进行冲刷，确保孔眼内干净无杂质。

3）采用改性环氧树脂A级胶黏剂及等级8.8S级倒锥形M20化学锚栓进行植筋，植入深度≥170 mm。

4）植筋养护期后做化学锚栓拉拔试验，非破损检验的荷载检验值不得小于90 kN，锚固承载力现场检验方法满足JGJ 145—2013《混凝土结构后锚固技术规程》的相关要求，保证安全。

5）把钻好9个孔的钢板穿入锚栓位置，用配套的垫片螺帽逐个拧紧固定。

6）钢板与混凝土面的缝隙用改性环氧树脂注浆填满。预埋件位置和高空吊篮如图4所示。

图4 高空吊篮示意

5.2.2 钢吊架安装

1）把加工好的钢吊架材料通过吊篮运送至安装高度。把左右竖杆焊接在安装好的钢板上，并按设计图纸焊接加强筋板，要求满焊且焊缝高度≥6 mm，竖杆垂直度偏差≤2 m m。钢吊架竖杆、横杆均为250 mm×250 mm×9 mm×14 mm的H型钢。

2）接着安装横杆，横杆两头分别与左右竖杆焊接牢固，要求标高误差控制在2 mm以内。这样就形成了支撑管道的钢吊架。

3）按设计，主跨桥梁的钢吊架支点间距为10 m，副跨桥梁钢吊架间距等同于桥墩距，即为30 m，所以钢吊架位置也是根据设计进行定位的。

5.2.3 钢平台安装

1）考虑到安装管道需要操作面，在横杆下方0.5 m的位置安装钢平台操作面，以便于作业人员进行管道的安装、焊接、保温、检测等工作。

2）管道钢吊架间距为10 m，为确保钢平台安全，在每组钢吊架中间增加2组钢平台吊杆，即钢平台吊杆间距为3.3 m。

3）钢平台吊杆、横梁采用10#槽钢，纵梁和小横杆采用8#槽钢，满铺钢脚手板，两侧设2道φ32 mm钢管栏杆，高1.1 m，并挂设阻燃安全网封闭，这就形成了管道安装的操作面。如图5所示。

图5 高空安全通道示意

5.2.4 管道安装

1）钢平台形成后，下一步就开始管道安装。管道运输通过2个滑移车架抬吊，从桥底岸边的制作场地垂直起吊，达到钢平台以上桥面结构以下的空间高度后，由桥面人员推动滑移车架缓慢移进，到达需安装位置，操作电动葫芦将管道缓慢放置在钢支架横梁的支托上。如图6所示。

图6 管道吊装示意

2）由于管道水平运输空间的唯一性，所以管道安装顺序必须是从远端开始，依次往近端推进。

3）管道就位后进行空中对口焊接、检测和保温施工。

4）由于桥梁结构有一定的拱度和平面的转弯，管道安装也是对应的有拱度和弯度，本工程通过BIM模拟计算下料，确保管道焊口对接偏差控制在2 mm以内，避免高空安装对接时二次切割，提高安装效率。

5）管道在通气运行时由于温差作用会有伸缩，所以管道支托和钢支架之间不能焊接，保持自由的位移能力，在引桥与主桥之间设置倒挂式旋转补偿器，进行伸缩调节，确保管道在高温运行下的安全伸缩。

5.2.5 管道焊接、检测、保温、试压

1）焊接采用氩弧焊打底，打底完成后及时进行盖面焊，盖面焊接的方法采用手工电弧焊（SMAW）方法，要求焊缝整齐、连续、饱满。

2）每一道焊缝都必须进行探伤检测，在整段安装完成后，再进行灌水压力试压，水压试验压力达到工作压力的1.5倍。

3）探伤、试压完成后进行最后的管道保温工作，保温要求密实、牢固，外观平整、密缝。

4）在管道正确就位后将钢吊架横杆多余部分切除，并按设计安装中间的钢吊架竖杆，与横杆的末端焊接成形。经与建设方和设计沟通，最后完成安装后保留钢平台安全通道，以便投用后的检查、维修。

安装完成后如图7所示。

图7 管道就位示意

6 质量控制

1）为减少焊缝，DN600管道原材料长度定制为10 m，每3根拼接成一段长度正好30 m。

2）焊条使用前按规定进行烘干，使用时装入温度保持在100～150 ℃的专用保温筒内，随用随取。

3）焊工必须持证上岗，且要经过现场试焊检验，合格后方可作业。

4）管道支架按设计先进行热镀锌处理，现场焊接口补刷锌漆；预埋件、钢平台结构等其他外露构件均要进行钢刷除锈、2遍防锈底漆、2遍面漆等防腐处理。

5）管道支托抱箍与管道间的柔性垫片要求放置平整，以确保抱箍螺栓拧紧后完全与管道抱紧。

7 安全措施

1）所有材料都通过桥底加工场地由滑移车架运送，最大程度减少对桥面交通的影响。

2）高空施工人员必须穿反光背心，从桥面通过钢爬梯进入吊篮或钢平台，每个人都挂上防坠器，防坠器另一端挂在大桥栏杆底部，确保人身安全。

3）施工人员应正确使用安全防护用品，电焊工作业时需佩戴防护面罩和麻布手套，油漆工在除锈油漆作业时需佩戴N95口罩和手套，切割打磨时要佩戴防爆眼镜，并注意作业安全。

4）吊篮在操作时要保持平衡，两端与桥底的膨胀螺丝临时固定，防止作业时摆动造成安全隐患。

5）滑移车架要有专人指挥监护，确保操作与口令一致，提升速度控制在0.5 m/s以内，确保安全。

6）滑移车架在桥面推动时，桥面设置施工区警示牌，用水马隔离，两头各配置1名道路指引员，夜间打开警示灯，操作完成后撤除有关路障，确保交通安全。

8 结语

经过有效组织、科学策划，该项目比计划提前18 d完成，并且方法简单、造价较低、安全质量可控、避免交通影响。该技术方案取得了较好的成效，为今后其他类似工程的施工提供了借鉴。