虹吸工艺在过河给水管道工程中的应用——以潭州水道过河管使用为例

虹吸工艺在过河给水管道工程中的应用——以潭州水道过河管使用为例

林条协

佛山市顺德区海德市政工程有限公司广东佛山528300

摘要：过河倒虹供水管道的工程在设计和施工过程存在不能一次成型，焊接质量不佳影响管道吊装等问题，本文结合华阳路DN800给水管道工程穿越潭洲水道工程过河倒虹供水管的设计与施工经验，主要介绍过河倒虹供水管设计要点和施工技术，仅供参考

关键词：过河管；设计；焊接；稳定管道；吊运

一、工程概况

根据顺德区陈村片区的供水资源整合工作，规划建设华阳路DN800给水管道工程，该工程在华阳桥下游穿越潭洲水道（潭洲水道沉河管，下同），全长291米，其中过河倒虹供水管段4长240米，采用焊接钢管，壁厚14mm。给水管道南北方向敷设，过两侧河堤处中心标高为珠基6.11米（采用珠基高程系，下同），河床底部直线段55米，管中心标高为-10.21米；满足Ⅴ内河航道标准要求-5.66米的长度为101米。工程规划设计满足相关规范要求。

二、设计及施工技术分析

1、供水管道稳定性分析

本工程河道为Ⅴ内河航道，在测量水位-0.24米时，最大水深仅有8.0米，在此情况下提出减少管道在河床埋深，降低河床开挖对两侧河堤堤身的影响，但沉河管道在河床受到河流冲刷，受力条件复杂，管道在河床埋深直接影响工程建设质量及维护，管道埋深不足在夏季洪峰期河水冲刷容易裸露，管道抗浮受力复杂，造成安全隐患。因此需对稳定性进行分析；

当水流绕过管道流动时，有两个作用力，一个力是上抬力，即浮力，另一个是水平推力，过河管道自重需大于浮力及水平推力，才能保证管道稳定性，以潭洲水道过河管道为例计算：

管道截面外推力：

dn-管道设计内径800mm；

FWD*K-管道设计内水压力0.8mpa

P-管道截面外推力

S-钢管壁厚，取14mm

D-钢管外径，设计取828mm

Z1-钢管顶部埋深，按埋深1米计算

Z2-钢管底部埋深，埋深为1.8米

管道抗浮力验算：

从理论计算，潭洲水道过河倒虹供水管道沉到河底，管顶埋深1米满足管道的稳定性。为防止管道被过往的船只撞坏和管道运行过程中土壤被冲，管顶埋深增加0.5米及回填石块保护。

2、给水管道二氧化碳保护焊施工技术

一般情况下，沉河管道埋于河床下，管道检修和维护十分困难，因此沉河管道应考虑提高管道使用寿命。以潭洲水道沉河管为例，该管道加强钢管壁厚保护，壁厚达到14mm，另一方面外防腐采用四油三布防腐。防腐层数①底漆一层②沥青1.5mm③玻璃布一层④沥青1.5mm⑤玻璃布一层⑥沥青1.5mm⑦聚氯乙烯工业膜一层。在此情况下，管道施工的焊接质量直接影响管道的安全使用，传统的手工电弧焊引弧点多，容易夹渣、产生熔透、裂纹等现象，在大型管道施工中不利于保证焊接质量，且焊接施工效率较低，因此，本工程的管道连接施工考虑采用高质量、高效率的焊接方案。

2.1二氧化碳气体保护焊

二氧化碳气体保护焊以二氧化碳作为电弧介质并保护焊接区的焊接方法，具有操作方便、焊接成本底、焊缝抗裂性能高和焊后变形小、焊接飞溅小等特点，应用广泛。

2.2焊接施工管理

咬边是焊接时运条角度不当，咬边处液态金属重力较大造成下垂，不仅减少了有效工作截面积，还在咬边处形成应力集中，是覆盖层焊接时必须克服的缺陷，应注意两点：一是管节在焊接前应进行修口，清根等工作，经过清根处理磨除碳层，管端断面坡口a为55°~65°，管节对接的间隙b=2.0-4.0mm。二是选择合适的电流和电压，注意控制焊接角度和电弧长，防止造成咬边缺陷；

夹渣与夹杂是焊接过程中，由于焊层间熔渣清理不彻底，同时焊接速度过快，熔渣及杂质来不及浮出，存在于焊缝与母材之间，影响焊接质量，处理夹渣应注意清理管道坡口干净并保持干燥洁净，层间焊渣清洁干净后才能进入下一道焊口，同时填充层施焊运条时间在坡口稍微停留，从而降低夹渣影响；

气孔的产生有多种原因，如保护气体覆盖不足，气体不纯、焊丝或管道污染、电弧电压过高等原因，在焊接过程中产出的气体被液态金属吸收，在凝固过程中溶解度急剧下降产生的气泡，防止气孔产出首先使用清洁而干燥的焊丝，清洁焊口杂质，同时增加保护气体覆盖，排除焊缝区内的飞溅，减少喷嘴到焊口的距离，其次选择合理的电压参数，避免在填充层和覆盖面层焊接电流过大。

2.3焊接质量

通过严格的焊接施工管理，潭洲水道沉河管焊接管道一级焊缝外观不存在未焊满、根部收缩、咬边和接头不良等缺陷，一级焊缝和二级焊缝不存在表面气孔、夹渣、裂纹和电弧擦伤等缺陷。焊缝内部采用超声波探伤检查，未发现的焊缝不合格部位，焊缝处连接强度大于母材，质量符合要求。

3、给水管道水上接驳施工

根据施工图设计，潭洲水道沉河管道在河岸宽阔场地连接并一次成形，便于起吊输送到河道，但由于施工场地受多种条件影响，没有适合场地空间施工，沉河管道不能一次成形，增加管道施工难度，经综合方案考虑，采用水上拼接施工方案。

该方案先在拼接位置附近增加一个DN500的法兰短管作为内焊的进人孔，并新做一个DN800的水面焊接箱；然后通过吊船分别将两段管道吊放到水面，在两管合拢前把拼接箱放至管底，通过移动拼接端吊船，使两管对齐，轴线符合图纸要求。通过抽去焊接箱内水，对检查管道对接情况并进行外焊，外焊完成后，通过人孔进入管道内部进行内焊。各项工作完

成后，再拆除焊接箱，完成水面拼接工作。

水上拼接管道需注意吊船定位，应使用测距仪确定船只抛锚位置，另外作业人员必须穿戴救生衣，做足相关安全措施。

4、管道吊运

管道吊运环节非常重要。吊运过程中．不能对管道造成任何碰伤、扭裂。否则管道损伤，试压验收不合格，工程要返工；对工程的进度、质量、工程的造价所造成的影响是十分严重的。

管道断面上的最大应力不得超过管材允许应力，以保证管道的安全。根据这一原则所确定的管道允许跨度．称为按强度条件确定的管道跨度。

本工程采用6艘吊力为100吨吊船沉放，管线长度240米，两起吊的最大跨度取值为40米，通过ANSYS10.0软件计算，管线最大应力为57.1mpa，小于钢管235mpa抗拉强度，满足允许跨度要求；

潭洲水厂过河管重量240*7.85*3.14*（D2-d2）/4=55.8吨。经吊点吊力计算，受力最大的吊力为11吨，满足管道吊运安全要求。

5结束语

通过掌握过河倒虹供水管的设计要点及施工技术．避免因设计或施工问题对工程造成不必要的损失，保障潭洲水道过河倒虹供水管的顺利安装，为今后该给水管道的良好运行提供保障。同时，通过过河倒虹供水管设计和施工技术分析，为以后同类型工程建设提供参考。

参考文献：

（l）给水排水设计手册北京：中国建筑工业出版社．2004

（2）给水排水管道工程施工及验收规范中国建筑工业出版社1999