大口徑球墨鑄鐵管在南水北調(diào)配套工程中的應用

趙曉芳

北京市南水北調(diào)工程建設管理中心 100195

1 工程概述

大興支線工程是北京市南水北調(diào)配套工程的組成部分，主要連通北京市南水北調(diào)配套工程南干渠與河北省南水北調(diào)配套工程廊涿干渠，將北京市與河北省的南水北調(diào)工程互聯(lián)互通，實現(xiàn)多水源聯(lián)調(diào)，提高供水安全性，同時為北京大興國際機場提供第二水源。南干渠與廊涿干渠連通管線全長約46km，其中北京段長33.4km，采用1-DN2400球墨鑄鐵管，設計輸水流量6.1m3/s，平均埋深2.5m，內(nèi)壓0.4MPa。單節(jié)管道長度為6m，重量約10.6t。北京段工程主要采用明挖法施工，穿越鐵路、公路、河道及民房處采用頂管施工，長度約2km。

2 輸水管材設計

2.1 管材選擇

輸水管道選材至關重要，管材選用不僅要考慮輸水系統(tǒng)的布置、管徑、工作壓力、埋深、地質(zhì)情況、施工條件，而且要結(jié)合運行維護進行技術經(jīng)濟綜合比較后確定，應盡可能選擇技術成熟，抗腐蝕性能強的管材。大口徑輸水管道采用的管材通常有預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、鋼管、球墨鑄鐵管等。本工程著重對鋼管、球墨鑄鐵管、PCCP管進行比較，三種管材特性對比詳見表1。

考慮到工程供水對象重要、供水保證率要求高，且采用單管方案，經(jīng)綜合分析比較，雖然球墨鑄鐵管造價稍高，但因其質(zhì)量易控制、安全性、耐久性較好，后期維修方便且運行費用低，本工程管道選用球墨鑄鐵管。

2.2 主要技術指標

球墨鑄鐵管壁厚等級為K10，管道尺寸、壁厚及重量指標見表2，力學性能指標見表3。

表2 球墨鑄鐵管尺寸Tab.2 Dimensions of ductile iron pipe

表3 球墨鑄鐵管的力學性能Tab.3 Mechanical properties of ductile iron pipe

2.3 接口形式

本工程使用承插滑入式T型和K2型兩種接口形式。K2型接口是近幾年從日本引進的新型接口形式，結(jié)構(gòu)形式見圖1，其自密性、調(diào)整性、安裝便利性優(yōu)于其他接口，尤其是具有管道排空后直接從管內(nèi)維修更換的獨特優(yōu)勢。

圖1 K2型接口示意Fig.1 K2interface diagram

大興支線工程是我國使用K2型接口形式口徑最大的項目，國內(nèi)沒有設計、生產(chǎn)、安裝方面的規(guī)范，主要參考日本《水道用球墨鑄鐵管》（JWWA G113：2004）；《水道用球墨鑄鐵異形管》（JWWA G114：2004）的相關要求。

K2型接口管材的接口安裝組件包括橡膠圈、組合圈、壓圈、鎖緊螺栓、墊棒，其3D效果見圖2。最內(nèi)側(cè)為橡膠圈，形狀為前端球形、后段梯形，球形擠壓面積大，利于充分填充空隙，梯形截面與承口截面相吻合；組合圈位于橡膠圈和壓圈之間，由三個圓弧組成，阻隔壓圈直接傳力給橡膠圈，起到緩沖作用，以免對橡膠圈造成破壞；帶鎖緊螺栓的壓圈位于最外側(cè)，壓圈由四段圓弧構(gòu)成，壓圈一周均勻安裝緊固螺栓。墊棒位于鎖緊螺栓后端，緊頂承口端。安裝時，通過調(diào)節(jié)鎖緊螺栓來保證接口的緊密性。

圖2 球墨鑄鐵管K2型接口3D效果圖Fig.2 3D rendering of K2interface of ductile iron pipe

3 球墨鑄鐵管安裝施工

本文著重闡述K2型接口球墨鑄鐵管管道安裝、接口打壓試驗、管溝回填等施工內(nèi)容。

3.1 K2型接口管道安裝

K2型接口管道安裝時，利用限位板先將管道對接到位，然后按順序裝入橡膠圈、組合圈、壓圈、墊棒，最后進行螺栓固定。

用吊車或龍門吊等設備將擬安裝的管道吊起，將其插口對準已安裝管道的承口，然后調(diào)節(jié)管道的軸線，再通過導鏈將該節(jié)管道插口緩慢滑入到已經(jīng)安裝管道的承口內(nèi)（圖3）。為控制承、插口間隙，事先在承口端放置限位塊（圖4），當插口均勻頂緊限位塊時，說明兩管道對接到位。

圖3 導鏈施工圖Fig.3 Construction drawing of guide chain

圖4 限位塊限位詳圖Fig.4 Detailed drawing of limit block

管道對接到位后，先取出限位板，然后把橡膠圈放入承插口間隙內(nèi)，用手按到位。接著在預留空間內(nèi)拼裝組合圈，組合圈按照先下后上的順序進行安裝，并將組合圈向間隙內(nèi)頂推。對壓圈，先安放下段，再安裝左右兩側(cè)，先由人工進行支撐，等連接片與連接螺栓鎖緊后放開。壓圈安放后，用千斤頂對稱、逐段頂推壓圈，直至墊棒塞入螺栓帽后部，并退出螺栓，頂緊墊棒。最后反復用千斤頂將螺栓沿管道圓周均勻固定，管道安裝完畢。各組件裝配次序見圖5。

圖5 K2型接口管材接口組件裝配次序Fig.5 Assembly sequence of K2interface pipe interface components

3.2 接口打壓試驗

管道安裝完成后，隨即進行接口打壓檢驗接頭的密封性。打壓試驗示意見圖6。

圖6 接口打壓試驗示意Fig.6 Schematic diagram of interface pressurization test

3.3 管溝回填

已安裝的管道經(jīng)水壓檢驗合格后，及時進行管溝回填。管溝土方回填應采取分區(qū)、分層、分段方式回填壓實，溝槽回填分區(qū)見圖7。各區(qū)回填要求為：Ⅰ區(qū)采用中粗砂回填，壓實度不小于90%；Ⅱ區(qū)采用中粗砂回填，壓實度不小于95%；Ⅲ區(qū)采用原土回填，壓實度不小于95%；Ⅳ區(qū)采用原土回填，壓實度不小于90%；Ⅴ區(qū)采用原土回填，壓實度不小于85±2%；Ⅵ區(qū)采用原土回填，壓實度不小于90%。

圖7 管溝回填分區(qū)示意Fig.7 Schematic diagram of trench backfilling zoning

管基的有效支撐角范圍內(nèi)回填十分關鍵，應用自制的木夯逐層夯實，尤其是管壁周圍，要確保管道被緊密包裹。管道回填時，應從管道的兩側(cè)對稱、均勻下料、回填，管道兩側(cè)壓實面的高差不應超過300mm，每層回填厚度也不大于300mm，一層壓實合格后再回填下一層。

4 結(jié)語

通過南水北調(diào)配套工程大興支線工程的實踐，工程建設者從管材設計、安裝施工等方面進行了有益的探索、嘗試，特別是K2型接口所具有的密封性能高、運行維修方便、安裝快捷等特點，為大口徑球墨鑄鐵管的推廣應用提供了更多可能，具有廣闊的應用前景。