一种球墨铸铁管接口安装新工法的研究过程

摘要

离心球墨铸铁管是目前城镇供水的理想管材，并且得到了广泛应用。这种管材集强度高、塑性好、耐腐蚀性强等优点，具有铁的本质、钢的性能。但是在管口对接工法上一直延续着传统的在组好对的承口和插口上各捆绑一钢丝绳套，利用手动葫芦缓慢拉进的方式。当这种接口在现状道路范围内施工，尤其是勾头时，由于现状地下管线等障碍原因往往会形成工作面狭窄的现象不具备绑扎钢丝绳套的条件，另外在对接弯头，由于管件长度较短也有相同问题，安装起来通常比较困难。但是使用一种以顶代拉安装的工法，该问题即可迎刃而解。方法就是利用预应力张拉机的原理，对现有的液压千斤顶进行改造，并配合以现有常用的防脱卡箍一起使用，其在安装质量和速度方面会起到事半功倍的效果。

关键词：球墨铸铁管、接口、工法

中图分类号：S776.06 文献标识码：A 文章编号：

绪论

目前随着我国城市化建设发展步伐的日益加快，城市供水的范围也在迅速扩大。现在仅北京市的供水管线总长度就已达到近8000公里，日供水能力293万立方米，供水服务面积600多平方公里（数据采自自来水集团网站）。我市DN600以下给水管道大部分采用球墨铸铁管材（目前部分DN800管道也在使用），柔性胶圈承插接口，它具有强度高、耐腐蚀、抗震性好以及施工简便等优点。

柔性胶圈承插接口方式相比传统的灌铅接口和油麻纤维水泥接口在严密性和消除管道不均匀沉降产生的应力的能力等方面都具有相当大的进步和提高。但是在管口对接工法上一直延续着传统的在组好对的承口和插口上各捆绑一钢丝绳套，利用手动葫芦缓慢拉进的方式。然而当在现状道路范围内施工，尤其是管道勾头时，由于现状地下管线等障碍原因往往会影制约工作坑的开挖范围，形成工作面狭窄的现象不具备绑扎钢丝绳套的条件；另外在对接弯头，尤其DN300以上大角度弯头由于管道两端不在同一轴线上且管件长度较短也有相同问题，安装起来通常比较困难。

为提高接口质量，加快施工进度，我结合已往的技术工作经验通过多次试验和不断改进，总结出一套球墨铸铁管胶圈接口新工法。该工法改变了原来单一的利用手动葫芦拉力或千斤顶力推进的理念，参照预应力张拉机以顶代拉的力学原理，改造和加工出一种新的安装工具，以适合特定的工作条件和工作范围使用。该工法既能提高施工进度又能保证接口质量，尤其是在停水勾头时可以争取大量的宝贵时间，同时也可以为施工单位创造更高的经济价值。

一、研究动机和目的：

目前球墨铸铁管在城市上水管道中应用普遍，尤其是DN800以下供水干线和次干线几乎全部使用此种管材。我在以往的上水管线安装工程中曾经多次使用，该种管材从材质本身到安装施工等方面优点非常明显。但是通过多次工程实践，发现其接口安装在受现状地下管线等障碍物影响，工作面狭窄的部位安装较困难。另外当弯头等管件对接时也有相同问题。为了解决该项难题，进一步加快施工速度，保证工程质量，决定通过总结以往的施工经验研究一种新工法，作为球墨铸铁管柔性胶圈接口安装工艺的补充。

二、适用范围：

1、管线勾头

在与现状管线勾头时经常会遇到因地上和地下障碍物拆迁、现状道路的占用和挖掘、与现状地下管线和构筑物交叉等问题，不能大面积开槽进行正常施工的情况。

2、对接弯头的组装

对接弯头由于两端管口不在同一轴线上，并且长度较短安装通常较困难，尤其是DN400以上大角度的弯头。以往使用手动葫芦拉进，因为管件长度较小不易绑绳，如果直接钩管口会造成拉力方向与管道轴线不平行，从而加大胶圈摩擦力，再加上手动葫芦拉力控制不易平衡很容易拉偏顶破胶圈，造成反工或漏水现象。

三、研究工作内容和过程

该项工作的研究过程分为两个阶段，即初步研究阶段和改进阶段。对于研究项目的安装效果和使用效率进行了逐步完善。

1、初步研究阶段

（1）使用工具：

该阶段研究的指导思想是“简单实用”充分利用现有资源，初步验证该思路的可行性和研究方向。

该工法中所使用的工具包括：防脱卡箍、工具螺栓和扳手。其中防脱卡箍为常用的接口加固卡箍，不必另行加工。扳手为普通开口或梅花扳手。只有工具螺栓需要根据管径大小另行加工。为保证螺栓和螺母可以多次重复使用，将螺杆和螺母做成梯形螺纹（如图2、3），并且将螺母加长为50mm（如图4、5），组装形式如图6。

根据管径大小选择加工不同直径的工具螺栓，其主要参数如下：

DN300螺杆直径为14 mm；

DN400螺杆直径为16 mm；

DN600螺杆直径为18 mm；

DN800螺杆直径为12 mm。

（2） 操作方法：

根据现行业规定，上水管道柔性胶圈接口勾头时以及常规弯头接口处必须加装防脱卡箍。因此在该操作方法中只需要将原来接口安装和加固的最后一道安装防脱卡箍的工序提到最前。事先在组好对的承插口上按要求各安装一单片卡箍，然后在胶圈和插口距管口100mm范围内涂抹剂，再进行调整对口（对口要求与《给排水管道工程施工技术规程》相同）。对口完毕沿管道环向对称布置或呈等边三角形布置，穿入工具螺栓，带好螺母。最后在此通过松紧螺母来调整插口含入胶圈深度，确保插口均匀地含入胶圈后同时紧固螺母，将插口均匀的推入承口。安装到位后利用防脱卡箍原装螺栓将工具螺栓逐根替下即完成整个接口安装过程。组装形式如图7：

（3）验证结果：

通过几次工程实践证明，该工法实用效果明显，完全能够达到预期效果，在很大程度上提高了工作效率，降低了劳动强度（实际应用照片见附录一）。同时通过实践也暴露出一些缺点和不足，有待于继续改进。

2、改进阶段：

通过实践新工法中主要存在两方面的问题：

第一，工具螺栓形式不够理想，采用通体的梯形螺纹的螺杆，减小了螺杆的受力截面；而且必须根据管径不同加工不同型号的螺杆，通用性不理想；另外螺杆的长度也需要适当加长。

第二，紧固工具不够理想，原来采用紧固螺母旋进推动防托卡箍的方式安装，其螺母与防脱卡箍的摩擦力较大，螺杆和螺母磨损较严重，重复利用率相对较低。结合初步研究阶段总结的经验，针对以上问题，经过反复推敲，我又对该工法中所使用的工具从形式和原理上参考张拉机以顶代拉的工作原理对工具进行了如下改进：

工具螺栓形式的改进：

将梯形螺纹通扣螺杆改为普通螺杆，两端个带一定长度的三角形螺纹（螺纹长度根据张拉工具的长短确定），用来调节螺杆的有效长度。配备两个普通螺母。螺杆直径为16mm，螺杆螺母的形状如图8-10。

现在这一种规格既可通用于DN300以上管径，同时能够满足安装时所需拉力（安装时使用三根同样的螺杆沿防脱卡箍环向呈等边三角形布置），拉力计算如下：

每根螺栓可承受拉力：T=235×（3.14×82）=47225.6（N）

=4.7（吨）

235 N/mm2 ——普通低合金钢抗拉强度标准值；

3.14×82——螺杆的截面面积。

三根螺栓可承受拉力：T′=4.7×3=14.1（吨）

正常情况下DN800以下接口安装时所需拉力不超过5吨，14.1吨的拉力远远满足接口安装要求。

紧固工具和方式改进：

紧固方式由原来的丝扣式旋转紧固改为张拉顶进方式，张拉工具及可以采用机械式也可做成手动液压式（其结构如图11、12）。两种形式中机械式结构较为简单，只需要对对机械式千斤顶作进一步改装既可满足使用要求。改装方法如下：

改装需要委托专业的机加工工厂进行。首先将千斤顶拆开，然后分别将千斤顶的圆形帽头、中心丝杆和底座沿千斤顶的竖向轴心开一个直径20mm的圆形通孔，最后重新组装即可。改进后组装如图13：