湿陷性黄土地区大口径PCCP管道对接施工质量控制技术研究

刘建平，何飞，刘星宏

（1.中电建路桥集团有限公司，北京100048；2.中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安710024）

1 工程概况

陕西省斗门水库管线工程的南池供水管道自斗门水库南池取水，供水至西咸新区一水厂，最大水头11.318m，设计流量5.40m3/s，管道起点GS0+000.000～GS4+997.569，全长4.997km，均采用预应力钢筒混凝土管，管径为DN2400，供水管道末端预留接口位置为GS4+997.569。工程位于一、二级阶地，管基主要位于黄土层，黄土干密度ρd=1.49g/cm3，c饱和=14kPa，Φ饱和=15°，压缩系数a1-2=0.73MPa-1，承载力特征值 fak=140kPa，黄土具有湿陷性，湿陷类型为非自重湿陷，湿陷等级为Ⅰ级（轻微）～Ⅱ级（中等）。地下水位埋深7m～10m。部分供水管道纵向空间关系见图1所示。

图1 部分供水管道纵向空间关系图

本工程使用的预应力钢筒混凝土管采用对接连接，其柔性接口型式为双胶圈承插密封接口。由于橡胶具有较好的可塑性，故柔性接口能适应在一定范围内的位移、振动。与刚性接口相比，柔性接口施工便捷，安装成本低，同时也具有更好的受力、变形性能，在施工环境不利的条件下能容许一定量的转角和位移。但这也对管道对接的施工提出了更加严格的要求，接口施工的质量很大程度上决定了管道安装的整体质量，同时也可以减少管道后续投入运行中的渗漏、积水等质量隐患。本工程应用的PCCP管道承插接口示例图，见图2所示。

图2 PCCP管道承插接口示例图

2 黄土地区PCCP管道接口施工难点

①本工程中管沟开挖深度处于6m～12m不等，管沟开挖深度较大，而地下水位较高，对管沟降水、排水提出较高要求，如果处理不当，容易导致局部积水、基础不均匀沉陷甚至管道接口开裂。

②大管径PCCP管道对准测量难度较大，如果不能及时发现测量误差，容易导致安装误差积累，管线整体偏移，后续返工纠偏困难较大，造成巨大的施工成本损失。

③黄土回填对接口施工质量存在影响，接口上部回填土出现压实度不足、排水条件较差等问题时，容易对柔性接口的稳定性造成影响，下部黄土地基夯实度不足时，也会造成管道接口处的不均匀沉降，进而导致渗漏、腐蚀等问题。

④由于本工程的供水线路较长，PCCP管径大，通过湿陷性黄土地基的地段极长。不良的地质条件极有可能会造成管道的不均匀沉降，从而造成管道的弯曲变形漏水，管道接口防渗问题控制难度极大。特别是在地质条件发生变化的管道接口处，地基变形的过渡条件很差，接口渗漏控制难度进一步增加。

3 管道施工质量优化措施

3.1 降排水施工方案设计

本工程管基位于地下水水位以下，为达到“设计上优化、技术上先进、施工上可行，经济上合理”的要求，在充分研究水文地质条件和周边基坑环境因素的基础上[1]，尽量减少抽排水量的条件下，基坑降水采用在管沟底部每间隔50m设置一个集水坑，集中抽排降水的方式。并根据实际降水效果，对不同区段的集水井布置间距进行调整，以满足管沟排水量为准。管沟降排水布置示意图，见图3所示。同时，建立实时环境监测系统，在降水过程中对管沟及其周边环境的变形以及沉降实现信息化监控。利用监测系统反馈的信息和数据，一方面可及时调整降水系统的排水量，保证管沟处于无水状态，确保管道安装环境处于良好的受力状态，以便取得较好的工程安全保障。另一方面根据降排水对地基造成的沉降及变形数据，修正和深化原有的管道线路走向及高程设计方案，避免不顾实际变化的“照图施工”，保证施工方案后续管道对接的有效指导，达到管沟开挖安全、干槽作业的目的。

图3 管沟降水布置示意图

3.2 大管径PCCP管道施工测量优化

PCCP管道施工过程中，从测量放线、吊装到管道对接等，均需要进行快速、准确的测量。针对本工程应用的大管径PCCP管的测量，采用综合智能测量系统能有效保证施工测量精度。通过北斗导航系统、全站仪、计算机等辅助测量工具的结合，可以在施工过程中，利用北斗导航系统的引导和全站仪坐标测量的实时反馈，在电脑终端实现对吊装、对接、土方开挖以及回填等施工过程的精准控制，及时发现偏差并处理。

同时，测量仪器的操作人员应利用数据记录与存储装置定期记录对接安装的偏差、沉降等各项数据并进行存储。在每段管道施工结束后，及时根据测量数据进行施工效果评价，根据现有问题，制定针对性的改进措施，并对安装人员及时进行教育指导，将智能化测量系统跟组织管理结合起来，实现对管道工程施工全过程的智能化管理。

3.3 管道回填施工质量控制措施

管沟回填施工中，由于黄土回填的压实质量存在不稳定性，为避免回填施工对已经对接完成的管道接口造成影响。首先，对管基部分进行原土翻夯、并铺设碎石垫层、混凝土管床，保证管道底部的稳定性。其次，在管区回填施工前，对黄土回填料进行现场试验和室内试验，重点控制腋角回填土的质量。之后，施工过程中，对回填施工的压实度随时进行检查，并保证管道两侧土体同步回填，避免管身因受到土体侧压力而位移松动。最后，在管道上部土体回填至设计标高后，对管道接口上部的回填土样进行环刀取样检测，确保其压实度、承载力满足规范要求。对于压实度不良的地段，应进行二次碾压，保证柔性接口不受上部土体变形扰动。

3.4 减少后续管道施工的扰动措施

为防止后续管道安装在拉入时造成已连接的管道发生位移、松动，应在使用分离式液压千斤顶装置或手拉葫芦的内拉法进行对接时，保证卡具和顶铁之间间隔不少于2根已安装定位好的管道。液压千斤顶拉杆装置示意图见图4所示。

图4 液压千斤顶拉杆装置示意图

根据施工流水作业的原则，及时进行已连接管道的水压试验、灌浆封孔、管沟回填等后续工序，提高管道工程施工效率，及时固定已连接稳定的管道，同时也确保管道对接质量，杜绝已施工完毕的管道出现返工现象。

3.5 其他施工质量保证措施

①管道对接前应对接头进行清理、润滑。首先，清扫管子内部，清除插口和承口圈上的全部灰尘、泥土及异物[2]。胶圈插入插口凹槽之前先分别在插口圈外表面、承口圈的整个内表面和胶圈上涂抹润滑剂，胶圈滑入插口槽后，在胶圈及插口环之间插入一根光滑的杆（或用螺丝刀），将该杆绕接口圆两周（两个方向各一周），使胶圈紧紧地缠绕在插口上，形成一个非常好的密封面，然后再在胶圈上薄薄地涂上一层润滑油。所使用的润滑剂必须是植物性的或经厂家同意的替代型润滑剂。

②对接完成后，为保护外露的钢制承插口不受腐蚀，需要在管子接头按照设计要求进行处理：接口空隙采用低发泡聚乙烯闭孔泡沫板填充，内口采用双组份聚硫密膏填满抹平，外口采用聚氯乙烯胶泥封口[2]。并应提前进行密封实验，确定施工质量标准，施工现场严格执行。接口外缝施工示意图见图5所示。

图5 外缝施工示意图

③PCCP管接口水压试验是检验管道施工质量的重要手段。实施过程中，用专用加压泵从接头下部的进水孔压水，上部排气孔排气，排气结束后拧紧螺栓，加至规定的试验压力，保压2min内无压力降即为合格。管道接口水压试验压力宜采用管道工作压力，且不小于0.2MPa。接口水压试验前后共计3次，即刚安装完时接口打压试验、向前安装3节后打压试验、管顶以上回填500mm后打压试验。通过多次实验保证接口质量，并对不合格的接口及时处理[4]。打压实验示意图见图6所示。

图6 二次打压试验示意图

本工程通过一系列施工质量保证措施，实现了对管道对接施工的全过程控制。通过后续对管道运行过程的持续观察，在暴雨、极寒等恶劣天气条件下，管道运行情况良好，未出现渗水、爆管等质量问题。显示出本工程的全过程施工质量优化方案具有良好的应用价值。

4 结语

湿陷性黄土地区的大口径PCCP管的对接施工工艺需要在现有传统施工技术上进行针对性的优化，进而保证特殊条件下管道工程的施工质量。因此，论文结合实际工程的实践应用，总结出了以下施工质量优化经验。

①工程应用中应根据实际水文地质情况，对管道沟槽的降排水方案进行重点设计。并根据降排水监测情况，对管道安装的施工方案进行调整优化。确保管道安装和运行处于干燥环境中，从源头解决管道渗漏、变形等问题。

②针对大管径PCCP管道的测量精度控制问题，引入综合智能测量系统，通过对施工全过程的智能化测量管理，可以有效保证对接施工精度。

③针对回填施工对接口的扰动，通过试验对回填土料和压实参数进行设计，同时针对腋角和接口处上部回填土的压实度采取严格的质量控制，可以有效减少黄土地区回填质量的不稳定性。

④在施工对接过程中，应严格把控接口材料和管道质量，并及时进行保护和加固，通过多次水压试验和接口防腐处理，提高管道安装质量，减少返工、维修等质量问题。