过江隧道大口径污水管道整体滑移设计施工

摘要：现代经济发展迅速，基础设施建设也相继展开。为了满足排水的需要，要建设大口径污水管道，但是这种大口径污水管道长距离的顶管要穿越地质比较复杂的过江隧道，这种工程的施工就变得困难了起来。本文介绍了过江管道扩建工程的概况、利用滑动支座解决隧道中长距离管道温度应力问题、管道整体滑移施工方法的选择、方案的可行性分析与论证以及具体的施工步骤。某工程通过采用滑动支座技术、管道整体滑移的施工方法，顺利地完成了过江管道施工任务，并一次性通过了水压试验，为大口径、长距离、高差大、非直线管道在隧道施工作业面小、应力释放解决难、通风条件差、材料运输难度大等特点的管道工程的施工提供了成功的范例。

关键词：过江隧道、管道整体滑移、温度应力释放

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

随着现代工程施工技术的高速发展，地下工程的施工也相继展开。特别是地下排水管的工程施工，在穿越过江隧道的时候，往往会遇到不同的地质情况，有的工程现场地质情况十分复杂，所以在施工过程中会遇到相关的技术难点难以攻克，现在面临的最大的难点就是过江隧道大口径污水管道整体滑移设计的施工。针对这一设计问题，本文介绍了过江管道扩建工程的概况、利用滑动支座解决隧道中长距离管道温度应力问题、管道整体滑移施工方法的选择、方案的可行性分析与论证以及具体的施工步骤。

二、工程概况

南京市江心洲污水处理厂技改扩建工程位于南京市建邺区，设计日处理污水 6．4×105t，采用 A／O活性污泥污水处理工艺，污泥采用一级中温消化]艺，规划人口 156万，可服务面积94．28kin2，整个工程总投资约 13亿元人民币。

南京市河两新城污水管网收集到的污水由新江边泵站加压后 ，经 由夹江隧道 2根 DN1000(每 日输水能力 2．4×l05t)过江管道输送至江心洲污水厂进行处理。过江管道位于已建好的夹江隧道内。夹江隧道为圆形 ，内径 5．1m，隧道 的中部和下部 已安装有 4根 DN1000钢管 (每 13输水能力 4×10jt)，隧道上部设有照明设施以及经过隧道进入江心洲的强、弱电缆及其桥架。隧道两端是 35m高盾构井 2座，内装通风系统用于隧道内通风 过江管道工程是在原4根DN1000输污钢管上方再铺设2根总长约 950mDN1000污水钢管。过江管道经两侧盾构井进出隧道，盾构井内垂直管道高差达 30m。隧道内管道纵向呈 v字型与隧道走向同步，中间低，两头高，高差 6．5m，单根管道长475m，重达 150t，其中水平部分长约 400m 管道工作压力0．5MPa，试水压力1.0MPa。

三、存在的问题

1、空间狭小

隧道内空间狭小，扩建工程安装的管道顶部与其上部原有高压电缆桥架的间距仅有 15cm，与隧道内壁的垂直距离仅有20cm，无法按照设计位置直接进行管道的安装与焊接。

2、温度应力及内水压力问题

钢管管道的年最大温差 T=25℃，管道在温度应力作用下，管道两端的伸缩量都达到 6cm；管道水压力产生的轴向力为 1255kN。隧道内一期工程 4根污水管道采用安装伸缩器的方法释放管道温度应力 ，用支墩抵抗管道水压力产生的推力 ，实际运行时表明，效果不理想。

3、解决方案

针对上述管道设计施工中存在的问题，施工方与设计人员对隧道原有设施情况进行了详细调查、计算、分析、比较，决定采用在管道支架上设置滑动支座的方法来解决管道安装空间问题以及温度应力释放的问题(内水压力及钢管重量由钢管自身及其底部的钢支架承受，并特制滑动支座解决管道因温度应力双向移动的问题 )。根据聚四氟乙烯具有使用温度范围广、优异的化学稳定性、优异的耐候性，尤其是在现有固体材料中它所具有摩擦系数40．1的特点，经与南京某航天应用技术股份有限公司生产技术人员共同研究 ，决定采用聚四氟乙烯作为滑动支座的基本材料 ，利用其公司拥有将聚四氟乙烯烧结在钢板上与不锈钢板摩擦的技术 ，充分发挥其所有特性 ，特别是摩擦系数低的特性得到充分利用。由该公司按设计特制 X型和 Y型2种滑动支座安装在隧道管道钢支架上 ，其中x型滑动支座安装在管道的转角处 ，既可以横向滑动又可以纵向滑动，Y型滑动支座的基板 ，与管道支架一样 ，比管道的设计位置横向隧道中心方向多加长了250mm，在隧道外加工的管截每根长 3．6m，由盾构井内逐截运进隧道，每侧管道的焊接安装在加长的滑动支座基板位置上进行，待 400m长单根水平管道在安装位置全部拼接完成后，将管道整体滑移至管道的最终设计位置，再将附加的长 250mm滑动支座基板卸下，安装在另一侧管道钢支架的加长部分上，用于另一侧管道整体滑移至最终设计位置，最后将两侧管道支架的加长部分割除，完成管道安装任务。

四、整体滑移施工的可行性分析

施工时需整体水平推移管道至其设计位置，为了验证管道整体滑移施 的安全性和可行性，以确定千斤顶的数量以及千斤顶的布置位置，对管道整体平行滑移进行了以下工作状况计算和验证。

1、管道滑移产生的滑动摩擦力

单根管道总长 400m，管道外径为 1．02m，壁厚 10mm，管道内壁附着有 10InIn后水泥砂浆防腐层，管道重量约 310k~m，F4／不锈钢板动摩擦系数 为 0．1，则产生的滑动摩擦力 厂为303．8kN／m。

2、千斤顶的布置

由上述计算及数据可知，管道滑动产生的总滑动摩擦力为121．52kN。每间距 20m处设置干斤顶，共计设置 21(=4~／20+1)台，考虑到相邻千斤顶推移的不同步性 (可能会出现 )，则每台千斤顶须克服阻力为 12、152(=121．52／10)kN，约为 1．2t，施工时按 2t配置 。

五、应力释放情况分析

管道安装就位后，为释放管道温度应力引起的管道纵向伸缩，单根长 400m水平管下设 @2．0m管道钢支架 ，每个钢支架上设一个单向滑动支座，共 200+1=201个，使管道沿纵向伸缩 ；在管道由垂直转水平的管道下，特别设计制作两组既可横向水平位移又可纵向水平位移的限位双向滑动支座 ，垂直管道上设置弹性抱箍来解决垂直管道稳定问题 ；隧道中的竖直管道和水平管道组成了一个巨大的 U型管，安装滑动支座后，使整个水平管道可沿纵向滑移，巨大的U型管形成 U型伸缩补偿器，管道限位 自由伸缩，得以释放温度应力。

钢制管道最大温差出现在夏季，管道位移量为 60arm，按悬臂粱计算 ，按结构图求出垂直管道上端的内力值为弯矩 M：665．7kN・In，剪 力 Q=42kN，得 出钢管 的 应力 为 盯=166．9N／mm2

六、结束语

南京江心洲污水处理厂过江管道工程是在夹江隧道内既有4根 DNIO00输污钢管上方再铺设 2根 DN1000钢管，我们解决了管道安装通风条件差、材料运输难度大的问题，但如何解决管道安装空问和温度应力造成的管道纵向伸缩问题 ，是整个污水处理厂扩建工程的重点和难点。在设计院、生产制造商和施工人员的共同努力下，采用管道设置 x和 Y型滑动支座的方法很好地解决了上述问题，顺利地完成了过江管道施工任务，2003年7月一次性通过水压试验。2005年底过江管道投入运行以来，未发现任何异常现象，管道运行状况良好。由于管道长期处于隧道内湿度非常大的空气中，管道使用中须加强监测，做好管道及其支架的防腐保护工作尤其重要。

参考文献：

[1]钟善桐．钢结构稳定设计IM1．北京：中国建筑工业出版社 ，1991．

[2]赵连成.大口径污水管道长距离顶管穿越道路工程的施工[J].中国给水排水，2011（2）.

[3]刘敏林.长距离顶管施工技术的分析[J].广东水利水电，2004（10）.