CN113006832A - 一种小开挖管片焊接式地下真空管道及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小开挖管片焊接式地下真空管道及其施工方法，包括由管片拼装焊接建成的地下真空管道，所述的地下真空管道由前导桩基支撑，地下真空管道外周设置有加强肋圈，其施工方法如下：步骤一：在大山或地下的真空管道交通线路延伸方向上，按略大于地下真空管道外径，且小于地下真空管道二倍直径的断面开挖，每往前开挖一段距离，即按照线位精度要求施工修建前导桩基；步骤二：安装支架与肋圈，拼装其他管片并焊接；步骤三：延伸开挖并铺设前导桩基；步骤四：重复循环施工至完成；本发明的结构及施工方法能有效降低地下真空管道建设成本；提高地下真空管道抗震、抗地质变形能力，保证地下真空管道具有较高线位精度且施工进度快。

Description

一种小开挖管片焊接式地下真空管道及其施工方法

技术领域

本发明属于真空管道高速磁浮交通工程建设技术领域，具体涉及一种小开挖管片焊接式地下真空管道及其施工方法。

背景技术

真空管道高速磁浮交通跟传统铁路、公路一样，可以建设在地上(包括高架)，也可以建设在地下。当遇到山体，或在既有建筑密集的城区建设时，则不得不建设在地下。

铁路隧道、公路隧道通常采用矿山法、钻爆法或盾构法施工，再用混凝土衬砌加固。地铁隧道施工除了采用上述铁路隧道、公路隧道的施工方法，有的还用开挖法施工建设。单洞单线的地铁隧道断面较小，也有采用预制管片拼接进行衬砌的。

铁路隧道、公路隧道和地铁隧道的共同特征是，行驶车辆速度不高，衬砌结构不要求气密性，对隧道洞体及线形的精度要求不高，允许有适当变形。隧道发生微小变形后，可通过对道床与轨道的调整，使线路形状符合列车行驶的精度要求。

某些较小的洞体，如输水管道、市政管道，一般距离较短，对线形精度要求不高，也有采用顶管法施工。

真空管道交通的管道内部要抽真空，保持良好的长期密封和气密性是真空管道交通最根本的价值基础，为此，真空管道宜采用金属管道，如钢管，不宜采用多孔构造的混凝土材料。因此，地下真空管道不宜采用铁路隧道、公路隧道和地铁隧道的施工方法和混凝土衬砌结构。

真空管道交通车辆运行速度很高，管道内部空间较小，且抽真空后要长期保持低压，内部检查维修工作较困难，应避免经常性的检修工作安排。这就对管道的线路精度提出更高要求，要求建成后管道线路不会因一般地质变形而发生较大改变。

地下真空管道的一种可能的设置是，先按传统方法建设隧道，然后在隧道中铺设管道，其特征是，管道外壁与洞体内壁之间有足够大的人工与机械作业空间，整体管段(管节)可从已经铺好的管道外侧与洞体之间的空间运输到前方进行延伸拼接。这种方法的不足之处是，隧道开挖断面大，再铺设真空管道成为二次施工，会增加工程建设成本。

如果不进行大开挖，相同直径的管段则无法通过已经铺设的管道内部运送至前方需要延伸的位置。

顶管法施工只适合距离较短的输水与市政管网工程，而当地下真空管道交通线路很长时，顶管法施工则不经济，也无法保证建成后的管道的形状、位置精度。

如何以较低成本，较小开挖断面，铺设地下真空管道，需要通过探索和创造性设计给出适当的方案。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种小开挖管片焊接式地下真空管道及其施工方法，降低地下真空管道建设成本，提高抗地质变形能力，保证线形精度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种小开挖管片焊接式地下真空管道，包括由管片拼装焊接建成的地下真空管道，所述的地下真空管道由前导桩基(管墩)支撑，地下真空管道外周设置有加强肋圈。

优选的，所述的地下真空管道为气密性金属管道。

优选的，所述的地下真空管道由多个管段拼接组成；

进一步的，所述的管段由3-5片管片拼接组成，所述的管片拼接缝设置管道内部焊接坡口；

进一步的，所述的相邻两个管段之间采用管片错缝拼接方式；

进一步的，所述的地下真空管道内、外接缝均采用机器人自动焊接工艺进行焊接；

更进一步的，所述管段的其中一个管片上设置有用于检修的人孔，所述的人孔的孔盖由内部拆卸式螺栓固定在管片上。

优选的，所述的前导桩基包括桩基桩和桩基桩顶部的承台。

进一步的，所述的前导桩基的承台顶面和地下真空管道的底部管片的弧度相匹配。

优选的，所述的前导桩基的桩基桩为最大长度小于开挖洞体高度的预制桩，具体为钢管桩或钢筋混凝土桩。

优选的，所述的前导桩基为桩孔深度大于洞体开挖高度的开挖灌注桩或硬质岩体表面铺设的承台。

进一步的，所述的地下真空管道同步并行铺设有两条，形成单洞体双管道双向地下真空管道交通线路。

更进一步的，所述的两条并行的地下真空管道之间间隔设置有多个横向连接通道。

本发明还保护一种如上所述的小开挖管片焊接式地下真空管道的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：在遇到大山或地下的真空管道交通线路延伸方向上，按略大于地下真空管道外径，且小于地下真空管道二倍直径的断面，开挖山体或地下，每往前开挖一段距离，即按照线位精度要求施工修建前导桩基；

步骤二：前导桩基的桩基桩凝固稳定，承台安装到位后，在其上铺设底部管片，安装支架与肋圈，拼装其他上部管片，再对管片拼接缝实施能达到强度要求、具有耐久性和气密性的焊接；

步骤三：一段地下真空管道拼接铺设完成后，继续往前开挖洞体一段距离，按上述方法修建前导桩基的桩基桩与承台；

步骤四：通过之前已经建成的管段内部运送管片到前方前导桩基位置，按步骤二的方法与步骤重复循环施工，安装地下真空管道延伸节管段，直到穿过整个山体，或完成全部地下真空管道线路施工。

优选的，所述的肋圈为整体成型肋圈，直径大于地下真空管道内部直径，采用洞体内预存放并逐步前移的施工方式运送安装。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的开挖断面略大于管道直径、小于二倍管道直径，开挖断面小，降低地下真空管道建设成本；

本发明设置的前导桩基有利于提高地下真空管道抗震、抗地质变形能力，保证地下真空管道具有较高线位精度；

本发明采用管片焊接式工艺，方便通过已经建成的管道内部运送管片到前方洞体开挖位置，经拼装、焊接完成管道安装与延伸，施工进度快。

附图说明

图1是本发明一种小开挖前导桩基结构管片焊接式地下真空管道施工方法示意图，图中所示为入口处初始阶段开挖洞体及管道安装完成时的状态；

图2是本发明一种小开挖前导桩基结构管片焊接式地下真空管道施工方法示意图，图中所示为第二阶段洞体开挖完成，第二阶段前导桩基完成施工，第二阶段管道尚未拼接/焊接及安装时的状态；

图3是本发明一种小开挖前导桩基结构管片焊接式地下真空管道施工方法示意图，图中所示为地下管道完全穿越山体，施工过程完成时的状态；

图4是本发明管道安装步骤图，图中所示为底部管片安装到管墩(前导桩基)上的状态；

图5是本发明管道安装步骤图，图中所示为底部管片和第二管片安装到管墩上的状态；

图6是本发明管道安装步骤图，图中所示为一节管段拼接安装完成的状态；

图7是本发明管道安装步骤图，图中所示为一节管段拼接安装完成，且该管段前导桩基施工完成的状态；

图8是本发明管道安装步骤图，图中所示为管片运输示意图，管片进入管段中；

图9是本发明管道安装步骤图，图中所示为管片运输示意图，管片已经运输到前导桩基上；

图10是本发明管道安装步骤图，图中为管片延伸拼接步骤示意图；

图11是本发明管道安装步骤图，图中所示为两节管段拼接安装完成的状态；

图12是管片错缝拼接安装示意图；

图13是设置有人孔的地下管道示意图；

图14是设置有加强肋圈的地下管道安装施工示意图，图中所示为肋圈安装过程；

图15是设置有加强肋圈的地下管道安装施工示意图，图中显示预备肋圈存放位置与状态；

图16是单洞体双管道小开挖模式地下真空管道断面图；

图17是双管道模式下横向连接通道设置示意图。

图中各标号的含义为：1-管片，2-地下真空管道，3-前导桩基，4-肋圈，5-管段，6-人孔，7-孔盖，8-接连通道；

1’-底部管片，301-桩基桩，302-承台。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。

如图1至图17所示，本实施例给出一种小开挖管片焊接式地下真空管道，包括由管片1拼装焊接建成的地下真空管道2，地下真空管道2由前导桩基3(管墩)支撑，地下真空管道2外周设置有加强肋圈4，设置加强肋圈4以提高管道的结构强度。

地下真空管道2为气密性金属管道，如钢管。

地下真空管道2由多个管段5拼接组成，所述的管片1在工厂生产预制，然后运送到施工现场，便于运输，施工时开挖断面小，且预制使得施工进度更快；

管段5由3-5片管片1拼接组成，管片1拼接缝设置管道内部焊接坡口，以便于从管道内部实施焊接和保证焊接质量；

相邻两个管段5之间采用管片错缝拼接方式，以保证焊接质量和管道结构稳定；

地下真空管道2内、外接缝均采用机器人自动焊接工艺进行焊接，除了从管道内部对拼接缝进行焊接，还采用焊接机器人从管壁外部对拼接缝实施焊接，以提高焊接质量；

管段5的其中一个管片1上设置有用于检修的人孔6，人孔6的孔盖7由内部拆卸式螺栓固定在管片1上供将来必要时从管道内部打开孔盖7对管道外部进行检查和维修，或者对洞体以及地质状况进行勘测。

前导桩基3包括桩基桩301和桩基桩301顶部的承台302，前导桩基3要求具有良好的抗震、抗地质变形能力，以及稳定的结构，承台302要求具有良好的线位精度，以保证地下真空管道2具有良好的线形精度。

前导桩基3的承台302顶面和地下真空管道2的底部管片1’的弧度相匹配，使得地下真空管道安装更为精密，保证结构稳定。

前导桩基3的桩基桩301为最大长度小于开挖洞体高度的预制桩，具体为钢管桩或钢筋混凝土桩，长度较短，最大长度小于开挖洞体高度，这种预制桩埋深浅，成本低。

前导桩基3为桩孔深度大于洞体开挖高度的开挖灌注桩或硬质岩体表面铺设的承台302，开挖灌注桩，即先开挖桩孔，然后放置钢筋笼，再浇注混凝土形成桩基桩301；当桩孔较深，如深度大于洞体开挖高度时，钢筋笼则通过分段连接(如螺管连接或焊接)下沉到桩孔中；当线路延伸地段为稳定的硬质岩体，则不必设置前导桩基3的桩基桩301，直接在开挖的岩体表面建设承台302，铺设底部管片1’。

地下真空管道2同步并行铺设有两条，形成单洞体双管道双向地下真空管道2交通线路。

两条并行的地下真空管道2之间间隔设置有多个横向连接通道8，方便施工安装，方便运营期间检查维修和抢险救援，有利于进一步减小车辆运行气动阻力。

本发明的小开挖管片焊接式地下真空管道的施工方法如下：

步骤一：在遇到大山或地下的真空管道交通线路延伸方向上，按略大于地下真空管道2外径，且小于地下真空管道2二倍直径的断面，开挖山体或地下，每往前开挖一段距离，如20～100m，即按照线位精度要求施工修建前导桩基3；

步骤二：前导桩基3的桩基桩301凝固稳定，承台302安装到位后，在其上铺设底部管片1’，安装支架与肋圈4，拼装其他上部管片1，再对管片1拼接缝实施能达到强度要求、具有耐久性和气密性的焊接；

步骤三：一段地下真空管道2拼接铺设完成后，继续往前开挖洞体一段距离，按上述方法修建前导桩基3的桩基桩301与承台302；

步骤四：通过之前已经建成的管段5内部运送管片1到前方前导桩基3位置，按步骤二的方法与步骤重复循环施工，安装地下真空管道2延伸节管段5，直到穿过整个山体，或完成全部地下真空管道2线路施工。

肋圈4为整体成型肋圈，直径大于地下真空管道2内部直径，采用洞体内预存放并逐步前移的施工方式运送安装，即当开挖好最初的洞体，且尚未有管道铺设时，将全部地下管道线路所需的肋圈提前存放到洞体前部适当位置；要求洞体开挖长度适当延长，存放的预备肋圈不影响管道铺设；随着地下管道延伸，存放的预备肋圈数量越来越少，当到达出口端时，肋圈刚好用完。

Claims (10)

1.一种小开挖管片焊接式地下真空管道，其特征在于，包括由管片(1)拼装焊接建成的地下真空管道(2)，所述的地下真空管道(2)由前导桩基(3)支撑，地下真空管道(2)外周设置有加强肋圈(4)。

2.如权利要求1所述的小开挖管片焊接式地下真空管道，其特征在于，所述的地下真空管道(2)为气密性金属管道。

3.如权利要求2所述的小开挖管片焊接式地下真空管道，其特征在于，所述的地下真空管道(2)由多个管段(5)拼接组成；

所述的管段(5)由3-5片管片(1)拼接组成，所述的管片(1)拼接缝设置管道内部焊接坡口；

所述的相邻两个管段(5)之间采用管片错缝拼接方式；

所述的地下真空管道(2)内、外接缝均采用机器人自动焊接工艺进行焊接；

所述管段(5)的其中一个管片(1)上设置有用于检修的人孔(6)，所述的人孔(6)的孔盖(7)由内部拆卸式螺栓固定在管片(1)上。

4.如权利要求1所述的小开挖管片焊接式地下真空管道，其特征在于，所述的前导桩基(3)包括桩基桩(301)和桩基桩(301)顶部的承台(302)。

所述的前导桩基(3)的承台(302)顶面和地下真空管道(2)的底部管片(1’)的弧度相匹配。

5.如权利要求4所述的小开挖管片焊接式地下真空管道，其特征在于，所述的前导桩基(3)为最大长度小于开挖洞体高度的预制桩，具体为钢管桩或钢筋混凝土桩。

6.如权利要求4所述的小开挖管片焊接式地下真空管道，其特征在于，所述的前导桩基(3)为桩孔深度大于洞体开挖高度的开挖灌注桩或硬质岩体表面铺设的承台(302)。

7.如权利要求3所述的小开挖管片焊接式地下真空管道，其特征在于，所述的地下真空管道(2)同步并行铺设有两条，形成单洞体双管道双向地下真空管道(2)交通线路。

8.如权利要求7所述的小开挖管片焊接式地下真空管道，其特征在于，所述的两条并行的地下真空管道(2)之间间隔设置有多个横向连接通道(8)。

9.一种如权利要求1-8所述的小开挖管片焊接式地下真空管道的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在遇到大山或地下的真空管道交通线路延伸方向上，按略大于地下真空管道(2)外径，且小于地下真空管道(2)二倍直径的断面，开挖山体或地下，每往前开挖一段距离，即按照线位精度要求施工修建前导桩基(3)；

步骤二：前导桩基(3)的桩基桩(301)凝固稳定，承台(302)安装到位后，在其上铺设底部管片(1’)，安装支架与肋圈(4)，拼装其他上部管片(1)，再对管片(1)拼接缝实施能达到强度要求、具有耐久性和气密性的焊接；

步骤三：一段地下真空管道(2)拼接铺设完成后，继续往前开挖洞体一段距离，按上述方法修建前导桩基(3)的桩基桩(301)与承台(302)；

步骤四：通过之前已经建成的管段(5)内部运送管片(1)到前方前导桩基(3)位置，按步骤二的方法与步骤重复循环施工，安装地下真空管道(2)延伸节管段(5)，直到穿过整个山体，或完成全部地下真空管道(2)线路施工。

10.如权利要求9所述的小开挖管片焊接式地下真空管道的施工方法，其特征在于，所述的肋圈(4)为整体成型肋圈，直径大于地下真空管道(2)内部直径，采用洞体内预存放并逐步前移的施工方式运送安装。

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