地下管道接口金属软连接施工工法市级优秀工法.docx
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地下管道接口金属软连接施工工法市级优秀工法
地下管道接口金属软连接施工工法
一、前言
金属软管在工业应用中经常作为一种柔性补偿件安装于液体输送系统中，用以补偿管道或机器、设备连接端的相互位移，吸收振动能量，能够起到减震、消音等作用，具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温等多项优点。
我们可以借鉴金属软管在工业应用中的成功经验，将金属软连接应用于市政工程地下管道接口中，可以避免开挖，变明开挖施工为暗接法施工，本工法详细阐述了地下管道接口金属软连接的施工方法。
1、关键技术
、综合考虑管径、连接长度、角度、高差、沉降量等因素，确定适合的波距和峰高，以满足软连接最小弯曲半径和最大变形量的要求。
、软连接和其他材质的管道焊接必须采用亚弧焊，对焊接技术要求较高，必须由水平较高的电焊工进行操作。
、软连接保护套管的细部处理要求较高，其质量直接影响软连接的使用寿命。
2、本工法获奖情况
本工法荣获中铁十八局集团有限公司局级优秀工法。
二、工法特点
市政工程顶管施工中，新旧管道之间接口传统的作法为钢筋混凝土沉降缝施工方法。
这种传统的施工方法必须明开挖施工，施工周期长，开挖深度较大，极易受施工环境的制约而影响正常施工。
如开挖范围周边邻近管道、建筑物等，需采取可靠的支护方案，施工措施费用较高，且安全系数较低，易发生基坑塌方，建筑物倾斜、裂缝，既有管线滑移、破坏等事故。
而采用金属软连接方法施工，可避免明开挖采用暗接法施工。
无需进行混凝土养护，大大缩短工期；无需开挖及支护，施工成本及安全风险都大大降低。
金属软管柔性非常好，能够更好的满足不同基础及新旧管道之间不均匀沉降产生的变形，且金属软连接允许更大的施工偏差，在管道轴线和高差相差较大的情况下，都可以成功的进行连接。
金属软连接施工简便易行，优点非常突出，经济效益和社会效益都非常显著。
三、适用范围
本工法运用于顶管管道接口，管径D≤1500时施工最为方便可行，经济合理。
1、可用于相同管径之间的钢管连接。
2、可用不相同管径之间的钢管连接。
3、可用于相同管径之间的钢承口钢筋混凝土管连接。
4、可用于不同管径之间的钢承口钢筋混凝土管连接。
5、可用于相同管径之间的钢管和钢承口钢筋混凝土管连接。
6、可用于不同管径之间的钢管和钢承口钢筋混凝土管连接。
四、工艺原理
金属软连接施工就是利用金属软管在管道内壁进行焊接，从而把两段管道连接成一个整体，这是一种非开挖的连接地下管道的施工方法，所连接的两段管道轴线间的夹角可以为任意角度，施工非常方便，参见下图。
五、工艺流程及操作要点
1、工艺流程
2、操作要点
、管道轴线、高程复测
在顶管剩余2～3米即将顶进完毕时停止顶进，复测顶管管口及拟连接管道接口处的高程和轴线。
、设置保护套管
保护套管的作用主要是保护金属软连接免受压力（主要是土压力）和地下水的腐蚀。
为施工方便，管材通常为钢管，壁厚1cm。
根据拟连接两段管道的轴线和高程偏差，可初步判定金属软连接的长度，从而可确定保护套管的长度，保护套管以短于金属软连接10～15cm为宜，因套管为钢管，长度可根据实际需要任意确定。
保护套管的管径应同于或稍小于顶管管径。
、接口处调整取土
根据拟连接两段管道的高程和轴线偏差进行调整取土，取土时应向顶管偏差的反方向取土，以消除拟连接两段管道的高程偏差和轴线偏差。
反方向取土可解释为：
顶管向下偏离时，即应向上取土；顶管向左偏离时，即应向右取土；反之亦然。
取土量以刚好能够消除顶管的高程偏差和轴线偏差为宜。
、保护套管安装
接口处调整取土后，即可进行保护套管安装。
当顶管为钢管时，保护套管直接利用顶管本身，将需要长度的套管直接顶进即可；当顶管为钢筋混凝土管时，保护套管可从顶管内部运至接口处进行安装（此时套管管径应稍小于顶管管径）。
顶进（安装）时套管和拟连接管道之间的距离为10～15cm时为宜。
保护套管顶进完毕后，应在套管起始位置处和原管道断开（可用气焊切割）。
为最大程度地满足变形和不均匀沉降的要求，套管本身也应断开，每段以1米左右为宜，但最少不得少于2段，套管之间缝隙以2～3cm为宜。
套管之间的缝隙应在管道内壁用胶粘贴橡胶止水带予以封闭，防止地下水的侵入。
橡胶止水带在套管每侧的粘结宽度不宜小于20cm，橡胶止水带用胶粘结后应用铁锤逐点击实以粘结牢固。
粘结剂强度达到100％后，才允许下道工序施工，在此期间，套管不允许承受任何外力作用。
、确定金属软连接管径、长度
根据保护套管的长度和拟连接两段管道轴线夹角，即可确定金属软连接的长度，金属软连接的长度以长于保护套管20cm以上为宜。
金属软连接的管径应小于保护套管内径，为方便施工，同时又保证最小的截面流量损失，金属软连接的管径应小于套管管径20cm左右。
、金属软连接加工
金属软连接应在生产厂家定做加工，材质为不锈钢，应不低于SUS304级。
金属软连接的波高、波距及壁厚应根据所承受的最大变形、管道工作压力、管径、连接长度等综合确定。
通常情况下，金属软连接管径比保护套管管径小20cm左右，此差异可用钢制喇叭口处理，即用A3钢制作一段长30～40cm的喇叭口形状的连接段，直径从软连接直径渐变到保护套管直径。
金属软连接外壁应做环氧沥青特加强级防腐处理（三布四油作法）。
、金属软连接安装施工
金属软连接就位后，在两端喇叭口处分别和拟连接的两段管道内壁进行焊接，钢筋混凝土管时和钢承口进行焊接。
六、材料
1、主要材料规格
金属软管总成由内部的金属波纹管、外层的不锈钢丝（或不锈钢带）编织层以及两端的接头构成，其内部使用的波纹管的结构类型根据ISO/TC5黑色金属管及其金属配件技术委员会和金属软管分技术委员会以及中华人民共和国推荐性标准GB/T14525-93《波纹金属软管通用技术条件》的规定分为两种:
螺旋形波纹管（结构如图一所示），环形波纹管（结构如图二所示）。
螺旋波金属软管的波纹呈不间断的螺旋形，其波纹按一定角度轴向延伸构成软管的管体，在世界各国被广泛使用。
环形波金属软管具有完整闭合的360度环形波纹，每一个波纹自身都是一个完整的环形波，整个管体就由各个相互串联的环形波构成。
耐压金属软管使用日本进口SUS304（0Cr18Ni9Ti）、SUS316（OCr17Ni12Mo2）和SUS316L（00Cr17Ni14Mo2）不锈钢制造，柔韧性好，耐腐蚀，耐高低温，减震降噪，密封性强，使用寿命长，质量优于国家推荐性标准GB/T14525－94<<波纹金属软管通用技术条件>>的规定，性能完全达到日本国JIS工业标准，产品技术、质量水平在国际上处于领先地位。
2、技术术语介绍
、波纹类型
环形波波纹软管由延轴线平行排列的单独的环状波壳构成，螺旋波软管的波纹则呈不间断的螺旋形。
两种类型波纹软管的总成都可以在相当压力下保持柔性，同时，螺旋状波纹软管还具有一定的自净能力。
、波距（又名：
螺距、山形）
波纹金属软管通常按照标准波距制造（密螺纹）。
每个制造商都有一个按照单位长度管体波纹数表示的标准波距，波距的疏密要综合考虑使用时对柔性和经济性的要求。
稀螺纹金属软管在单位长度的管体上具有较少的波纹，这种软管的柔性不如标准波距的软管，同时弯曲使用寿命也要低得多。
稀螺纹金属软管通常使用在使用环境没有多么苛刻，对软管的柔性和使用寿命要求不高的情况，或者用作减震使用。
、壁厚
制造商在设计管体壁厚时要充分考虑柔性、弯曲寿命以及耐腐蚀性的要求。
增加或减小壁厚对于使用者来说都具有相应的优点与缺点。
软管总成上的金属网套通过对软管拉伸的限制和减震使金属软管总成达到更高的压力水平。
在试验压力没有使管体波纹发生变形的条件下，可以通过增加第二层编网来增加软管的使用压力。
当为了增加软管的抗摩擦性能时，可以考虑使用铠装的编织方式。
、编网层
理想的编网不仅要做到在管体承压的情况下包裹住管体，而且还要减小软管扭曲的可能性。
合适的编网要综合平衡软管承压和软管柔韧性的要求。
通过优化编网设计可以使软管的网套紧贴波纹的波峰。
、平铺编网
平铺编网是先将数根单根钢丝组合成一股，然后再将各股钢丝编织成网套，网套再受到外力拉伸时会自动绷紧。
平铺编网的结构表达为：
（锭数）×（每股钢丝数）×（钢丝直径）。
例如，在24×8×0.3中，24表示编网机的锭数为24锭，8表示每股钢丝的条数为8条，0.3表示单根钢丝的直径为0.3毫米。
、辫状编网
大口径软管总成要求使用辫状编网以增强网套的强度。
与平铺编网有所区别的是，辫状编网每股钢丝在合股前已经预先编织在一起。
辫状编网的结构表达除了在每股钢丝数与钢丝直径间使用圆括号以外，与平铺编网结构表达形式一致。
例如，在128×（21×0.4）中，128表示编网机的锭数为128锭，21表示每股钢丝的条数为21条，0.4表示单根钢丝的直径为0.4毫米。
、压网环
压网环是连接软管、网套和管接头的部分。
在焊接时，内管和网套要和压网环焊接在一起。
在焊接过程中，部分波纹管体和网套的材料性质会发生变化，这片发生变化的区域被称为“热影响区域”。
热影响区域必须被隔离，否则可能造成软管总成失效。
所以，必须小心选择合适的压网环。
、保护套
金属软管总成上的保护套在磨损程度非常高的环境下可以对软管的外层金属网套起到保护作用，在万一软管破损的情况下还可以分散管体中涌出的流体，起到安全保护作用。
保护套可以使用多种材料，包括Interlock套管、热收缩管、各种弹性体层，但要注意的是不能使用含氯元素的材料，例如PVC等。
、连接部加强
在软管连接部经常发生极度弯曲的应用中，应对连接部进行加强。
可以使用一小段Interlock套管或弹簧对连接部进行加强以对弯曲进行保护。
、最小中心线弯曲半径
软管在使用中允许的不致造成永久性变形的最小弯曲半径。
这种类型的柔性参数分为静态和动态两种。
静态弯曲应用于软管
不动的使用环境，动态弯曲应用于随机或间歇性弯曲或移动的使用环境。
3、技术指标（节选）
表1
公称
通径
mm
内径mm
外径mm
最小弯曲半径mm
最高工作压力MPa
波纹管
带一层网套
静态
动态
一层网套
二层网套
8
8.8
13.2
14.4
50
110
15
20
10
11.7
16.5
17.7
65
145
15
20
15
13.5
19.5
21.1
80
180
15
20
20
20
27
28.6
120
270
10
15
25
27
34.5
36.1
160
360
6.3
10
32
32
40
41.6
175
400
4.0
6.3
40
39.6
52
53.6
225
510
4.0
6.3
50
49.7
62
63.6
280
640
3.0
5.0
65
61.2
80.2
81.8
410
915
3.0
5.0
80
79
96.3
97.9
486
1030
3.0
5.0
100
101.2
119.6
121.2
610
1340
2.5
4.0
125
124.1
145.3
146.9
700
1540
2.5
4.0
150
149.4
180.8
182.4
810
1780
2.5
4.0
200
176
240
243.2
1000
2000
2.5
4.0
250
248
290
294
1250
2500
2.5
4.0
300
298
350
354
1500
3000
1.6
2.5
350
347.6
400
404.8
1750
3500
1.6
2.5
400
397.6
460
464.8
2000
4000
1.6
2.5
七、机具设备
主要机具设备表表2
名称
规格
型号
性能
数量
成产厂家
交流弧焊机
BX1-500
1
天津
千斤顶
YQ1-20
20吨
2
天津
手拉葫芦
HS10
10吨
2
天津
激光经纬仪
J2
1
北京博飞
水准仪
DS3
1
北京博飞
八、劳动组织
劳动力组织表表3
工种构成
人员数量
素质要求
职责分工
施工员
1人
持证上岗
落实工艺，组织施工
质检员
1人
持证上岗
对原材料、半成品及施工过程进行质量检查，严把质量关
安全员
2人
持证上岗
负责整个施工过程的安全工作
力工
4人
负责土方清运、软连接运输、定位、套管接缝处理等工作
测量工
2人
持证上岗
负责施工过程的测量工作
电工
2人
持证上岗
负责现场的临时用电安全
电焊工
2人
持证上岗
负责所有焊接工作
气焊工
2人
持证上岗
负责所有金属切割工作
九、安全措施
1、施工用电必须按部颁标准，三相五线制执行，并设二级保护措施。
电工作业要穿绝缘鞋，必须2人同时在场，非电工不得接线。
2、电工、焊工等技术工种必须持证上岗。
3、电器设备均要设安全保护措施，并由专人负责。
4、管内照明必须采用36V安全电压，灯线用二芯胶皮线引入
5、洞内作业时，必须有专职安全员在旁监护，时刻注意地下水位变化情况，安全员必须及时发出信号，组织作业人员及时撤离作业面。
6、每班作业前，必须用活物如鸽子等测试管内氧气含量，氧气不足时不得进洞作业。
必须采取开盖通风或机械通风等相应的通风措，保证空气畅通后再作业。
7、管内焊接作业，必须有可靠的通风措施，作业人员必须佩戴防毒面具。
8、管内施工配对讲机，管内外人员及时联系，如有异常情况，安全员及时通知管内人员撤离。
9、管内施工人员最少保证3人，其中一人负责安全工作，如发现有冒水、塌陷等征兆时，要立即发出信号，组织大家马上撤出，并及时报告上级主管领导，查明原因采取应对措施。
十、质量要求
1、采用的质量标准
《波纹金属软管通用技术条件》GB/T14525-93，《天津市
城市排水工程质量检验标准》DB29-52-2003，《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-2003。
2、质量控制和检查
焊接要求如下：
a、管道接口采用焊接口（单面焊），焊接口处应按原防腐标准补做防腐层，管节焊接采用的焊条应符合下列规定：
b、焊条的化学成分、机械强度应与母材相同且匹配，兼顾工作条件和工艺性。
c、焊条应干燥。
d、钢管焊接前应先修口、清根，管端端面的坡口角度α＝60±5o，间隙b＝2.0～4.0mm，锐边p＝3.0mm。
e、对口时应使内壁齐平，当采用长300mm的直尺在接口内壁周围顺序贴靠，错口的允许偏差应为0.2倍壁厚，且不得大于2mm。
f、钢管对口检查合格后，方可进行焊接。
g、不合格的焊缝应返修，返修次数不得超过三次。
焊缝的外观质量应符合下表规定。
表4
项目
技术要求
外观
不得有熔化金属流到焊缝外未熔化的母材上焊缝和热影响区表面不得有裂纹、气孔、弧坑和灰渣等缺陷；表面光顺、均匀，焊道与母材应平缓过渡。
宽度
应焊出坡口边缘2～3mm
表面余高
应小于或等于1+0.2倍坡口边缘宽度，且不应大于4mm
咬边
深度应小于或等于0.5mm,焊缝两侧咬边总长不得超过焊缝长度的10％，且连续长不应大于100mm
错边
应小于或等于0.2t，且不应大于2mm
未焊满
不允许
十一、效益分析
金属软连接系我中铁十八局集团有限公司首次使用，之前无任何经验可以借鉴。
项目部技术人员突破常规，勇于创新，不断摸索，将工业生产的成果成功运用于建筑施工中，并获得了成功。
明开挖沉降缝施工，不保守工期为2个月，而金属软连接施工只用了7天，工期缩短了53天，受到了业主、设计等单位和局、处领导的好评。
软连接施工，无需开挖，文明施工程度高，不影响交通，工期短，取得了良好的社会效益。
同时避免了大量挖方和填方，施工机械少；无需对原有煤气、自来水、电缆、光缆等管线的防护和恢复，也无需基坑支护，比开挖施工降低造价15.6万元，取得了较好的经济效益。
十二、工法实例
中铁十八局集团有限公司承建的开发区镇海桥改造及洞庭路穿泰达大街隧道工程，由政府投资兴建，是开发区的重点工程和形象工程。
在地道最低点U12设计收水井汇集地道所有的雨水，通过DN1000钢制雨水管道通往地道专用泵站，解决地道雨水排放问题。
泵站进水管为DN1000钢制顶管施工，地道雨水管为DN1000钢管，两管轴线间夹角为141o，设计为明开挖钢筋混凝土沉降缝连接两段管道。
项目部通过变更，将原设计沉降缝取消，此处改为141o金属软连接暗接法施工，降低造价15.6万元，缩短工期53天，取得了较好的经济效益和社会效益。
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