赵晓芳

北京市南水北调工程建设管理中心 100195

1 工程概述

大兴支线工程是北京市南水北调配套工程的组成部分，主要连通北京市南水北调配套工程南干渠与河北省南水北调配套工程廊涿干渠，将北京市与河北省的南水北调工程互联互通，实现多水源联调，提高供水安全性，同时为北京大兴国际机场提供第二水源。南干渠与廊涿干渠连通管线全长约46km，其中北京段长33.4km，采用1-DN2400球墨铸铁管，设计输水流量6.1m3/s，平均埋深2.5m，内压0.4MPa。单节管道长度为6m，重量约10.6t。北京段工程主要采用明挖法施工，穿越铁路、公路、河道及民房处采用顶管施工，长度约2km。

2 输水管材设计

2.1 管材选择

输水管道选材至关重要，管材选用不仅要考虑输水系统的布置、管径、工作压力、埋深、地质情况、施工条件，而且要结合运行维护进行技术经济综合比较后确定，应尽可能选择技术成熟，抗腐蚀性能强的管材。大口径输水管道采用的管材通常有预应力钢筒混凝土管（PCCP）、钢管、球墨铸铁管等。本工程着重对钢管、球墨铸铁管、PCCP管进行比较，三种管材特性对比详见表1。

考虑到工程供水对象重要、供水保证率要求高，且采用单管方案，经综合分析比较，虽然球墨铸铁管造价稍高，但因其质量易控制、安全性、耐久性较好，后期维修方便且运行费用低，本工程管道选用球墨铸铁管。

2.2 主要技术指标

球墨铸铁管壁厚等级为K10，管道尺寸、壁厚及重量指标见表2，力学性能指标见表3。

表2 球墨铸铁管尺寸Tab.2 Dimensions of ductile iron pipe

表3 球墨铸铁管的力学性能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型两种接口形式。K2型接口是近几年从日本引进的新型接口形式，结构形式见图1，其自密性、调整性、安装便利性优于其他接口，尤其是具有管道排空后直接从管内维修更换的独特优势。

图1 K2型接口示意Fig.1 K2interface diagram

大兴支线工程是我国使用K2型接口形式口径最大的项目，国内没有设计、生产、安装方面的规范，主要参考日本《水道用球墨铸铁管》（JWWA G113：2004）；《水道用球墨铸铁异形管》（JWWA G114：2004）的相关要求。

K2型接口管材的接口安装组件包括橡胶圈、组合圈、压圈、锁紧螺栓、垫棒，其3D效果见图2。最内侧为橡胶圈，形状为前端球形、后段梯形，球形挤压面积大，利于充分填充空隙，梯形截面与承口截面相吻合；组合圈位于橡胶圈和压圈之间，由三个圆弧组成，阻隔压圈直接传力给橡胶圈，起到缓冲作用，以免对橡胶圈造成破坏；带锁紧螺栓的压圈位于最外侧，压圈由四段圆弧构成，压圈一周均匀安装紧固螺栓。垫棒位于锁紧螺栓后端，紧顶承口端。安装时，通过调节锁紧螺栓来保证接口的紧密性。

图2 球墨铸铁管K2型接口3D效果图Fig.2 3D rendering of K2interface of ductile iron pipe

3 球墨铸铁管安装施工

本文着重阐述K2型接口球墨铸铁管管道安装、接口打压试验、管沟回填等施工内容。

3.1 K2型接口管道安装

K2型接口管道安装时，利用限位板先将管道对接到位，然后按顺序装入橡胶圈、组合圈、压圈、垫棒，最后进行螺栓固定。

用吊车或龙门吊等设备将拟安装的管道吊起，将其插口对准已安装管道的承口，然后调节管道的轴线，再通过导链将该节管道插口缓慢滑入到已经安装管道的承口内（图3）。为控制承、插口间隙，事先在承口端放置限位块（图4），当插口均匀顶紧限位块时，说明两管道对接到位。

图3 导链施工图Fig.3 Construction drawing of guide chain

图4 限位块限位详图Fig.4 Detailed drawing of limit block

管道对接到位后，先取出限位板，然后把橡胶圈放入承插口间隙内，用手按到位。接着在预留空间内拼装组合圈，组合圈按照先下后上的顺序进行安装，并将组合圈向间隙内顶推。对压圈，先安放下段，再安装左右两侧，先由人工进行支撑，等连接片与连接螺栓锁紧后放开。压圈安放后，用千斤顶对称、逐段顶推压圈，直至垫棒塞入螺栓帽后部，并退出螺栓，顶紧垫棒。最后反复用千斤顶将螺栓沿管道圆周均匀固定，管道安装完毕。各组件装配次序见图5。

图5 K2型接口管材接口组件装配次序Fig.5 Assembly sequence of K2interface pipe interface components

3.2 接口打压试验

管道安装完成后，随即进行接口打压检验接头的密封性。打压试验示意见图6。

图6 接口打压试验示意Fig.6 Schematic diagram of interface pressurization test

3.3 管沟回填

已安装的管道经水压检验合格后，及时进行管沟回填。管沟土方回填应采取分区、分层、分段方式回填压实，沟槽回填分区见图7。各区回填要求为：Ⅰ区采用中粗砂回填，压实度不小于90%；Ⅱ区采用中粗砂回填，压实度不小于95%；Ⅲ区采用原土回填，压实度不小于95%；Ⅳ区采用原土回填，压实度不小于90%；Ⅴ区采用原土回填，压实度不小于85±2%；Ⅵ区采用原土回填，压实度不小于90%。

图7 管沟回填分区示意Fig.7 Schematic diagram of trench backfilling zoning

管基的有效支撑角范围内回填十分关键，应用自制的木夯逐层夯实，尤其是管壁周围，要确保管道被紧密包裹。管道回填时，应从管道的两侧对称、均匀下料、回填，管道两侧压实面的高差不应超过300mm，每层回填厚度也不大于300mm，一层压实合格后再回填下一层。

4 结语

通过南水北调配套工程大兴支线工程的实践，工程建设者从管材设计、安装施工等方面进行了有益的探索、尝试，特别是K2型接口所具有的密封性能高、运行维修方便、安装快捷等特点，为大口径球墨铸铁管的推广应用提供了更多可能，具有广阔的应用前景。