CN109160676A - 污水处理厂不停运扩能改造施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了污水处理厂不停运扩能改造施工方法，采用统筹法，通过BIM技术模拟分段施工，结合污水处理工艺优化施工程序，实现污水处理不停产，缩短停水持续时间，确保旧管拆除、新管及阀门安装过程中污水处理系统正常运行；同时，对大直径、厚管壁(14mm≤δ≤28mm)钢管管端采用现场加工交叉阴阳坡口，焊缝外侧衬陶瓷衬垫进行二氧化碳保护焊的工艺原理，使焊接便于操作并实现单面焊双面成型；采用BIM技术进行MBR膜装置安装设计制作安装汇流连接箱等工艺原理，提高装置在原有构筑物上的定位准确度和安装的质量。

Description

污水处理厂不停运扩能改造施工方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及污水处理厂不停运扩能改造施工方法。

背景技术

目前我国城镇化建设已经由城镇化加速期进入了成熟期，城市规模不断扩大，现有城镇污水处理系统大多已超负荷运转，无法满足日益增加的污水处理需求，处理方式包括新建污水处理厂或者改扩建。新建厂区需新增建设用地，这对于用地紧张的城市基本无法实现，而且投资较大，建设周期较长。而若要对原有厂区进行改扩建，由于污水处理厂厂内布置紧凑，建筑物构筑物相邻较近，在扩容改造时只能在狭窄的空间区域内施工，改造环境复杂，地下管网密度大，布局复杂，拆除、改造、修复、新建项目众多，改造难度大；而其最大的困难在于，改扩建必须在不能停止污水生产处理的情况下进行，而现有技术中，并无在正常污水处理运行的情况下进行提升扩容的经验可以借鉴。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种污水处理厂不停运扩能改造施工方法，该扩能改造通过分阶段施工，采用狭窄空间管道转运、交叉坡口焊接、对接汇流等工艺解决了施工中的技术难题，实现了污水处理厂不停运的情况下完成扩容改造任务的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

污水处理厂不停运扩能改造施工方法，污水处理厂包括1号沉淀池、2号沉淀池、3号沉淀池、4号沉淀池、生化池A组、生化池B组、细格栅、提升泵、原城市污水进厂管道和厂内总平管路，该扩能改造施工方法包括新建构筑物、改造旧构筑物及新建构筑物的连接；通过BIM模拟分段施工优化施工程序后，对其进行分阶段施工，共包括以下四个阶段：

第一阶段：新建粗细格栅间，新建膜格栅间，新建紫外线消毒渠，新建膜池设备间及鼓风机房、2号变配电间，新增城市污水进厂管道；在此期间，新建2号膜池间，停用原2号沉淀池放水清淤后进行改造为2号膜池；

第二阶段：新建2号污泥脱水间，新建4号膜池设备间，改建原来的4号沉淀池为4号膜池，同时完成膜格栅设备安装，停用并改建生化池A组，及相应总平管路新建及改造；所述改建生化池A组包括改造其进出水管、曝气管及增加推流器和搅拌器；在改建过程中，在生化池A组内，利用原有曝气管道组成临时送排风系统，进行空气安全监测；

第三阶段：新建1号和3号膜池设备间，改建原来的1号沉淀池为1号膜池，改建原来的3号沉淀池为3号膜池，停用并改建生化池B组，再进行相关总平管路新建及改造；

第四阶段：联动调试，试运行。

具体的说，所述第一阶段在原城市污水进厂管道浇筑一口钢筋混凝土四通汇流井、以与新增城市污水进厂管道相连。

具体的说，所述四通汇流井内部中空，且套设在原城市污水进厂管道端口，使所述新建总平管路与原总平管路碰口以及新增城市污水进厂管道与原城市污水进厂管道在四通汇流井汇流，最终实现污水处理厂全厂按新工艺进行污水处理的扩容改造。

更具体的说，所述所有膜池中，其安装MBR帘式膜污水处理设备均包括以下步骤：用REVIT软件构建膜池模型和导轨模型，并在膜池及导轨模型基础上模拟安装膜组件，并按照膜池及膜组件尺寸数据，理论计算出所需安装各管道尺寸，对管道模拟安装；经汇总后碰撞检测，产水支管与膜池碰撞，调整支管标高后，膜池及膜组件模拟安装顺利完成；根据得到的BIM模型数据，提前预制各安装组件，在膜池主体及防腐层施工完毕并交验后，即可安装。

进一步的，安装MBR帘式膜污水处理设备的过程中，采用成品管件或管道连接器将膜组件分别与膜池中的空气管路和总水管路连接。

进一步的，所述细格栅生产水管与膜格栅生产水管碰口汇流采用汇流连接箱形式进行断管作业，并利用细格栅原有提升泵安装一根至生化池的临时旁通管，以实现全厂不停产的情况下短时间内完成碰口汇流作业。

进一步的，扩能改造过程中的管道施工时，其预加工是将待加工管道、管件置于滚管机上做圆周转动，工作人员站在原地对其进行加工即可；而对管径为φ1020-φ2820毫米、壁厚在10mm-28mm以下管道坡口施工，采用半自动坡口机，进行阴阳交叉坡口加工；在需要在管沟内进行焊接操作的管道处，安装管道焊接安全保护装置，以便于进行焊接作业。

更进一步的，所述阴阳交叉坡口加工是以管道平行半径为中轴线，上下均分管道外圆，上半圆采用阴坡口、下半圆采用阳坡口，在侧母线中间位置，做交接焊接时在施焊位置后部贴成型瓷条，实现单面焊、双面成型。

更进一步的，扩能改造过程中在进行生化池A组和B组改造时，均按照以下步骤进行：

(1)池内送、排风通风：在进入生化池之前打开全部现有阳光棚，在采用机械加压送风之前应有不小于8小时的自然通风及换气；同时，利用生化池原有的鼓风机在12小时工作时间内向生化池内改造区域进行机械送风，鼓风机通过玻璃钢风管利用原池内换气孔向池内送风，利用原生化池上部己有的两侧副窗自然排风，达到池内空气循环的目的；并且在拆除生化池内各分隔区内原有曝气支管时暂时保留原有的DN150输气立管，立管下部采用型钢预制三角架稳固，立管下部为趟开式送气口，该输气立管与原厂曝气系统联接，利用原厂曝气系统24小时不间断输送氧气的特点向池内输送氧气；生化池内各分隔区均需暂时保留DN150输气立管共11根，在池内改造工作全部结束后拆除；

(2)气体监控检测：多功能气体检测仪日常设置于主出入口附近，高精度多功能气体检测仪的传感器放置于离池底2米处；检测仪应指派专为进行看守，随时掌握生化池各气体的指标；

(3)大型管道侧向转运：池内淤泥存积、污水抽排不能完全除尽，其池内12道隔断阻泥墙形成的路径为“之”形通道，池内大管径污水回流管采用轮式吊车与手动葫芦相接合的吊装方式进行；单根长度为大于12m的DN1000和DN900螺纹钢管，割断为单根长度不大于6m的短管，来实施垂直运输和水平转运；在生化池现有混凝土顶板上采用机械开孔，分别在生池东侧与相与西侧各开孔D＝1500的2个，共计4个做管道的吊装孔，在生化池顶需安装管道部位开孔D＝100做为接应吊车下吊管道及管道安装用悬挂吊点；首先采用汽轮吊将单根长度6m以内的螺纹钢管，通过生化池顶部D＝1500的孔逐根垂直吊运入池内；再利用已开的D＝100孔设置悬挂吊点，每个吊点设置一台5T手动葫芦固定钢管一端，使之水平悬空放置；最后在钢管另一端用手动葫芦固定并松开轮式吊车固定点，然后安装到位即可。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明首先在污水处理厂所在地枯水期到来之前完成新建构筑物，再利用工程所在地枯水期分阶段完成改造工作，最终实现保证污水处理厂不停运的情况下完成扩容改造任务的目的。其通过BIM模拟分段施工，结合污水处理工艺，优化施工程序，实现污水处理不停产，尤其是在扩能改造工程中采用MBR帘式膜处理系统，该系统首次采用后发现，MBR帘式膜污水处理能力为相同容积沉淀池的2倍。

(2)本发明施工过程中，采用自行设计制作的汇流连接箱来规范汇流连接工艺，缩短停水持续时间，确保旧管拆除、新管及阀门安装过程中污水处理系统正常运行。

(3)本发明对大直径、厚管壁(14mm≤δ≤28mm)钢管管端采用现场加工上下交叉阴阳坡口避免仰焊，并在焊缝外侧衬陶瓷衬垫进行二氧化碳保护焊，实现单面施焊双面成型，提高了施工质量和施工效率。

(4)本发明针对封闭池体(即生化池)的管道转运及安装技术，通过在顺管道排布方向在封闭池体侧面开孔，将管道吊至转运孔，由水平滚轮输送至安装位置一次性安装到位，避免拆除池体顶板提高了施工效率；在封闭空间内利用原有工艺管道组成临时送排风系统，降低了施工成本。

(5)本发明采用自行设计的管道焊接安装保护装置来进行管沟内的管道焊接操作，提高了大型管道在狭窄沟槽中的组对效率，保证管道安装焊接位置准确，同时有效保护了焊接作业人员的人身安全。

附图说明

图1为本发明施工方法流程框图。

图2为四通汇流井的安装示意图。

图3为构建的膜池模型图。

图4为构建的导轨模型图。

图5为膜组件模拟安装图。

图6为导轨结构示意图。

图7为导轨切口示意图。

图8为导轨固定板及底板定位图。

图9为膜架工装平台示意图。

图10为导轨安装图。

图11为吊具结构示意图。

图12为吊具定型样图。

图13为吊具使用图。

图14为销轴安装示意图。

图15为橡胶套筒压块安装示意图。

图16为开口销固定示意图。

图17为压杆施工完成示意图。

图18为膜组件安装完成示意图。

图19为管道连接器安装示意图。

图20为安装管道连接器的管道示意图。

图21为膜池试运行图。

图22为管道外对口器结构示意图。

图23为管道安装器侧视图。

图24为坡口结构示意图。

图25为管道焊接安全保护装置的示意图。

图26为钢管吊装示意图。

图27为池外吊装现场。

图28为池内吊装现场。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

污水处理厂厂内布置紧凑，建筑物构筑物相邻较近，在扩容改造时只能在狭窄的空间区域内施工，改造环境复杂，地下管网密度大，布局复杂，拆除、改造、修复、新建项目众多，在正常污水处理运行的情况下进行提升扩容施工难度大，并且目前无较为成熟的经验可借鉴。而且，目前新型MBR帘式膜处理系统在西南片区还没有使用过，其辅助安装及管道系统复杂，安装控制精度较高，成品保护要求严格，也无成熟的施工经验可以借鉴。针对污水处理厂扩容改造施工的特点，申请人进行了一系列技术攻关，通过分阶段施工，采用狭窄空间管道转运、交叉坡口焊接，通过对接汇流等工艺解决了施工中的技术难题，设计了一套先进的污水处理扩容施工工法，以下，以对成都市第三污水处理厂的扩容改造施工工程为例，对本发明的施工方法做详细说明。

成都市第三污水处理厂原有的污水处理设备、污水处理原理、污水处理流程等均与现有污水处理厂相同，其涉及的设备设施众多，因此在此不赘述，仅将本次改造会涉及到的部分设备设施管道等指出来，以便于描述。

本次扩能改造施工方法中，涉及到的原污水处理厂设备设施包括但不限于1号沉淀池、2号沉淀池、3号沉淀池、4号沉淀池、生化池A组、生化池B组、细格栅、提升泵、原城市污水进厂管道和厂内总平管路，该扩能改造施工方法包括新建构筑物、改造旧构筑物及新建构筑物的连接；通过BIM模拟分段施工优化施工程序后，对其进行分阶段施工，共包括如图1所示的四个阶段：

第一阶段：新建粗细格栅间，新建膜格栅间，新建紫外线消毒渠，新建膜池设备间及鼓风机房、2号变配电间，新增城市污水进厂管道；在此期间，新建2号膜池间，停用原2号沉淀池放水清淤后进行改造为2号膜池；

第二阶段：新建2号污泥脱水间，新建4号膜池设备间，改建原来的4号沉淀池为4号膜池，同时完成膜格栅设备安装，停用并改建生化池A组，及相应总平管路新建及改造；所述改建生化池A组包括改造其进出水管、曝气管及增加推流器和搅拌器；在改建过程中，在生化池A组内，利用原有曝气管道组成临时送排风系统，进行空气安全监测；

第三阶段：新建1号和3号膜池设备间，改建原来的1号沉淀池为1号膜池，改建原来的3号沉淀池为3号膜池，停用并改建生化池B组，再进行相关总平管路新建及改造；

第四阶段：联动调试，试运行。

以下再对每个阶段进行详细介绍。

第一阶段

第一阶段施工时原有污水厂污水处理流程不变，仅对影响土建施工的地下管道进行迁改移位，不改变其功能。此阶段要完成全部新增功能及扩容的构筑物施工以及新增城市污水进水管道的敷设，并在原城市污水进厂管道上浇筑一口钢筯混凝土四通汇流井(如图2所示)，同时停用原厂1号、2号、3号4号四个沉淀池其中一个2号沉淀池，放水清淤后进行改造为2号膜池，以上施工均不改变原有污水厂污水处理流程，只少量减产。而其中使用的四通汇流井内部中空，且套设在原城市污水进厂管道端口，使所述新建总平管路与原总平管路碰口以及新增城市污水进厂管道与原城市污水进厂管道在四通汇流井汇流，最终实现污水处理厂全厂按新工艺进行污水处理的扩容改造。其具体的新建工艺与改造工艺除本实施例提及的改进点外均与现有技术相同(其余部分亦如此，以下不再赘述)，因此不再赘述。

由于本阶段施工，停用了一个沉淀池对污水处理有所限制本阶段施工周期安排在工程所在地的枯水期进行施工。

本阶段完成后，污水处理厂新增功能及扩容所需的新建构筑物全部完成，2号沉淀池改造成膜池完成，由于MBR帘式膜污水处理系统的污水处理能力是相同容积沉淀池的2倍，2号膜池可以与原3个沉淀池其中2个按原处理工艺同时处理，能达到原厂污水处理能力。因本阶段首次使用MBR帘式膜污水处理工艺，也是西南片区首次采用该工艺，其安装质量关系到第二阶段改造工作的顺利进行。为保证MBR帘式膜污水处理设备的安装质量，申请人进行攻关，总结出了一套完善的施工工艺，具体如下：

BIM技术应用：根据施工图及现场实际情况，用REVIT软件，对标准膜池、膜池内导轨及膜组件安装进行建模，模拟安装，包括步骤一：①构建膜池模型，根据膜池平剖面图(高*宽：5.9m*5.7m)，建立得到如图3(图中左侧为单个膜池剖面图，右侧为膜池的模型图)所示的膜池模型；②构建导轨模型，根据厂家提供技术资料中导轨规格型号及尺寸，如图4(图中左侧为导轨剖面图，右侧为导轨模型)所示在膜池模型中安装导轨；③在膜池及导轨模型基础上模拟安装膜组件(1280mm*1730mm*3620mm)，并按照膜池及膜组件尺寸数据，理论计算出所需安装各管道尺寸，如图5所示(图中左侧为安装好的膜组件侧视图，右侧为膜组件模型)对管道模拟安装。

经汇总后碰撞检测，产水支管与膜池碰撞，调整支管标高后，膜池及膜组件模拟安装顺利完成。根据上述BIM模型数据，提前预制导轨组件尺寸及管道尺寸，加快后期施工进度。待膜池主体及防腐层施工完毕并交验后，即可着手安装工作，具体如下，

步骤一：导轨安装

(1)尺寸下料，导轨材料为不锈钢圆管D76*3.0，根据厂家技术要求(导轨安装的内尺寸比膜架长度大30mm)及BIM碰撞试验确定每根导管尺寸，精确下料：4600mm，4800mm，900mm，200mm，90mm，其导轨形状可参见图6所示(左侧为导轨侧视图，右侧为导轨俯视图)；

(2)圆钢加工，不锈钢圆钢采用等离子方法切割，圆管上开孔时，先在管上弹出一条中心线，用样冲点窝，再用小钻头钻定位孔，最后再用开孔噐开孔，开孔时须降低钻的转速，并缓慢给进，随时淋水冷却，切口表面应平整，无裂纹、毛刺、凸凹、缩口、熔渣、氧化物等，切口倾斜偏差不应大于管子外径的1％，且不得超过3mm，参见图7；加工时，管子、管件对接焊口的组对应做到内壁齐平，内壁错边量不宜超过壁厚的10％，且不应大于2mm；预制管道组合件应具有足够的刚性，不得产生永久性变形。预制完毕的管段应将内部清理干净，封闭管口并编好标号妥善保管。

步骤二：后置埋件定位安装

根据BIM三维模拟施工图，采用水准仪、红外线水平仪相结合的多点测量施工控制技术，在池壁及膜池底部定位安装池壁固定板及底板，如图8所示(左侧为导轨固定板，右侧为地板定位图)。

根据定位图间距尺寸要求，以短边膜池壁为基准，首先复核膜池长宽高是否满足设计及厂家技术要求，利用水准仪、红外线水平仪，结合5米卷尺在池内放出池壁固定板及底板定位板的的纵横向中心线及安装定位线，标注建筑板面上。

定位放样完成后复核位置是否准确。复核时需以同一基准点为起点放样，不能分段放样，以免产生累计误差。

在固定板(定位板)上弹出纵横中心线，并按照建筑板面上的标注参考线，用M12*100膨胀螺栓将固定板(定位板)精准定位。

步骤三：制作膜架工装平台

根据膜组件产品安装技术要求，膜池底部要求平整，在单个膜装置的方向上平整度偏差不大于5mm，在整排膜装置的方向上不大于10mm。在底板定位安装过程中，经现场检测，有2个膜池池底平整度达不到要求，为保证安装质量及工期，经过设计及厂商技术工程师技术确认，我们制作了如图9所示的膜架工装平台，即在每排不锈钢导轨底部各焊接一根不锈钢角钢L63*63*5.0作为膜架放置平台，以使膜装置放置在上面能水平，有效保证膜装置中的曝气管水平，曝气均匀，完全满足设备安装要求。

步骤四：导轨组队焊接

不锈钢管导轨焊接采用氩弧焊焊接。

主要焊接工艺参数：焊接电流、电弧电压、焊接速度、电极尺寸、主喷氩气流量、背面保护氩气流量、喷嘴尺寸、喷嘴距工件距离等按我公司《手工氩弧焊工艺卡》执行，焊接电流应选用正极性直流电源，采用交频引弧。定位焊接时，根据管径大小和焊接位置确定定位数目。如图10所示，组对管子轴线必须对正，定位焊长度不大于5mm。

步骤五：膜组件转运及吊装

膜组件体型较大，尺寸为1280mm*1730mm*3620mm，重量2t，转运及吊装过程中需特别注意安全，应使用起吊重量大于膜组件重量的相匹配的吊具。

(1)制作膜组件专用吊具

MBR膜组件价格较贵，且容易被损坏，在转运及吊装过程中需要特别注意对膜组件的成品保护。为保证吊装过程中膜组件的受力均匀，不倾斜，不掉边，更好的保护膜组件中膜片，我们特别制作了膜组件专用吊具。吊具由两根左右对称设置的不锈钢钢管DN20*3组成，见图11～图13所示。上部钩环处牢固焊接在一起，下端四个支脚采用配套U型管件卡入焊接在钢管上，固定螺栓通过U型管凹槽处预留小圆孔固定在膜组件的四角吊点上。该专用吊具结构简单，容易制造，通过吊具的刚性受力，吊装时能够有效保证膜组件的均匀受力，不倾斜不脱落，提高了吊装的可靠性和安全性。

(2)膜池检查

膜组件安装应在膜池内所有的工作均已完成之后进行，膜组件安装前再次检查膜池的防腐状况；检查导轨是否稳定牢固，垂直度是否满足要求。

(3)膜组件吊装

膜组件吊装入池前，再次检查膜池底部清洁，特别是微粒的焊渣、药皮、混凝土碎屑等废料必须清除干净。

膜组件检查无误后，立即组织吊装放至膜池。吊装卸货均采用专用吊具，吊装严格遵守塔吊操作规程，膜组件吊装入池后顺着池壁两边的不锈钢轨道垂直缓慢放至池底。

膜组件吊入膜池后，检查整体是否对齐，如不齐整，需重新调齐。

(4)膜组件固定

膜装置安装就位后，及时通过压杆来固定。压杆施工时需用木板或厚纸板遮好膜组件，操作人员不要踩在膜片上面，尽量踩在木板或膜架的不锈钢架子上。

压杆施工流程如下：

①膜组件定位

使用塔吊将膜组件通过圆管导轨放入膜池中定好位置。

②装入销轴

如图14所示，将销轴穿过圆管导轨的通孔，并定位在中间。

③装入橡胶套筒压块

如图15所示，用胶锤将橡胶套筒压块穿过轴销，注意应有向下的压紧力。

④穿入开口销固定

如图16所示，将开口销从销轴的孔中穿过后，然后用尖嘴钳将开口销从尾部掰开。

⑤如图17所示，按上面的步骤将另一头装好。

⑥按上面步骤施工另一侧压杆。

如图18所示，施工完成后，膜组件就在膜池中固定牢固，可以有效防止以后的运营过程中膜组件因曝气而上浮。

(5)管道安装

膜组件支管同主管连接的管道包括产水管(反冲洗时则用作反冲洗管道)和空气管，支管管道材质采用PVC给水管材，产水支管材质为φ108*4，曝气支管材质为φ89*3，产水主管材质为不锈钢D426*4，曝气主管材质为不锈钢D325*4。管道连接之前，需对管道进行吹扫清理，确保管道内无杂质。

根据现场情况，确定主进气管道与膜组件总产水管道的长度尺寸，截取相应的长度紧密安装在膜组件上，并用成品管件或管道连接器将膜组件分别与空气支管和总水管连接。

1)成品管件连接

①用切割机将管道切成合适的长度，头尾要做一倒角以便容易进入管件。

②用砂纸打磨管道两头外表面，以便贴结，长度约50～80mm。

③用PVC胶水将管道与管件直接贴结，多出的胶水用抹布擦干净。

2)专用管道连接器安装

传统的管道连接方法主要是用焊接、法兰等方法，需要很大的作业空间，管道连接器是一种独特的管道连接技术，改传统的刚性连接为挠性连接，采用不锈钢和橡胶制造成元件组合装置来达到密封承压功能，结构十分紧凑。

管道连接器使用场所广，优点多：管道之间存在一定错位，轴线存在一定偏角时可正常使用，免除了管道校正问题；拆卸方便，十分利于后期膜组件的吊装检修维护；同时，能够承受一定的管道外来冲击、震动、挤压和热胀冷缩等，并能起到较好的消音和膨胀节作用。

管道连接器施工时无需对管端做任何处理，只要将连接器套在要连接的两管端，拧紧侧旁螺栓，就使卡齿紧咬管端表面达到限位固定，使密封套贴紧在管道上达到密封牢固连接的锁定状态。

如图19-图20所示，管道连接器(申请人的专利技术，因此其结构原理等在此不赘述)安装步骤：

①确认管道外径，选择对应型号连接器。

②清除管端毛刺、尖角和杂物、确保密封胶圈下及钢管上无异物。

③在两管端部做标记，使连接器位于中间位置。

④将产品插入一端管道，约3cm，并定位于便于下步操作的适当位置。

⑤将另一管道与其对准，再把管道连接器移到两管中心处。

⑥轻轻敲打管道连接器的外壳，同时用扭力扳手按规定的扭矩拧紧螺栓。注意:上紧螺栓时一定要均匀、渐进。最后交替上紧螺杆即可。

(6)通水试运行

如图21所示，检查确认膜组件已固定好，空气管、产水管已正确连接，膜池内已清洗完毕，所有安装工作已完成，开始通水调试试运行。

到此，膜池安装完毕。

第一阶段

第二阶段需停用生化池A组，改造其进出水管、曝气管及增加推流器和搅拌器，改建4号沉淀池为4号膜池，同时完成膜格栅设备安装，不影响1、3号原有两个沉池按原有工艺运行，也不影响2号膜池按新工艺运行。本阶段完成后，2、4号膜池产水量已能达到原厂全厂污水处理量，为第三阶段改造打下基础。

由于生化池空间狭窄，作业环境恶劣，无自然通风施工条件相当恶劣。因此，申请人设计了一套适用于狭窄密闭空间改造施工的施工工艺成功解决了池内条件不能满足安全作业，以及狭窄空间大型管道转运安装等施工难题。具体包括大口径管道施工和封闭狭窄空间施工。

所述大口径管道施工工艺包括以下步骤：

(1)技术准备

1)完成管道《焊接工艺评定》，用于指导整个工程的施焊作业。

2)施工前，根据设计图纸、污水厂工艺要求，结合地勘资料进行深化设计，运用BIM技术对工程的预留、预埋、管线空间布置、管线路径进行优化，绘制地下综合管线图；同时运用放样\BIM软件进行管件放样、成果检查。

(2)管道预制

运用《金林钣金展开软件1.7.0.03》结合REVIT 2016软件进行管道放样、成果检查。大口径管道(1220mm≤DN≤2820mm)的非标件预制，采用自制滚管机，滚动机由四个滚轮、滚动架、电机、驱动链条等组成(滚管机为申请人的专利技术，在此不赘述)，通电后，待加工管道、管件随滚轮作圆周转动，工人站在原地加工，加快了施工速度，有利于施工质量的保证。

(3)交叉坡口加工

对管径为φ1020-φ2820毫米、壁厚在10mm-28mm以下管道坡口施工，采用半自动坡口机，进行阴阳交叉坡口加工。即以管道平行半径为中轴线，上下均分管道外圆，上半圆采用阴坡口(坡口在管外壁)、下半圆采用阳坡口(坡口在管内壁)，在侧母线中间位置，做交接焊接时在施焊位置后部贴成型瓷条，实现单面焊、双面成型的效果，便于操作的同时，提高了焊接质量。

(4)钢管及钢制件防腐

1)喷砂除锈处理时，其质量标准应达Sa2.5级。

2)埋地钢管外壁防腐：除锈后，采用特加强级环氧煤沥青防腐层，二布七油，干膜厚度≥600微米。

3)钢管内防腐：除锈后，用IPN8710-3系列互穿网络底漆二道、防腐涂料二道防腐，厚度≥300微米。

4)安装在室内外的非埋地的钢管外壁、浸泡在非饮用水中及井渠内的钢管外壁、各种碳钢钢制件，除锈后，采用环氧富锌底漆二道，单道涂层干膜厚度≥40微米；环氧云铁中间漆二道，单道涂层干膜厚度≥50微米；聚氨脂面漆三道，单道涂层干膜厚度≥40微米，涂层干膜总厚度≥300微米。

5)埋地钢管接口外防腐：每根管管口120～150mm长管段除锈后在防腐场地喷涂正硅酸乙脂型无机富锌底漆两遍，每遍干膜厚度不低于25微米，然后用环氧煤沥青冷缠带和配套的定型胶防腐，结构为：定型胶--冷缠带(厚0.6mm)--定型胶，冷缠带两端搭接长度不小于5cm，与原有环氧煤沥青玻璃布防腐层的搭接(重叠部分)宽度不小于5cm，即应用40cm宽的冷缠带，且搭接部分(重叠部分)在涂定型胶前需先用粗砂布将原有环氧煤沥青防腐层表面砂毛。

6)与埋地补偿接头等相连接的埋地法兰管道，法兰盘及连接管道0.30m范围，所有锐角倒圆R2～3mm，喷砂除锈后热喷锌，锌层厚度≥100微米，再喷环氧树脂油漆，涂层厚度≥250微米。

(5)大口径管道下管及配管

1)防腐前，在管道上方预制吊耳作为吊点，同时作为管道组对限位装置，；

2)将防腐完毕的待安装管道使用货车转运至安装位置。

3)管道由汽车吊配合人工下管，设专人指挥吊车逐节吊装，吊装管道中心线的控制采用边线法，吊车距沟边保持安全距离，避免起吊受力时造成沟边坍塌,管道在安装前，对管口、直径等进行检查。

4)大口径管道(1220mm≤DN≤2820mm)采用预焊接专用工装吊点进行吊装，小口径管道(DN＜1220mm)采用布带吊吊装工艺。

5)稳管前，对基础设计高程和中线位置进行复核，符合设计和规范要求后方可进行稳管，同时需做好管道安装的高程和中线的测量定线工作。

(6)大口径管道组对

钢管组对前应按设计文件和相关工艺措施完成对钢管内表面清洁、除锈。为保证组对质量，组对前应检查坡口加工尺寸是否达到要求。

1)组对前应将坡口及其内外侧表面不小于20mm范围内的油污、毛刺等清除干净。

2)影响焊接质量最重要的接头装配尺寸是接头间隙和错边量，因此组对中应严格按要求控制接头间隙和错边量。

3)组对过程中应采用自行研制的如图22所示(左侧为对口器正视图，右侧的对口器侧视图)的外对口器(外对口器为申请人的专利技术，其具体的结构、工作原理等在此不赘述)，校正管口后，将卡管套初步安装在第一根工作管上，调正；然后将另一根工作管的管口放入卡管套的扩口段；调整对管管口的间隙，紧固粗调螺母；检查两根工作管相对标高、坐标，精细调整微调螺母；确保接头间隙和错边量符合要求，定位焊接。

4)为方便操作，还设计了如图23所示的管道安装器工装(管道安装器工装为申请人的专利技术，其具体的结构、工作原理等在此不赘述)配合管道外对口器使用，以对管道对口进行调正，a、放置管道安装器于管沟，并初步测定中心线及标高，打下定位销；b、管道效验，确定两端椭圆度，并作最大最小的标记；c、吊起已防腐、打了焊接坡口的被安管道，旋转至与已安管道椭圆度一致的方位，放在管道安装器上；d、吊车配合管道安装器调节管道安装位置；e、在碰口端需用与焊接工艺评定焊口间距等厚木条作垫，调节合格后取出；f、按焊接工艺评定的要求焊接,垫实管道，拉起定位销，吊出管道安装器。

(7)管道焊接

1)焊接工艺规程

焊接工艺规程应保证焊接接头的使用性能，减少焊接应力和变形，降低产生缺陷机会，提高焊接效率，方便焊工施焊，有利于劳动保护与安全操作，并应充分考虑施工现场的实际状况。

①交叉坡口形式和尺寸

坡口形式见图24所示，坡口尺寸表见下表1所示。

表1坡口形式和尺寸

②焊接工艺参数

钢管采用二氧化碳保护焊接，焊条型号应根据母材型号选择，焊接电流及焊接层可参照下表2进行，并要求管材断面与管壁垂直，焊缝应全部采用对接阴阳坡口焊缝。

表2钢管接头焊接层数，焊条直径及焊接电流

管壁厚度mm	焊接层数	焊丝直径mm	焊接电流A
				6-15	2-3	1-1.2	按焊接工艺评定要求执行
15-30	4-7	1.2	按焊接工艺评定要求执行

2)管道焊接

运用交叉坡口可使焊接保持水平位和定位施焊，焊接过程中对焊接的分层工作，打底焊首先必须是焊材与焊件充分熔合，层间焊应采用焊接工艺评定规定的施焊要求，对每一层的焊接应做好清理工作，阴阳坡口交界处需要专人重点清根处理，清除焊缝根部的缺陷。

3)焊接操作面保护措施

在本实施例中，若是需要在管沟内进行焊接操作，应当安装如图25所示的管道焊接安全保护装置(为申请人的专利技术，其具体的结构、工作原理等在此不赘述)，该装置对两侧塌方有一定防护作用，可保证安装的管道不移位，以便于进行焊接作业，该装置可重复使用。

4)焊接检验

管道焊缝的检验可采用超声波检验，抽查比例为5％，并符合《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB11345-2013标准的要求。

所述封闭狭窄空间(即本实施例中的生化池组)施工工艺包括以下步骤：

(1)池内送、排风通风

在进入生化池之前打开全部现有阳光棚，在采用机械加压送风之前应有不小于8小时的自然通风及换气。

利用生化池旁原有一台鼓风机(转速2950r/min；风量10000m3/h)在12小时工作时间内向生化池内改造区域进行机械送风。鼓风机通过1500×800玻璃钢风管利用原池内换气孔向池内送风，利用原生化池上部己有的两侧副窗自然排风，达到池内空气循环的目的。

为确保池内作业人员的生命安全万无一失，在拆除生化池内各分隔区内原有曝气支管时暂时保留DN150输气立管，立管下部采用型钢预制三角架稳固，立管下部为趟开式送气口。该输气立管与原厂曝气系统联接，利用厂区曝气系统24小时不间断输送氧气的特点向池内输送氧气。生化池内各分隔区均需暂时保留DN150输气立管共11根，在池内改造工作全部结束后拆除。

(2)气体监控检测

多功能气体检测仪日常设置于主出入口附近，高精度多功能气体检测仪的传感器放置于离池底2米处。检测仪应指派专为进行看守，随时掌握生化池各气体的指标。

(3)大型管道侧向转运

根据生化曝气池改造要求和封闭空间建筑特点。池内淤泥存积、污水抽排不能完全除尽。其池内12道隔断阻泥墙形成的路径为“之”形通道，池内大管径污水回流管采用轮式吊车与手动葫芦相接合的吊装方式进行。

1)将单根长度为12m的DN1000和DN900螺纹钢管，割断单根长度米6m的短管，来实施垂直运输和水平转运。

2)在生化池现有混凝土顶板上采用机械开孔，分别在生池东侧与相与西侧各开孔D＝1500 2个，共计4个做管道的吊装孔。在生化池顶需安装管道部位开孔D＝100做为接应吊车下吊管道及管道安装用悬挂吊点。

如图26-28所示，首先采用25T汽轮吊将单根长度6m的螺纹钢管，通过生化池顶部D＝1500的孔逐根垂直吊运入池内；再利用已开的D＝100孔设置悬挂吊点，每个吊点设置一台5T手动葫芦固定钢管一端，使之水平悬空放置；最后在钢管另一端用手动葫芦固定并松开轮式吊车固定点，然后安装到位。

第三阶段

第三阶段改建1，3号膜池，改建生化池B组，相关总平生产水管与原有生产水管碰口以及城市污水新建进水管与原有进水管在四通井汇流，最终实现污水厂全厂按新工艺进行污水处理的扩容改造。

由于2号膜池，4号膜池已经按新工艺运行，已经可达到原有污水处理能力，本阶段可将原有1号，3号沉淀池及B组生化池同时进行改造，在1号，3号沉淀池及B组生化池改造完成通水后即可实现全厂工艺变更，实现大幅提高污水处理能力。

此外，本实施例中，细格栅生产水管与膜格栅生产水管碰口汇流采用汇流连接箱形式进行断管作业(其他需要进行断管作业的管道处也可采用汇流连接箱，该技术为申请人的专利技术，在此不赘述)，并利用细格栅原有提升泵安装一根至生化池的临时旁通管，可实现全厂不停产的情况下短时间内完成碰口汇流作业。

本实施例采用统筹法，通过BIM技术模拟分段施工，结合污水处理工艺优化施工程序，实现污水处理不停产，缩短停水持续时间，确保旧管拆除、新管及阀门安装过程中污水处理系统正常运行；同时，对大直径、厚管壁(14mm≤δ≤28mm)钢管管端采用现场加工交叉阴阳坡口，焊缝外侧衬陶瓷衬垫进行二氧化碳保护焊的工艺原理，使焊接便于操作并实现单面焊双面成型；采用BIM技术进行MBR膜装置安装设计制作安装汇流连接箱等工艺原理，提高装置在原有构筑物上的定位准确度和安装的质量，圆满的完成了本次污水处理厂的不停产扩能改造项目。此外，本工艺还可适用污水处理厂、自来水处理厂改建或扩建工程，也适用于大型钢给排水管道维修、改造施工等，应用范围广。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.污水处理厂不停运扩能改造施工方法，污水处理厂包括1号沉淀池、2号沉淀池、3号沉淀池、4号沉淀池、生化池A组、生化池B组、细格栅、提升泵、原城市污水进厂管道和厂内总平管路，其特征在于，该扩能改造施工方法包括新建构筑物、改造旧构筑物及新建构筑物的连接；通过BIM模拟分段施工优化施工程序后，对其进行分阶段施工，共包括以下四个阶段：

第一阶段：新建粗细格栅间，新建膜格栅间，新建紫外线消毒渠，新建膜池设备间及鼓风机房、2号变配电间，新增城市污水进厂管道；在此期间，新建2号膜池间，停用原2号沉淀池放水清淤后进行改造为2号膜池；

第二阶段：新建2号污泥脱水间，新建4号膜池设备间，改建原来的4号沉淀池为4号膜池，同时完成膜格栅设备安装，停用并改建生化池A组，及相应总平管路新建及改造；所述改建生化池A组包括改造其进出水管、曝气管及增加推流器和搅拌器；在改建过程中，在生化池A组内，利用原有曝气管道组成临时送排风系统，进行空气安全监测；

第三阶段：新建1号和3号膜池设备间，改建原来的1号沉淀池为1号膜池，改建原来的3号沉淀池为3号膜池，停用并改建生化池B组，再进行相关总平管路新建及改造；

第四阶段：联动调试，试运行。

2.根据权利要求1所述的污水处理厂不停运扩能改造施工方法，其特征在于，所述第一阶段在原城市污水进厂管道浇筑一口钢筋混凝土四通汇流井、以与新增城市污水进厂管道相连。

3.根据权利要求2所述的污水处理厂不停运扩能改造施工方法，其特征在于，所述四通汇流井内部中空，且套设在原城市污水进厂管道端口，使所述新建总平管路与原总平管路碰口以及新增城市污水进厂管道与原城市污水进厂管道在四通汇流井汇流，最终实现污水处理厂全厂按新工艺进行污水处理的扩容改造。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的污水处理厂不停运扩能改造施工方法，其特征在于，所述所有膜池中，其安装MBR帘式膜污水处理设备均包括以下步骤：用REVIT软件构建膜池模型和导轨模型，并在膜池及导轨模型基础上模拟安装膜组件，并按照膜池及膜组件尺寸数据，理论计算出所需安装各管道尺寸，对管道模拟安装；经汇总后碰撞检测，产水支管与膜池碰撞，调整支管标高后，膜池及膜组件模拟安装顺利完成；根据得到的BIM模型数据，提前预制各安装组件，在膜池主体及防腐层施工完毕并交验后，即可安装。

5.根据权利要求4所述的污水处理厂不停运扩能改造施工方法，其特征在于，安装MBR帘式膜污水处理设备的过程中，采用成品管件或管道连接器将膜组件分别与膜池中的空气管路和总水管路连接。

6.根据权利要求5所述的污水处理厂不停运扩能改造施工方法，其特征在于，所述细格栅生产水管与膜格栅生产水管碰口汇流采用汇流连接箱形式进行断管作业，并利用细格栅原有提升泵安装一根至生化池的临时旁通管，以实现全厂不停产的情况下短时间内完成碰口汇流作业。

7.根据权利要求5或6所述的污水处理厂不停运扩能改造施工方法，其特征在于，扩能改造过程中的管道施工时，其预加工是将待加工管道、管件置于滚管机上做圆周转动，工作人员站在原地对其进行加工即可；而对管径为φ1020-φ2820毫米、壁厚在10mm-28mm以下管道坡口施工，采用半自动坡口机，进行阴阳交叉坡口加工；在需要在管沟内进行焊接操作的管道处，安装管道焊接安全保护装置，以便于进行焊接作业。

8.根据权利要求7所述的污水处理厂不停运扩能改造施工方法，其特征在于，所述阴阳交叉坡口加工是以管道平行半径为中轴线，上下均分管道外圆，上半圆采用阴坡口、下半圆采用阳坡口，在侧母线中间位置，做交接焊接时在施焊位置后部贴成型瓷条，实现单面焊、双面成型。

9.根据权利要求8所述的污水处理厂不停运扩能改造施工方法，其特征在于，扩能改造过程中在进行生化池A组和B组改造时，均按照以下步骤进行：

(1)池内送、排风通风：在进入生化池之前打开全部现有阳光棚，在采用机械加压送风之前应有不小于8小时的自然通风及换气；同时，利用生化池原有的鼓风机在12小时工作时间内向生化池内改造区域进行机械送风，鼓风机通过玻璃钢风管利用原池内换气孔向池内送风，利用原生化池上部己有的两侧副窗自然排风，达到池内空气循环的目的；并且在拆除生化池内各分隔区内原有曝气支管时暂时保留原有的DN150输气立管，立管下部采用型钢预制三角架稳固，立管下部为趟开式送气口，该输气立管与原厂曝气系统联接，利用原厂曝气系统24小时不间断输送氧气的特点向池内输送氧气；生化池内各分隔区均需暂时保留DN150输气立管共11根，在池内改造工作全部结束后拆除；

(2)气体监控检测：多功能气体检测仪日常设置于主出入口附近，高精度多功能气体检测仪的传感器放置于离池底2米处；检测仪应指派专为进行看守，随时掌握生化池各气体的指标；

(3)大型管道侧向转运：池内淤泥存积、污水抽排不能完全除尽，其池内12道隔断阻泥墙形成的路径为“之”形通道，池内大管径污水回流管采用轮式吊车与手动葫芦相接合的吊装方式进行；单根长度为大于12m的DN1000和DN900螺纹钢管，割断为单根长度不大于6m的短管，来实施垂直运输和水平转运；在生化池现有混凝土顶板上采用机械开孔，分别在生池东侧与相与西侧各开孔D＝1500的2个，共计4个做管道的吊装孔，在生化池顶需安装管道部位开孔D＝100做为接应吊车下吊管道及管道安装用悬挂吊点；首先采用汽轮吊将单根长度6m以内的螺纹钢管，通过生化池顶部D＝1500的孔逐根垂直吊运入池内；再利用已开的D＝100孔设置悬挂吊点，每个吊点设置一台5T手动葫芦固定钢管一端，使之水平悬空放置；最后在钢管另一端用手动葫芦固定并松开轮式吊车固定点，然后安装到位即可。