CN104295814B - 一种内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道及其制作方法，该管道包括管体，沿其管壁周向螺旋设置若干排混凝土溢出孔，对应地在管体的内壁上设有能包裹该混凝土溢出孔的加强环，所述加强环与管壁之间的空腔内填充混凝土以形成螺旋形混凝土流动通道。优点为通过加强环增强了整体的环向强度；通过加强环与管体内壁之间填充的混凝土进一步提高管体抗压强度；通过管壁溢出孔流出的混凝土使管体与土坑结合，使得管体稳固结实；本发明管道解决了在地下共用管道工程、地下综合管廊以及地下通行道路中能使用大尺寸钢结构产品的难题；同时，本发明方法容易操作、施工简便、缩短工期、降低成本。

Description

一种内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种管道及其制作方法，尤其涉及一种内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道及其制作方法。
背景技术
近年来，随着我国城市轨道交通以及通讯、电力等的快速发展，地下管沟、地下通道的需求越来越多，传统的地下共用管沟大多采用明挖的方法施工，开挖后浇注混凝土以形成管道结构，常为矩形或圆形，混凝土浇注后达到使用强度后安装内部管线；大型管道通常以人力垒建、石砌、水泥浇注等方式建造。通常情况下，管线的安装，水、电、气、电讯等的管线架设，使得地面被反复的开挖，造成人力、物力的浪费，地面的破坏及各种管线的损坏，不利于管理和规划；同时其施工方法和结构工程量大、工期长、工程造价较高；另外，施工时管道顶部部分结构物必须全部清除，额外的征地赔偿费用相当高昂。
除采用明挖法施工，还有盾构施工方法，其在不扰动上结构物的情况下施工地下通道，甚至可以穿过高层建筑区而不扰动地面建筑物，一边控制开挖面及周围土体不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣，并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，从而不扰动周围土体而修筑隧道的方法。但该方法管片衬砌为混凝土板片，其依靠自身的强度和刚度抵抗周围围岩的内应力，因此在较深的地下工程中需要加厚管片厚度来提高管道截面强度，若管道直径较大则所需的工程量往往极大，施工操作相当复杂，技术标准要求很高，并且会消耗过多的钢材和混凝土，提高成本。
除上述施工方法，还有顶管施工方法，其是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起；同时，紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。该方法施工方便、进度快，但水泥管太重，超大管径的管道壁厚太厚，顶管困难，造价高，施工不便。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种能增加管体周向强度、提高管体稳固性、降低施工难度的内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道，本发明的第二目的是提供该管道的制作方法。
技术方案：本发明所述的地下钢混结构管道，包括管体，该管体的管壁上沿周向螺旋设置若干排混凝土溢出孔，对应地在管体的内壁上设有能包裹该混凝土溢出孔的加强环，所述加强环与管壁之间的空腔内填充混凝土以形成螺旋形混凝土流动通道。
其中，所述管体是由主钢带螺旋绕制形成钢管体。同时，沿着主钢带的长度方向设置一排或多排混凝土溢出孔。
所述加强环由窄钢带弯曲成断面为弧形、半圆形、矩形或梯形的钢带。同时，弯曲后的窄钢带与主钢带贴合，并覆盖住主钢带上的混凝土溢出孔，主钢带与窄钢带共同按螺旋方向绕制形成钢管。
此外，弯曲后的窄钢带形成两个端面，该端面焊接在所述主钢带上。
本发明所述地下钢混结构管道的制作方法，包括如下步骤：
(1)预备管道并在管体管壁上沿周向螺旋开设混凝土溢出孔；(2)预备窄钢带并将其弯曲成断面为为弧形、半圆形、矩形或梯形的空心的加强环；(3)将空心的加强环螺旋贴合在管体内壁上并包裹住混凝土溢出孔；(4)置于土坑内的管道，在其首尾两端的加强环上各自开孔，从首端孔内注入混凝土，混凝土沿螺旋方向填充加强环与管体内壁之间形成的空腔，同时从混凝土溢出孔流出填满管壁与土坑之间的间隙，待混凝土从末端孔溢出时，完成浇注。
其中，管道可按照如下方法制作：预备主钢带并沿其长度方向设置混凝土溢出孔，将加强环贴合在主钢带上并覆盖其上的混凝土溢出孔，主钢带与贴合后的加强环共同按螺旋方向绕制形成内壁带加强环的所述管道。同时，管道之间通过法兰连接。
发明原理：管道主体为柔性结构，可以充分利用周围围岩与主体管道形成管土效应，主体管道与周围土体共同受力，加强环作为管体的骨架增加了管壁的截面惯性矩，填充的混凝土提高了钢管的抗压强度，在保证了管体强度的同时可最大程度上降低管道的顶进力或牵引力。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：管道通过加强环增强了整体的环向强度；通过加强环与管体内壁之间填充的混凝土进一步提高管体抗压强度；通过管壁溢出孔流出的混凝土使管体与土坑结合，使得管体稳固结实；本发明管道解决了在地下共用管道工程、地下综合管廊以及地下通行道路中能使用大尺寸钢结构产品的难题；同时，本发明方法容易操作、施工简便、缩短工期、降低成本。
附图说明
图1为本发明管道现场施工示意图；
图2为主钢带上混凝土溢出孔的分布示意图；
图3为窄钢带摆放位置示意图；
图4为窄钢带压制成加强环的结构示意图；
图5为主钢带与加强环结合后的结构示意图；
图6为带有空心加强环的主钢带进入三辊卷圆装置的示意图；
图7为成型后管道的螺旋焊缝所在位置示意图；
图8为螺旋焊接钢管的结构示意图；
图9为螺旋焊接钢管内部结构示意图；
图10为浇注孔所在位置示意图；
图11为浇注混凝土后的管体截面图；
图12为管道与管道之间使用法兰连接的结构示意图。
具体实施方式：
图1所示的施工现场，在土坑12的管道掘进口14前安装布置管道加工设备13，土工掘进开始施工，当然管道也可以在工厂加工再运至现场，本发明的管道优选为钢管，可采用平钢板卷制而成，或利用钢带绕制形成螺旋钢管，以下主要针对螺旋钢管进行详细说明。
根据所需制作管道的直径，将管道加工设备13的成型角调为合适值。如图2所示，预备主钢带10，将其经过放卷、矫平后，按预先设置的排列方式及尺寸钻孔，即混凝土溢出孔3，例如该混凝土溢出孔3可以沿主钢带10长度方向钻设2-3排。
预备窄钢带40，将其经过放卷、矫平、修边等工序后，按图3所示位置放置，经过弯曲机构，将窄钢带40弯曲成断面为半圆弧状的空心的加强环4，如图4所示；当然，窄钢带还可以弯曲成断面为弧形、梯形、方形等钢带。该加强环能够增加管体的环向强度，使钢管在运输过程中不易变形，还能使主钢板的厚度减薄一半以上，大大节约成本；同时，加强环与管体结合在一起，当顶进受压时，能够为管端提供很好的约束保护作用。另外，空心加强环除帮助管体受土压外，还可以在管体上设置地铁轨道，或桥架等承重结构，拓宽了管道的用途。
将加强环4与主钢带10贴合，其中，窄钢带弯曲形成两个端面41，将该端面41与主钢带10接触的部位合在一起，例如采用焊接工艺，同时使加强环4覆盖或包裹主钢带10上的混凝土溢出孔3，可以就主钢带上混凝土溢出孔3的中心与加强环4的中心重合，如图5所示。
如图6所示，再将带有加强环的主钢带板材送入三辊卷圆装置中，按照预先设置的螺旋角度，将其卷制成内壁带螺旋空心加强环的螺旋钢管；在成型的同时对钢管自身形成的螺旋接缝6进行焊接，制作出螺旋焊接钢管的结构示意图如图7、8、9所示。当钢管卷制成一定长度后，利用切割装置将螺旋焊接钢管切断。
如图10、11所示，采用顶进或者牵引的方式使管道就位，本发明管道外壁光滑、管体自重小的管道有助于顶推施工，同时利用该管道可提高开挖速度，避免造成交通堵塞。校正位置后在空心的加强环的首尾两端各开设浇注孔，从首端孔7内高压浇注混凝土5，混凝土5进入加强环4与管体1的内壁2之间形的空腔，并沿着螺旋方向流动，同时混凝土从管壁上的混凝土经孔3流出，填满管体1外壁与土坑12之间的间隙，待末端孔8有混凝土溢出时，浇注完毕。上述制作过程中，土坑与管道间由混凝土填充，使得管体更加稳固；同时，在混凝土填充过程中，强大的振动力保证混凝土充分流动，确保管体与混凝土致密而均匀地形成整体；另外，高频振动也不会导致加强环及预埋构件变形移位或受损，确保顶管顶进中良好的力学性能。
如图12所示，进行第二节管道施工时，第一节管道空腔内已经注入混凝土，并逐渐达到强度，保证了在顶进或者牵引时前段管道的强度；同时，管道与管道之间用法兰9连接，如此形成内壁带有螺旋复合加强环的地下钢混结构管道。填充混凝土后的加强环能进一步代替钢材受力，减少钢材用量，同时，该管道也可作为地铁轨道的枕木用。
本发明的管道可适用于地下共用沟、市政共用管廊、地铁隧道以及地下集水管等，同时，该管道埋地很深、深至10米以上。

Claims (9)

1.一种内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道，其特征在于：包括管体(1)，沿其管壁周向螺旋设置若干排混凝土溢出孔(3)，对应地在管体(1)的内壁(2)上设有能包裹该混凝土溢出孔(3)的加强环(4)，所述加强环(4)与管壁之间的空腔内填充混凝土(5)以形成螺旋形混凝土流动通道。
2.根据权利要求1所述内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道，其特征在于：所述管体(1)由主钢带(10)螺旋绕制形成钢管体。
3.根据权利要求2所述内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道，其特征在于：沿所述主钢带(10)的长度方向设有混凝土溢出孔(3)。
4.根据权利要求1、2或3所述内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道，其特征在于：所述加强环(4)由窄钢带(40)弯曲成断面为弧形、半圆形、矩形或梯形的钢带。
5.根据权利要求4所述内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道，其特征在于：弯曲后的所述窄钢带(40)与主钢带(10)贴合，并覆盖主钢带(10)上的混凝土溢出孔(3)，所述主钢带(10)与窄钢带(40)共同螺旋绕制形成钢管。
6.根据权利要求5所述内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道，其特征在于：弯曲后的所述窄钢带(40)形成两个端面(41)，该端面(41)焊接在所述主钢带(10)上。
7.根据权利要求1所述内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)预备管道并在管体管壁上沿周向螺旋开设混凝土溢出孔；
(2)预备窄钢带并将其弯曲成断面为为弧形、半圆形、矩形或梯形的空心的加强环；
(3)将空心的加强环螺旋贴合在管体内壁上并包裹住混凝土溢出孔；
(4)置于土坑内的管道，在其首尾两端的加强环上各自开浇注孔，从首端孔内注入混凝土，混凝土沿螺旋方向填充加强环与管体内壁之间形成的空腔，同时从混凝土溢出孔流出填满管壁与土坑之间的间隙，待混凝土从末端孔溢出时，完成浇注。
8.根据权利要求7所述内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道的制作方法，其特征在于：步骤(1)中，预备管道为预备主钢带，并沿其长度方向设置混凝土溢出孔；步骤(3)中，将加强环贴合在主钢带上并覆盖其上的混凝土溢出孔，主钢带与贴合后的加强环共同按螺旋方向绕制形成内壁带加强环的所述管道。
9.根据权利要求7或8所述内壁带螺旋复合加强环的地下钢混结构管道的制作方法，其特征在于：管道之间通过法兰连接。
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