CN110067892B - 水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，包括步骤：S1、根据定位及标高，设置工作井内发出轨道，接收井内接收轨道、牵引设备等；S2、计算钢管处于稳定漂浮状态的深度；S3、在套管内设置支墩、挡水堰；S4、将钢管拖入套管内后向套管内注入清水；S5、吊装就位第二节钢管、并稳定后与第一节钢管焊接；S6、重复步骤S4至S5，使得整条钢管位于支墩上，再继续拖拉钢管直至整条钢管位于接收轨道上。优点是：该方法大大提高了工作效率，节约了准备时间及施工持续时间；且实施过程中使用的水资源也易于获得，施工完成后套管内的水可用于钢管水压试验，是一种既具有高效、经济、环保的施工方法。

Description

水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法

技术领域

本发明涉及套管内拖拉管施工技术领域，具体地说是一种水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法。

背景技术

为了满足经济建设的需求，国家铁路***、高速***日趋完善，未来国家将形成纵横交错的铁路网及高速网体系。随着城镇化进展，未来城镇雨水管道、污水管道、自来水、电力、燃气等管道穿越高速公路、铁路将越来越频繁。为保护高速公路、铁路运行安全，目前各权属部门均要求先施工保护套管，完成后再在套管内施工相关管道。

目前套管内拖拉施工管道主要采用三种方法：

1、按照拖拉管道底标高，在套管底及拖拉管道底缝隙间支模浇筑一层素混凝土，在钢管底部加上滚轮进行拖拉施工；

2、在套管底及拖拉管道底部缝隙间填充砂或者土方，通过拖拉方式施工；

3、沿套管底部每隔一段距离设置弧形基座，基座上设置橡胶垫圈后进行拖拉方式施工。

由于管道施工标高要求精度高，不管是上述那种方法，对于管底标高控制比较繁琐，现场控制要求极高。同时上述三种方法施工起来较为繁琐，套管内进人支模施工或者混凝土浇筑较为困难，施工工序复杂，不利于工期和成本控制。直接拖管施工方式不利于管道外壁防腐层的保护，防腐层破坏后难以修复，影响管道寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，该方法通过封堵混凝土套管两端并注水至一定深度形成封闭水域，封堵钢管的一端后形成封闭腔室，将钢管置于套管内封闭水域后受水浮力顶托，当注水至一定深度后水浮力与钢管自重达到平衡时，钢管腔体便可漂浮于水面，可大幅减少钢管在套管内的滑动摩擦力，此时对钢管一端进行牵引可大幅减小牵引机械出力并且可消除钢管外壁防腐层与套管直接摩擦带来的防腐层破坏，从本质上是提供了一种辅助施工的方法，能减少拖拉施工的准备时间以及提高拖拉施工的工作效率。

水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，包括如下步骤：

S1、熟悉图纸钢管标高以及图纸定位，进行现场测量工作，并根据定位及标高，在工作井内设置发出轨道、接收井内设置接收轨道；在接收井内布置拖拉设备，将牵引钢丝绳从接收井一端穿至工作井端；

S2、在完全无支点情况下，通过浮力计算钢管淹没深度，即为钢管处于稳定漂浮状态的深度；

S3、在套管内部两端均设置一座支墩，并在套管进口侧设置进口挡水堰、出口侧设置出口挡水堰，然后在工作井内的第一节拖拉钢管端部焊接盲板；

S4、将第一节钢管拖入套管入口端的进口挡水堰上；再从套管内的出口挡水堰上部向套管内注入清水，使钢管处于漂浮平衡状态；

S5、将第二节钢管吊装就位，稳定第二节钢管后、并与第一节钢管进行焊接，再进行表面渗透检测及探伤检测，当检测均符合要求后对钢管内外涂刷防腐涂料；

S6、重复步骤S4至S5，使得整条钢管管道的两端分别位于套管两端的支墩上，再拆除套管内的出口挡水堰，使得套管内的出口挡水堰顶部标高将至钢管底部标高以下，再继续拖拉钢管直至整条钢管位于接收轨道上。

本发明一种水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，其优点是：该方法大大提高了工作效率，节约了准备时间及施工持续时间；且实施过程中使用的水资源也易于获得，施工完成后套管内的水可用于钢管水压试验，是一种既具有高效、经济、环保的施工方法。

附图说明

图1为本发明拖管作业过程中的平面图；

图2为本发明拖管作业过程中的剖面图(即图1中1-1方向剖面图)；

图3为套管内设置支墩的部分截面图；

图4为套管入口处设置挡水堰的部分截面图；

图5为套管出口处设置挡水堰的部分截面图；

图6为钢管用于浮力计算时的简图；

其中：

钢管1、工作井2、发出轨道3、接收井4、接收轨道5、牵引设备6、牵引钢丝绳7、套管8、支墩9、进口挡水堰10、盲板11、清水12、工作坑13、集水坑14、补水泵15、出口挡水堰16。

具体实施方式

根据图1至图5所示：水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，包括如下步骤：

S1、熟悉图纸钢管1外底标高以及图纸定位，进行现场测量工作，并根据定位及标高，在工作井2内设置发出轨道3、接收井4内设置接收轨道5；在接收井4内布置牵引设备6，将牵引钢丝绳7从接收井4一端穿至工作井2端；

优选地，步骤S1中，现场测量时，首先要校核原有测量控制点，再根据测量控制点引入工作井内进行测量、复测工作。即先要对原有套管8中线复核、标记，再对即将拖拉钢管1轴线进行复核，确保钢管1线形及标高，确保相关轨道设备居中分布。

S2、在完全无支点情况下，通过浮力计算钢管1淹没深度，即为钢管1处于稳定漂浮状态的深度；

S3、在套管8内部两端均设置一座支墩9，并在套管8进口侧设置进口挡水堰10、出口侧设置出口挡水堰16，然后在工作井2内的第一节拖拉钢管1端部焊接盲板11；

优选地，步骤S3中，在套管8内距离套管8两端口4米处按照拖拉钢管1设计标高，分别设置一座砖砌弧形管道支墩9；

进一步地，步骤S3中，弧形管道支墩9的弧形贴面采用铺贴两遍油毡以保护钢管1外壁防腐，施工时应注意砖砌支墩9油毡铺贴需平整、牢靠；

优选地，步骤S3中，采用无纺布袋装粘土垒挡水堰10；注意装土土质及每袋装入量，为保证挡水堰10效果，每袋装入量不得超过70％，优选为50％；

进一步地，步骤S3中，套管8内进口(工作井2井壁处)挡水堰10堰顶面根据钢管1外径制作为弧形以贴合钢管1外壁，高度为套管8内径的一半；套管8内的接收井4井壁处)出口挡水堰16的堰顶面高度等于套管8内径的一半，且套管8内的出口挡水堰16横截面为半圆形；

步骤S3中，在焊接盲板11后，在钢管1管道截面水平方向180°位置对称焊接圆形钢筋套环用以固定牵引钢丝绳7(图中未画出)。

S4、将第一节钢管1拖入套管8进口侧的进口挡水堰10上；再从套管8内的出口挡水堰16上部向套管8内注入清水12，使钢管1处于漂浮平衡状态；

优选地，步骤S4中，具体是将第一节钢管1吊装至底部发出轨道3，并用牵引钢丝绳7一端固定套环、另一端与接收井4处牵引设备6连接，再拖入进口挡水堰10上，并使得接头处于焊接工作坑13；检查钢管1与出口挡水堰10贴合情况，必要时重新调整出口挡水堰10以利于契合钢管1；

优选地，步骤S4中，如套管8两端的出口挡水堰10、进口挡水堰16出现轻微渗水，可通过工作井2内补水泵进行补水以维持套管8内水位基本稳定，在补水时应注意观察，以钢管1刚达到稳定状态后稍微补水即可，使钢管1处于稳定漂浮状态，过程中遇渗水进行补水工作应遵循少量多次原则。

S5、将第二节钢管1吊装就位，稳定第二节钢管1后、并与第一节钢管1进行焊接，再进行表面渗透检测及探伤检测，当检测均符合要求后对钢管1内外涂刷防腐涂料；

优选地，步骤S5中，钢管1焊接时，应双人对称焊接，先点焊后环向焊接，管道焊缝分三层，逐层焊接；

进一步地，步骤S5中，涂刷后进行补口防腐外观及厚度检测，满足要求后方可进行下一步施工。

S6、重复步骤S4至S5，使得整条钢管1管道的两端分别位于套管8两端的支墩9上，再拆除套管8内的出口挡水堰16，使得套管8内的出口挡水堰16顶部标高降至钢管1底部标高以下，再继续拖拉钢管1直至整条钢管1位于接收轨道5上。

本方法还包括步骤S7，采用空压机吹砂法将钢管1底部用砂密实，将砂密实后排出的水排入集水坑14，再用加压泵引入钢管1内进行水压试验，完成水压试验后将水安全排出工作井2，进行下一步施工。

工作井2内也设置有集水坑14。

以下就具体实施例对本发明作进一步说明：

基于套管8施工已完成，相应套管8闭水试验已合格的情况下进行，本次以某工程D2000套管8内穿D1020*10钢管1(表示钢管1外径为1020mm，内径为1000mm，钢管1壁厚为10mm)实际应用为例，具体实施步骤如下：

S1、熟悉图纸钢管1外底标高以及图纸定位，进行现场测量工作，现场测量时，首先要校核原有测量控制点，再根据测量控制点引入工作井内进行测量、复测工作。即先要对原有套管8中线复核、标记，再对即将拖拉钢管1轴线进行复核，确保钢管1线形及标高，确保相关轨道设备居中分布；

再根据定位及标高，在工作井2内设置发出轨道3、接收井4内设置接收轨道5，发出轨道3、接收轨道5的轨道宽度均为600mm，经计算，高度为钢管1中心标高减去400mm时，D1020*10钢管1放置在发出轨道3上时正好处于原设计中心标高位置；在接收井4内布置牵引设备6，将牵引钢丝绳7从接收井4一端穿至工作井2端；

所述测量控制点是指在进行测量作业之前，在要进行测量的区域范围内，布设一系列的点来完成对整个区域的测量作业，在选点时，首先调查收集测区已有的地形图和控制点的成果资料；

S2、在完全无支点情况下，通过浮力计算钢管1淹没深度，即为钢管1处于稳定漂浮状态的深度；

(根据图6所示)步骤S2中，钢管1浮力计算方式如下：

(1)单位长度钢管1重力计算公式(式2-1)：

即

(2)单位长度钢管1浮力计算公式(式2-2)：

即

钢管1淹没深度采用试算法计算，根据钢管1内径和外径尺寸，试算当钢管1浮力等于钢管1自重时的角度a；结合上述式2-1、式2-2，

计算可得a＝72°

(3)钢管1淹没深度H计算

再根据a计算钢管1淹没深度H(式2-3)。

式中：

Di——钢管1外径，单位：m；

D0——钢管1内径，单位：m；

ρ_f——钢管1密度，ρ_f＝7850kg/m³；

ρ_w——清水密度，ρ_w＝1000kg/m³；

H——钢管1淹没深度(m)；

g——重力常数，g＝9.8N/kg。

由上述计算可知，钢管1D1020*10钢管1的吃水深度H为0.35米，即可处于稳定漂浮状态；

S3、在套管8内距离套管8两端口4米处按照钢管1设计标高，分别设置一座砖砌弧形管道支墩9，且弧形管道支墩9的弧形贴面采用铺贴两遍油毡以保护钢管1外壁防腐，施工时应注意砖砌支墩9油毡铺贴需平整、牢靠；

在套管8进口侧、出口侧分别采用无纺布袋装粘土垒进口挡水堰10、出口挡水堰16，且套管8内(工作井2井壁处)进口挡水堰10堰顶面根据钢管1外径制作为弧形以贴合钢管1外壁，高度为套管8内径的一半；套管8内的(接收井4井壁处)出口挡水堰16的堰顶面高度等于套管8内径的一半，且套管8出口挡水堰16横截面为半圆形；注意装土土质及每袋装入量，为保证进口挡水堰10、出口挡水堰16的效果，每袋装入量为50％；

然后在工作井2内的第一节拖拉钢管1端部焊接盲板11，检查盲板11焊接情况，需保证盲板11环向焊缝处不渗水；再在拖拉钢管1管道截面水平方向180°位置对称焊接圆形钢筋套环用以固定牵引钢丝绳7(图中未画出)。

S4、采用吊车将第一节钢管1吊装至工作井2底部的发出轨道3，并用牵引钢丝绳7一端固定套环、另一端与接收井4处牵引设备6连接，

将第一节钢管1拖入套管8进口侧的进口挡水堰10上，并使得接头处于焊接工作坑13，检查钢管1与进口挡水堰10贴合情况，必要时重新调整进口挡水堰10以利于契合管道。

再从套管8内的出口挡水堰16上部向套管8内注入清水12，缓慢注水深度至0.85米，使钢管1处于漂浮平衡状态，如套管8两侧的进口挡水堰10、出口挡水堰16出现轻微渗水，可通过工作井2内补水泵15进行补水以维持套管8内水位基本稳定，在补水时应注意观察，以钢管1刚达到稳定状态后稍微补水即可，使钢管1处于稳定漂浮状态，过程中遇渗水进行补水工作应遵循少量多次原则；

S5、用吊车将第二节钢管1吊装就位，稳定第二节钢管1后、并与第一节钢管1进行焊接，焊接时，应双人对称焊接，先点焊后环向焊接，管道焊缝分三层，逐层焊接；

再进行表面渗透检测及探伤检测，当检测均符合要求后对钢管1内外涂刷防腐涂料；涂刷后进行补口防腐外观及厚度检测，满足要求后方可进行下一步施工。

S6、重复步骤S4至S5，使得整条钢管1管道的两端分别位于套管8两端的支墩9上，再拆除套管8镍的出口挡水堰16，使得套管8出内的出口挡水堰16顶部标高降至钢管1底部标高以下，再继续拖拉钢管1直至整条钢管1位于接收轨道5上。

S7、钢管1牵引就位后采用空压机吹砂法将钢管1底部用砂密实，将砂密实后排出的水排入集水坑14，再用加压泵引入钢管1内进行水压试验，完成水压试验后将水安全排出工作井2，进行下一步施工。

本发明主要是利用管道端部封堵形成船体腔室后可漂浮于水面的特性，可极大减小摩擦阻力和保护管道外壁防腐层。施工过程中通过封堵和补水措施控制水面标高来保证管道漂浮在相对固定的位置，使管道处于稳定状态。在套管内设置两个固定支墩，按设计要求严格控制管道支墩的标高，待水位下降后管道落位在支墩上便可精确控制管道标高。

本发明中所需的水资源相对混凝土、土方及砂子更易获得和运输，也利于环境保护，施工方法简单、高效、经济且环保。

此方法适用于焊接或法兰连接的钢制管道、PE管道施工，不适用于承插管道施工。该方法不适于温度0°以下施工环境。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，其特征在于：包括如下步骤

S1、熟悉图纸钢管(1)外底标高以及图纸定位，进行现场测量工作，并根据定位及标高，在工作井(2)内设置发出轨道(3)、接收井(4)内设置接收轨道(5)；在接收井(4)内布置牵引设备(6)，将牵引钢丝绳(7)从接收井(4)一端穿至工作井(2)端；

S2、在完全无支点情况下，通过浮力计算钢管(1)淹没深度，即为钢管(1)处于稳定漂浮状态的深度；

S3、在套管(8)内部两端均设置一座支墩(9) ，并在套管(8)进口侧设置进口挡水堰(10)、出口侧设置出口挡水堰(16)，然后在工作井(2)内的第一节钢管(1)端部焊接盲板(11)；

S4、将第一节钢管(1)拖入套管(8)入口端的进口挡水堰(10)上；再从套管(8)内的出口挡水堰(16)上部向套管(8)内注入清水(12)，使钢管(1)处于漂浮平衡状态；

S5、 将第二节钢管(1)吊装就位，稳定第二节钢管(1)后、并与第一节钢管(1)进行焊接，再进行表面渗透检测及探伤检测，当检测均符合要求后对钢管(1)内外涂刷防腐涂料；

S6、重复步骤S4至S5，使得整条钢管(1)管道的两端分别位于套管(8)两端的支墩(9)上，再拆除套管(8)内的出口挡水堰(16)，使得套管(8)内的出口挡水堰(16)顶部标高降至钢管(1)底部标高以下，再继续拖拉钢管(1)直至整条钢管(1)位于接收轨道(5)上；

S7、 采用空压机吹砂法将钢管(1)底部用砂密实，将砂密实后排出的水排入集水坑(14)，再用加压泵引入钢管(1)内进行水压试验，完成水压试验后将水安全排出工作井(2)；

步骤S3中，套管(8)内进口挡水堰(10)堰顶面根据钢管(1)外径制作为弧形以贴合钢管(1)外壁，高度为套管(8)内径的一半；套管(8)内的出口挡水堰(16)的堰顶面高度等于套管(8)内径的一半，且套管(8)内的出口挡水堰(16)横截面为半圆形；

所述支墩(9)为弧形。

2.根据权利要求1所述水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，其特征在于：步骤S3中，在套管(8)内距离套管(8)两端口4米处按照拖拉钢管(1)设计标高，分别设置所述支墩(9)，所述支墩为砖砌弧形管道支墩。

3.根据权利要求1所述水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，其特征在于：步骤S3

中，在焊接盲板(11)后，在钢管(1)管道截面水平方向180°位置对称焊接圆形钢筋套环用以固定牵引钢丝绳(7)。

4.根据权利要求3所述水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，其特征在于：步骤S4

中，具体是将第一节钢管(1)吊装至底部位于发出轨道(3)，并用牵引钢丝绳(7)一端固定套环、另一端与接收井(4)处牵引设备(6)连接，再拖入进口挡水堰(10)上，并使得接头处于工作井(2)内焊接工作坑(13)。

5.根据权利要求1所述水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，其特征在于：步骤S5

中，钢管(1)焊接时，应双人对称焊接，先点焊后环向焊接，管道焊缝分三层，逐层焊接。

6.根据权利要求1所述水浮力辅助套管内拖拉施工钢管的方法，其特征在于：步骤S5

中，涂刷后进行补口防腐外观及厚度检测，满足要求后方可进行下一步施工。

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