張陽

（中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西西安 710000）

1.工程概況

1.1 設(shè)計概況

武漢市軌道交通2號線南延線光谷綜合體是由地鐵工程、市政配套工程、東西區(qū)地下公共空間工程3部分組成。其中地鐵工程包括：2號線南延線區(qū)間（光谷廣場站～珞雄路站），9、11號線光谷廣場站及其在廣場和市政下穿通道影響范圍內(nèi)的區(qū)間；市政配套工程包括：珞喻路、魯磨路下穿公路隧道；東西區(qū)地下公共空間包括：綜合利用車站、隧道開挖范圍內(nèi)上部空間設(shè)計的地下公共空間，是集軌道交通工程、市政工程、地下公共空間于一體的綜合項目。光谷廣場綜合體工程為地下三層車站，工程總面積為161672m2，其中地鐵車站69702m2。

1.2 施工概況

中鐵一局作為該項目的機(jī)電安裝單位，承擔(dān)著整個工程動力照明、通風(fēng)空調(diào)、給排水、消防水、以及東西區(qū)地下空間的FAS/BAS、通信、氣滅專業(yè)的施工及調(diào)試任務(wù)。本工程空調(diào)水系統(tǒng)冷源由設(shè)于本工程地下一層圓盤大廳西北角地鐵冷水機(jī)房冷水機(jī)組提供，車站工程冷卻塔設(shè)于西區(qū)公共空間物業(yè)開發(fā)18號風(fēng)亭附近。空調(diào)水系統(tǒng)中大管徑冷凍水管723m，其中DN350鍍鋅鋼管168m，DN450鍍鋅鋼管555m，水平管平行于地下一層圓盤結(jié)構(gòu)板面敷設(shè)。

2.施工重難點分析

（1）合同技術(shù)條款與施工圖紙中對管道材料選型的要求不一致。該工程冷凍水管在合同技術(shù)要求部分約定采用內(nèi)外熱鍍鋅鋼管，施工圖紙中要求管材為薄壁不銹鋼管。經(jīng)調(diào)查，大管徑薄壁不銹鋼管制作工藝復(fù)雜、市場需求量小，導(dǎo)致采購成本高昂；同時由于連接方式為焊接，施工難度較大，且不便于后期維修。若按照施工圖紙要求選用薄壁不銹鋼管，從施工企業(yè)角度出發(fā)，將增加材料采購成本，且易引發(fā)工藝質(zhì)量問題。

（2）軌道交通大管徑（公稱直徑大于300mm）空調(diào)冷凍水管的施工案例少、安全質(zhì)量要求高。常見的地鐵車站（含換乘站）相對于軌道交通綜合體而言規(guī)模較小、供冷面積不大，在空調(diào)水系統(tǒng)中選用公稱直徑大于300mm的冷凍水管的情況很少出現(xiàn)，導(dǎo)致大管徑空調(diào)水管施工幾無成熟經(jīng)驗可循；冷凍水管為承壓水管，自重較大，在冷水機(jī)組運(yùn)行及地鐵車輛過站時會產(chǎn)生振動，且管底標(biāo)高距離負(fù)一層公共區(qū)地面標(biāo)高超過10m，若施工環(huán)節(jié)中存在安裝質(zhì)量問題，將會在運(yùn)營期間形成嚴(yán)重安全隱患。

3.采取的措施

3.1 設(shè)計優(yōu)化

針對該問題項目部協(xié)調(diào)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計等單位召開設(shè)計優(yōu)化專題會，項目部基于四方面因素的考慮，建議采用內(nèi)外壁熱鍍鋅螺旋鋼管實施：

（1）內(nèi)外壁熱鍍鋅螺旋鋼管內(nèi)部承壓等級為4Mpa，設(shè)計要求為1.4Mpa，完全滿足設(shè)計要求[1]。

（2）薄壁不銹鋼管需要現(xiàn)場進(jìn)行焊接，焊接質(zhì)量控制難度大；內(nèi)外壁熱鍍鋅螺旋鋼管的連接方式為法蘭連接，符合《GB50738-2011通風(fēng)與空調(diào)工程施工規(guī)范》中第11.2.1條中約定“管徑大于DN100的鍍鋅鋼管可采用溝槽或法蘭連接”的要求[2]，且相對于焊接便于后期維修。

（3）內(nèi)外壁熱鍍鋅螺旋鋼管作為空調(diào)冷凍水管來使用，滿足防腐要求。

（4）內(nèi)外壁熱鍍鋅螺旋鋼管相對于無縫鋼管、薄壁不銹鋼管而言采購周期短、成本較低。

經(jīng)過討論，以上考慮得到各方認(rèn)可，最終以會議紀(jì)要模式通過了該設(shè)計優(yōu)化方案，按內(nèi)外壁熱鍍鋅螺旋鋼管實施。

3.2 組織專項方案編制、論證及報批，規(guī)避安全、質(zhì)量風(fēng)險

（1）在施工準(zhǔn)備階段，項目部編制了大管徑冷凍水管專項施工方案[3]，組織企業(yè)內(nèi)部專家進(jìn)行了支吊架載荷論證并出具計算書，方案嚴(yán)格按照要求履行報審程序。

（2）管材、支架型鋼、螺栓、焊接底板等材料落實進(jìn)場檢驗制度，對螺栓進(jìn)行拉拔試驗，確保材料質(zhì)量過關(guān)。

（3）移動式升降作業(yè)車、手拉葫蘆、電焊機(jī)等機(jī)械設(shè)備驗查合格后方可使用。

（4）施工前對施工班組進(jìn)行全員登高作業(yè)安全培訓(xùn)，對工序施工要點進(jìn)行技術(shù)交底，施工過程中配備專職安全員現(xiàn)場盯控，同時邀請監(jiān)理工程師現(xiàn)場旁站監(jiān)督。

通過以上措施，有效規(guī)避施工安全、質(zhì)量風(fēng)險。

4.施工方案及工藝

4.1 支吊架設(shè)計與安裝

4.1.1 支吊架設(shè)計

由于施工規(guī)范未對DN300以上管道支架水平安裝間距做明確要求，因此參考DN300管道支架安裝要求，結(jié)合現(xiàn)場實際做冗余考慮，對支架進(jìn)行加密，間距縮小至3.5m。立桿和橫擔(dān)選擇14b型槽鋼，立桿頂部與固定底板通過焊接連為一體，底板外沿內(nèi)側(cè)均勻分布6個螺栓孔位，每付支架通過12枚M12膨脹螺栓與地下負(fù)一層建筑結(jié)構(gòu)頂板連接固定，空調(diào)冷凍水密度按980kg/m3計算。支吊架大樣圖詳見圖1。

圖1 支吊架大樣圖

4.2.2 載荷計算

各項已知參數(shù)詳見表1。

表1 各項已知參數(shù)表

根據(jù)已知數(shù)據(jù)，可分別計算得出每付支吊需承擔(dān)兩條管道的架載荷情況，具體計算過程如下：

DN350：F1=M×g=320×3.5×9.8×0.001=10.98kN；

DN450：F2=M×g=471.05×3.5×9.8×0.001=16.16kN。

在結(jié)構(gòu)力學(xué)計算軟件中建立支架力學(xué)模型，并加載以上荷載，得到加載模型圖，詳見圖2。

圖2 加載模型圖

4.2.3 驗算結(jié)果

圖3～圖6分別為加載后得到的彎矩圖、剪力圖、軸力圖和支座反力圖：

圖3 彎矩圖

圖4 剪力圖

圖5 軸力圖

圖6 支座反力圖

通過模型計算，得出以下計算結(jié)果：

（1）立桿驗算結(jié)果。

立桿承受的彎矩、剪力及軸力（拉力）如下：

彎矩：Mmax=0.68kN·m；

剪力：Qmax=0kN；

軸力（拉力）：Tmax=14.55kN。

查槽鋼截面參數(shù)表，14b型槽鋼的容許彎矩M（Y向）為2.07kN·m，允許軸力（拉力）為：220kN，對比后可得：

Mmax=0.68kN·m＜2.07kN·m；

Tmax=14.05kN＜220kN。

驗算結(jié)果：立桿受力滿足要求。

（2）橫擔(dān)驗算結(jié)果。

橫檔承受的彎矩、剪力及軸力（拉力）如下：

彎矩：Mmax=3.68kN·m；

剪力：Qmax=14.55kN；

軸力（拉力）：Tmax=0kN。

查槽鋼截面參數(shù)表，14b槽鋼的容許彎矩M（X向）為12.79kN·m，允許剪力為：231kN，對比后可得：

Mmax=3.68kN·m＜12.79kN·m；

Qmax=14.55kN＜231kN。

驗算結(jié)果：立桿受力滿足要求。

（3）膨脹螺栓驗算結(jié)果。

最大支座反力為14.55kN，結(jié)合膨脹螺栓設(shè)計參數(shù)，采用12枚M12螺栓滿足要求。

驗算結(jié)果：膨脹螺栓受力滿足要求。

通過以上分析可知支吊架設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，受力滿足要求，現(xiàn)場使用情況效果良好。

4.2 支架及管道安裝

大管徑冷凍水管由于自重較重，安裝工序區(qū)別于普通水管，分5步完成：

（1）第一步：施工準(zhǔn)備。應(yīng)在地面加工區(qū)完成支架立桿和橫擔(dān)的加工、固定底板打孔以及立桿頂部與固定底板的焊接工作。

（2）第二步：待完成生根處螺栓孔位定位、打眼工作后，安裝焊接好的固定底板和立桿組件，使用扭力扳手平滑緩慢鎖緊螺栓，使扭矩滿足設(shè)計要求。

（3）第三步：在地面加工區(qū)完成冷凍水管兩端法蘭片的焊接工作，后將其運(yùn)送至安裝位置正下方，將兩套手動葫蘆分別固定于結(jié)構(gòu)頂板，管道兩端用掛鉤固定牢靠，兩端倒鏈同時下拉提升管道，提升至橫擔(dān)上表面100mm處同時停止拉升。此工序施工過程中，管道正下方區(qū)域禁止人員進(jìn)入。

（4）第四步：使用移動式升降作業(yè)車將施工人員提升至工作界面，完成橫擔(dān)與立桿的焊接工作，待焊縫處理、冷卻達(dá)到技術(shù)要求后，兩端倒鏈同時下放將冷凍水管放置于橫擔(dān)木墊之上，木托需做防腐處理，再用U型管卡固定冷凍水管。

（5）第五步：完成管道與管道之間通過法蘭連接，連接螺栓應(yīng)使用同一規(guī)格，且安裝方向保持一致，螺栓應(yīng)對稱緊固，用力均勻，確保連接面密實無縫。

注意事項：由于冷凍水管敷設(shè)路徑復(fù)雜，彎頭較多，需根據(jù)實際情況在彎頭處增加生根于結(jié)構(gòu)頂板的吊架或地下負(fù)一層地面的支架，對彎頭處進(jìn)行固定保護(hù)。

4.3 靜載試驗

本項目相對于一般軌道交通換乘站規(guī)模較大，空調(diào)水系統(tǒng)管道長度較長，為確保管道施工的安全質(zhì)量，在管道安裝完成之后、打壓調(diào)試之前，項目部對以上大管徑冷凍水管支架進(jìn)行靜載試驗。靜載試驗時受現(xiàn)場施工條件限制，不具備通水條件，因此采用下掛重物方式代替水流載重，掛重為該段水管滿載水重的1.5倍。掛重之前對底板螺栓緊固處、頂板與立桿連接處以及立桿與橫擔(dān)連接處進(jìn)行標(biāo)記并拍照，靜載48h后，取下掛重，對上述標(biāo)記位置再次進(jìn)行拍照、對比檢查，施工質(zhì)量可靠[4]。

5.施工總結(jié)

（1）項目進(jìn)場后必須進(jìn)一步深入施工調(diào)查，深刻理解設(shè)計意圖，認(rèn)真組織專項施工方案的編制、論證和報批工作。

（2）根據(jù)施工方案應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行工序分解，明確各工序的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和卡控要點，嚴(yán)格工序過程管控，保證安全質(zhì)量。

（3）根據(jù)項目特點及難點，開展有針對性的工藝研究，積極推廣新技術(shù)、新材料、新工藝，提高工程品質(zhì)。

（4）機(jī)電安裝項目，一般工期緊、工程量集中，必須做好超前策劃，及時集中各種資源，科學(xué)組織有序施工，保證工期。

6.結(jié)語

軌道交通機(jī)電安裝工程涉及眾多專業(yè)，不同項目所需材料的規(guī)格、型號更是千差萬別，在施工過程中經(jīng)常會遇到如文中所述大管徑冷凍水管等非標(biāo)材料的安裝。在無既有施工規(guī)范或類似施工方法的參照下，作為項目技術(shù)人員要緊密結(jié)合現(xiàn)場實際，在保證工程質(zhì)量、安全受控的前提下，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，同時兼顧施工方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性，為業(yè)主交付精品工程，為城市軌道交通的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。