球墨铸铁管安装的施工工艺分析

涂 敏 郭伟才 詹 辉 方 智 张金波

城市给排水工程的运行效率、安全等直接决定着城市给排水服务质量及居民生活质量。为满足城市居民及工业生产的用水需求，应选择合适的管材及安装工艺。球墨铸铁管具有良好的强度、耐冲击力、耐腐蚀性、延展性等，能有效改善管道受力状态，增强工程管网运行的稳定性与安全性。但是，若安装工艺不规范，极易影响管网质量。对此，施工单位应针对工程实际选择合适的安装工艺，加强施工质量控制，以此提高工程质量与经济效益。

1 工程概述

红旗渠水系位于湖南省长沙市河东中心城区，水系汇水及纳污范围主要集中在雨花区、芙蓉区，仅小范围位于天心区。红旗渠水系汇水范围为浦沅路以北、朝阳路与车站路以西、浏阳河以南、芙蓉路以东的老城区，总汇水面积为11.66 km2。排水主渠从雨花亭经省化工设计院、政治干校、梓园路、省图书馆、曙光北路、五一路穿晓园公园至湘绣研究所，雨水进入三角塘泵站排至浏阳河，污水截流后接入湘湖污水处理厂处理。

红旗渠始建于20 世纪50 年代，主渠结构以砖拱涵、盖板涵、麻石浆砌涵形式为主。受技术水平、建设标准及可实施条件等因素影响，红旗渠管渠结构标准偏低，并且使用年限超出标准限值，导致管渠结构塌陷事故频繁发生。例如，2016 年在湘农桥社区发生主渠塌陷事故，影响周边居民出行、生活与生命财产安全。对此，施工单位需要利用球墨铸铁管安装工艺加固，修复管渠结构，保证渠道结构安全、排水顺畅。

2 球墨铸铁管概述

球墨铸铁是一类具有良好强度、耐磨性的铸铁材料。因铸铁是一类铁的碳合金，所以球墨铸铁中含有碳、硅、锰、硫、稀土等元素。制造球墨铸铁时，因碳沉淀呈现为石墨状态，所以直接称呼为石墨。通常情况下，不同直径的管道对球墨铸铁材料提出不同的要求。例如，小直径管道要求球墨铸铁中的珠光体比例＜20%，大直径管道的珠光体比例≤25%，以此保证材料性能。球墨铸铁管具有良好的延展性、耐腐蚀性及强度，已广泛应用于城市燃气、给排水管道中[1]。

在给排水工程中，球墨铸铁管道具有外壳坚硬、抗拉性好、耐腐蚀等优势，既能承受较高压强的水及荷载，又能适应多种地质条件。同时，施工单位在施工过程中用水泥包裹管道内壁，能增强管道的给排水功能。此外，此类管道具有安装方便、操作灵活等优势，能避免管网损耗，缩短施工周期，减少施工费用，深受城市给排水工程的欢迎。

3 球墨铸铁管安装的施工工艺

红旗渠作为市政工程，正处于老城区下方，上方建筑物密集、交通流量大，想要顺利实施结构改造工程必须采取先进的技术。利用球墨铸铁管道安装工艺能有效解决环境复杂、结构修复难度高等问题，增强红旗渠调蓄处理水的功能。

3.1 准备工作

3.1.1 管材堆放

根据上文可知，此工程的现场施工环境比较复杂，施工单位难以沿着管沟一方堆积管材，需要设置专门的场地堆放管材。对此，施工单位应选择合适场地及堆放方法。施工单位应保证场地平整、宽阔，运用平地机等设备进行平碾整平，并且根据场地面积及条件确定管材数量。通常情况下，管材堆放主要采用正方形、梯形堆放2 种方法。前者保证各层之间维持90°，提前设置木楔；后者保证各层之间维持0°，各层根数逐次递减，采取交叉方式设置承插口。同时，管材和地面之间要设置方木，承插口高度超过地面约10 cm[2]。

3.1.2 管材吊装与运输

吊装运输管材时，施工单位应采用附带橡胶的吊钩扣，扣在管材承插口处，随后吊车吊装运输。若管子长度约为9 m，施工单位应采用≥16 t的履带吊车进行起吊，采用高平板拖车等进行运输。同时，施工单位应提前在板车上设置钢管架，并用胶皮、木楔等固定。

3.1.3 管材处理与质量检查

管材处理与质量检查的措施如下：

1）防腐处理。管道安装前，施工单位应进行防腐处理。第1，施工单位应在管道外层涂刷防腐沥青漆，涂刷厚度≥25 μm。常温条件下，此类防腐材料具有良好的黏合性，能黏结缠管带，但是施工单位需要在1 d 内完成缠管工作，避免重新涂刷防腐漆。第2，施工单位应采用自黏式聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）缠管进行作业，为增强管道的防腐性，应保证缠管横向搭接厚度≥2.5 cm，纵向厚度≥30 cm。第3，施工单位应对缠管带进行漏涂抹检验，并将检验电压维持在约10 kV[3]。

2）质量检查。管材质量检查非常重要，其主要分为2 项。第1，施工单位应检查管身的完整度，避免出现损坏或变形处。若发现管道遭遇撞伤或形变，应将此部位改造为双插短管。第2，施工单位应检查承口处。此部位构造复杂，极易出现裂纹。检查前，施工单位先用湿布擦拭，让裂纹更加清晰。若发现铸铁管水泥内衬出现裂纹，裂纹≤8 mm 时不用处理，若裂纹＞8 mm 时需要剔槽并且用专门的修补水泥进行修复，在其上方覆盖薄膜进行养护，养护周期超过24 h。

3.2 沟槽切割放样

为避免红旗渠上方的市政道路路面不被强力破坏，施工单位应先用混凝土切割机进行切割放线，保证边线整齐，方便后期开挖。切割前，施工单位先用金属探测器检测地下金属管线，标注管线位置、深度等。针对非金属管线，施工单位应提前咨询相关部门、周围居民，并且采用挖深坑、检测地表井盖等方式进行标注，并且依据上述材料、设计图纸等进行放样作业[4]。放样过程中，不同地段需要采取不同的措施，例如直线段可不考量放样长度，而弯曲段需要考量后期铺设管道的偏转量。施工单位可以利用管道可允许偏转角进行铺设，其具体数值如表1 所示。施工单位应根据铺设管道长度设定放样段长度，若需要提前放置弯头，应控制各管道长度并且计算弯头铺设位置。

表1 工程各类管道的偏转角

3.3 沟槽开挖

针对无特殊路面的路段，施工单位可直接采用反铲开挖。同时，施工单位还应采用破碎锤辅助开挖，各挖掘机配备4 个以上破碎锤。针对存在地下障碍的路段，施工单位应采用“小型反铲+人工风镐”开挖方式。为缩短人工作业周期，提高施工进度，施工单位在挖掘沟槽最底层时，用铲斗平铲[5]。在土质较好地段，无需设置支撑，但是在土质较脆弱的地段应提前设置支撑开挖，并且根据施工具体情况设置防护疏密。针对直管段，施工单位可在垂直方向焊接工字梁的钢板支撑；针对阀室等，施工单位应设置钢板支撑系统，将丝杆钢管等设为横撑。作业过程中，施工单位应根据管径变化调整开挖宽度，例如相较于管外径，承插口应超出约60 cm，法兰管应超过约1.2 m，直线段略微减小，曲线段略微增宽。此外，针对“T”型接口与“K”型接口，施工单位应针对性采取开挖措施，前者在承插口处可进行超深开挖，保证管身接触地面；其后者在承插口处，底部与两边均应超出法兰外径约0.5 m[6]。沟槽开挖断面如图1 所示。

图1 沟槽开挖断面图（来源：网络）

3.4 管道安装

3.4.1 插口校正

在球墨铸铁管安装的施工过程中，施工单位应首先检查插口，如果发现插口位置的形状呈现椭圆形，则说明已经变形，可能会影响管道的连接质量和施工效果。为了确保插口位置形状符合施工要求，施工单位应结合实际情况，利用专业设备精准矫正插口的形状。在此过程中，千斤顶是一种常用的工具，可以提供较大的力量，并且高度可调节，非常适合于球墨铸铁管插口形状矫正工作。

在使用千斤顶矫正插口形状时，施工单位应遵循以下步骤：第1，确定需要矫正的插口位置和方向，并将千斤顶放在合适的位置；第2，慢慢旋转千斤顶杆，对插口施加适当的力量，从而使插口逐渐恢复至圆形状态；第3，仔细检查插口的形状和尺寸是否满足施工要求，如不满足，还应采取上述方法进行微调；第4，确认插口已经矫正后，应及时使用适当的方法固定插口，防止再次变形。

3.4.2 管道清洁

安装球墨铸铁管前，施工单位需要使用钢丝刷对承接口及其后方进行清洁，确保表面没有杂物、锈蚀或污垢，提高承接密封性和连接质量。将“T”型胶圈放置在承口内部，将“K”型胶圈放置在插口上方，为减小插入过程的摩擦力，施工单位可以在承口内部和插口外部涂抹润滑油，使插入过程更顺利[7]。

3.4.3 吊管就位

安装过程中，施工单位应将吊车起吊管子入口与承口精准对接，一般采用70 t 汽车起吊管道。对于双管同沟段，施工单位可采用50 t 履带式吊车，以此提升起吊效率。

3.4.4 安装就位

针对施工常用的“T”型接口，施工单位可提前在装管承口周围连接短钢丝绳一端，并将另一端连接于待安装管插口周围。安装过程中，吊车轻微移动，通过上下左右摇摆方便插入。若条件允许，施工单位可借助反铲铲斗施加一定力，方便后续安装[8]。

3.4.5 安装到位

待插口处的2 道白线正式进入承口内，则代表管道安装到位。针对不同型号的管道，施工单位应布置不同数量的手动葫芦，将其安装于管道两侧及顶部。

若技术人员的技术不够娴熟，施工单位可采用机械施工配合人工施工，单吊点起吊，让管道插口位置略低，承口略高，方便安装。若技术人员的技术较为娴熟，施工单位可直接通过挖掘机铲斗顶进，先让吊管与承口对接，然后用铲斗水平推进待装管承口，上下左右微微摆动，以此提高安装效率。为避免破坏承口，施工单位在二者中间提前安装废旧轮胎。

3.5 管道防腐与回填

管道安装作业结束后，施工单位需开展清理、防腐及回填工作。具体施工步骤如：第1，施工单位应清洁承插口、两端缠绕缠管位置，涂刷底漆，并且将腻子填入承插口连接位置。第2，将用液化气喷枪加热后的热缩卷材填充在承插口处，待检测防腐层漏电绝缘等合格后实施回填作业。第3，回填时，施工单位将破碎筛离后的开挖料包裹管底与管顶的部分区域，每隔约15 cm 分层夯实，并且要求压实度超过95%，如图2 管道防腐与回填所示[9]。

图2 管道防腐与回填（来源：网络）

4 结语

红旗渠承担着排污等重要职能，直接影响着城市水系及流域间排水规划。对此，施工单位应深入分析工程实际情况，选用球墨铸铁管并且采取相应的安装工艺，做好准备工作，严格控制沟槽开挖、管道安装、管道防腐等施工环节，做好细节工作，提高施工质量，以此延长工程使用寿命，加快现代化城市建设步伐。