CN102109067A - 长距离套管内穿管施工装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种长距离套管内穿管施工装置及其施工方法，该装置包括用于管道前端牵引的卷扬机I和滑轮组I，用于管道中间起吊的吊车和助拉的卷扬机II及滑轮组II，以及用于管道后端推动的推土机；该装置还包括安装于管道外周的滑轮总成、镯式阳极，以及分别固定于管道头部的锥形头和尾部的钢保护套；滑轮总成由滑轮夹环和滑轮构成，由紧固螺栓穿过扣板上的螺栓孔将滑轮上夹环、滑轮下夹环连接成整体，滑轮均布于滑轮夹环的圆周外侧。本发明的施工方法解决了长距离穿管施工工艺的难题，不仅能提高施工效率，同时也能够节省施工费用，可应用于天然气管道的长距离穿管施工，也可应用于其他类似工程的穿管施工。
Description
技术领域
本发明涉及市政管道工程领域，特别是一种长距离天然气输送管道穿管施工装置及施工方法。
背景技术
随着城市燃气需求量的不断增加，燃气管网基建工程的建设也在逐年增加，由于社会道路、桥梁及河道等基础设施建设的日趋完善，燃气管网在建设过程中的顶管穿跨越工程量也逐渐增多，且穿越的长度也在逐渐增长。顶管工程的钢筋砼套管施工完成后，在套管内进行管道铺设的施工技术是燃气管道工程穿越道路、桥梁及河流等非开挖工程施工中必然会遇到的施工任务。对于顶管套管施工完成后在套管内进行燃气工艺管道的主管铺设方法，传统单一的套管内安装滑动支架的方法是：顶管施工完成后，在套管内打平基，通过小滑车将管道逐根运入套管内，在套管内进行焊接、焊口检测、防腐及滑动支架和止浮杆安装。例如，在2005年建设的北京市六环路天然气管线一期（京沈南～宋庄）工程中长达364m的运潮减河φ1550顶管内穿φ1016钢管施工中，就采用了钢筋砼管内铺设素砼平基、预埋固定件、通过小滑车将管道逐根运入套管内，在套管内进行焊接、焊口检测、防腐及滑动支架和止浮杆安装的施工方法。但在管径、管壁厚及管子重量大、穿越长度长、施工工期紧、套管管径小的情况下，这种传统方法显现出了明显的不足，甚至无法进行穿管施工，而且目前尚无如此长距离穿管施工的成熟施工装置和施工工艺。
发明内容
本发明提供一种长距离套管内穿管施工装置及施工方法，要解决现有穿管施工装置结构复杂、所需施工空间大，在管道穿越长度长、套管管径小的情况难于适用的技术问题；并解决现有穿管施工工期长、费用高的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
这种长距离套管内穿管施工装置，包括用于管道前端牵引的卷扬机I和滑轮组I，用于管道中间起吊的吊车和助拉的卷扬机II及滑轮组II，以及用于管道后端推动的推土机；该装置还包括安装于管道外周的滑轮总成、镯式阳极，以及分别固定于管道头部的锥形头和尾部的钢保护套；
所述滑轮总成由滑轮夹环和滑轮构成，滑轮夹环由滑轮上夹环和滑轮下夹环连接而成，滑轮上夹环、滑轮下夹环的两端焊接有扣板，由紧固螺栓穿过扣板上的螺栓孔将滑轮上夹环、滑轮下夹环连接成整体，滑轮均布于滑轮夹环的圆周外侧；滑轮由弧形底板、支撑板、轮轴和滚轮构成；滚轮沿管道轴向设置，滚轮的轮轴连接于两支撑板之间，两支撑板焊接于弧形底板上，弧形底板与滑轮夹环外壁焊接固定；
所述镯式阳极安装于管道外周、滑轮总成后侧，镯式阳极通过铠装电缆进行连通；
所述锥形头与管道头部焊接，锥形头的头部焊接有牵引鼻子，牵引鼻子上安装万向节。
所述管道外侧涂有一层防腐层，防腐层与滑轮夹环之间垫有一层橡胶垫。
所述扣板外侧面与滑轮夹环之间垂直连接有扣板加强板。
所述两支撑板的外侧面与弧形底板之间垂直连接有滚轮加强板。
这种长距离套管内穿管施工装置的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，滑轮总成在预制厂加工后运至现场；
步骤二，在混凝土套管后方开挖穿管沟；
步骤三，穿管前混凝土套管内的处理；
步骤四，第一组待穿管道的组焊及下沟，在穿管沟内预制焊接第一组待穿管道，检测、防腐合格后，在管道上安装好滑轮总成和镯式阳极；用紧固螺栓穿过扣板上的螺栓孔将滑轮上夹环、滑轮下夹环连接成整体；同时在穿管沟边按单次穿管长度分别组焊需穿越的剩余管道；
步骤五，穿第一组管；
A、管道起吊，在穿管沟侧根据管道的长度、重量、吊车工作半径选用多台吊车联合将管道吊起，吊车沿管道长向间隔分布；
B、管道中间助拉，在混凝土套管后方的穿管沟内设置卷扬机II并配备滑轮组II，其中定滑轮固定安装在卷扬机II底部的平台II上，卷扬机II的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组II固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与包裹在管道上的双软吊带通过钢丝绳锁紧，启动卷扬机，将钢管穿入套管内；
步骤六，在第一组待穿管道穿入混凝土套管至末端剩余1m时停止穿管，用多台吊车联合将穿管沟边组焊的第二组待穿管道下至穿管沟底部，进行两组管道的对口焊接、检测、防腐，然后准备穿第二组管；
A、管道前端牵引，在混凝土套管前方的顶管坑内设置卷扬机I并配备滑轮组I，其中定滑轮固定安装在卷扬机I底部的平台上，卷扬机I的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组I固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与管道通过钢丝绳进行连接，管道的头部焊接锥形头，锥形头头部焊接牵引鼻子，牵引鼻子上安装一个万向节，由万向节与钢丝绳连接；
B、管道起吊，在穿管沟侧根据管道的长度、重量、吊车工作半径选用多台吊车联合将管道吊起，吊车沿管道长向间隔分布；
C、管道中间助拉，在混凝土套管后方的穿管沟内设置卷扬机II并配备滑轮组II，其中定滑轮固定安装在卷扬机II底部的平台II上，卷扬机II的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组II固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与包裹在管道上的双软吊带通过钢丝绳锁紧；
D、管道后端推动，在穿管沟中的管道后端安一个钢保护套，然后用推土机进行辅助推进；
步骤七，按照步骤六依次进行剩余管道的下管及穿管工作，直至穿管完成。
所述步骤二，单次穿管长度超过100m时，穿管沟底宽为管径加2m宽工作面，穿管沟前40m长的底标高同混凝土套管内底，40m以后按1:7放坡至地面，支护方式需根据现场土质、水位、深度等情况进行确定。
所述步骤三，穿管前将混凝土套管内所有突出物件全部清除，接口错台部分打磨顺直、光滑，穿管前在穿管沟侧的混凝土套管下部端口处垫钢板或方木对混凝土套管管口进行保护。
所述步骤四，在管道上每隔12m在滑轮总成后侧50cm处安装一套镯式阳极，镯式阳极突出部分进行压缩，同时在滑轮上夹环的滑轮之间做三条铠装电缆连通镯式阳极，穿管完成后测试镯式阳极的连通情况。
所述步骤五B中平台II是由工字钢搭设而成，平台II高出管道，平台II底部由支腿支撑于穿管沟底。
所述步骤六A中，平台I是由工字钢搭设而成，平台I底部与顶管坑底的预埋件焊接固定。
本发明的有益效果如下：
本发明采用的施工方法是在混凝土套管一侧开挖穿管沟，在穿管沟内预制焊接待穿工艺主管道并在管道上安装好滑轮总成装置，在套管另一侧工作坑内设置卷扬机牵引装置，在穿管沟侧根据预制管长度、重量、吊车工作半径等选用多台吊车联合将预制管吊起，并在待穿工艺管中间设卷扬机配滑轮组助拉，后端设置推动力为辅的方法，将工艺主管道穿入混凝土套管中。由于本发明在管道上安装了滑轮总成，滑轮均布于滑轮夹环上，各个方向的滑轮均能与混凝土套管内壁滚动接触，在管道内转动自如、无卡滞现象，从而降低了摩擦力，使穿管施工更加省时省力，可完成长距离套管内的穿管施工。由于施工中无需在管道内铺设混凝土垫层、运管、焊接、检测、防腐及安装滑动支架和止浮杆，从而节省了套管内的空间，可以缩小套管直径，节省顶管施工及套管管材费用，还可以避免在长距离套管内的有限空间内进行焊接、检测、防腐等施工作业，提高了施工的安全性，本发明的施工方法可适用于管径较小的情况。滑轮总成可由工厂预制加工，在施工时运至现场，从而能够提高施工效率，缩短工期。
本发明的施工方法解决了长距离穿管施工工艺的技术难题，不仅能提高施工效率，同时也能够节省施工费用，可应用于天然气管道的长距离穿管施工，也可应用于其它类似工程的穿管施工。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的施工方法示意图。
图2是滑轮夹环的结构示意图。
图3是图2的俯视结构示意图。
图4是滑轮的正视结构示意图。
图5是滑轮的侧视结构示意图。
图6是滑轮总成的安装图。
图7是图6中A处的放大图。
附图标记：1－滑轮总成、1.1-滑轮上夹环、1.2-滑轮下夹环、1.3-扣板、1.4-紧固螺栓、1.5-弧形底板、1.6-支撑板、1.7-轮轴、1.8-滚轮、1.9-滚轮加强板、1.10-扣板加强板、2-锥形头、3－管道、4－防腐层、5－橡胶垫、6－混凝土套管、7－镯式阳极、8－穿管沟、9－顶管坑、10－卷扬机I、11-滑轮组I、12-平台I、13-钢丝绳、14-吊车、15-推土机、16-钢保护套、17-牵引鼻子、18-双软吊带、19-平台II、20-卷扬机II、21-滑轮组II。
具体实施方式
实施例参见图1所示，这种长距离套管内穿管施工装置，包括用于管道前端牵引的卷扬机I10和滑轮组I11，用于管道中间起吊的吊车14和助拉的卷扬机II20及滑轮组II21，以及用于管道后端推动的推土机15；该装置还包括安装于管道3外周的滑轮总成1、镯式阳极7，以及分别固定于管道3头部的锥形头2和尾部的钢保护套16。
镯式阳极7安装于管道外周、滑轮总成1后侧50cm处，镯式阳极7通过三根铠装电缆进行连通。
锥形头2与管道3头部焊接，锥形头2的头部焊接有牵引鼻子17，牵引鼻子17上安装万向节。
参见图2-6所示 所述滑轮总成1由滑轮夹环和滑轮构成，滑轮夹环由滑轮上夹环1.1和滑轮下夹环1.2连接而成，滑轮上夹环1.1、滑轮下夹环1.2的两端焊接有扣板1.3，扣板1.3外侧面与滑轮夹环之间垂直连接有扣板加强板1.10，由紧固螺栓1.4穿过扣板1.3上的螺栓孔将滑轮上夹环1.1、滑轮下夹环1.2连接成整体，滑轮均布于滑轮夹环的圆周外侧；滑轮由弧形底板1.5、支撑板1.6、轮轴1.7和滚轮1.8构成；滚轮1.8沿管道3轴向设置，滚轮1.8的轮轴1.7连接于两支撑板1.6之间，两支撑板1.6焊接于弧形底板1.5上，所述两支撑板1.6的外侧面与弧形底板1.5之间垂直连接有滚轮加强板1.9，弧形底板1.5与滑轮夹环外壁焊接固定。
参见图7所示，所述管道3外侧涂有一层防腐层4，防腐层4与滑轮夹环之间垫有一层橡胶垫5。
参见图1所示，这种长距离套管内穿管施工装置的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，滑轮总成1在预制厂加工后运至现场；滑轮均布于滑轮夹环上，周边满焊，并保证各滑轮总成的相对位置偏差不大于±1°，滑轮夹环的紧固螺栓为M20,GB10.9级；
步骤二，在混凝土套管6后方开挖穿管沟8，单次穿管长度超过100m时，穿管沟8底宽为管径加2m宽工作面，穿管沟8前40m长的底标高同混凝土套管内底，40m以后按1：7放坡至地面，支护方式需根据现场土质、水位、深度等情况进行确定；
步骤三，穿管前混凝土套管6内的处理；穿管前将混凝土套管6内所有突出物件全部清除，接口错台部分打磨顺直、光滑，穿管前在穿管沟8侧的混凝土套管6下部端口处垫钢板或方木对混凝土套管管口进行保护；
步骤四，第一组待穿管道3的组焊及下沟，在穿管沟8内预制焊接第一组待穿管道，检测、防腐合格后，在管道3上安装好滑轮总成1和镯式阳极7；用紧固螺栓1.4穿过扣板1.3上的螺栓孔将滑轮上夹环1.1、滑轮下夹环1.2连接成整体；在管道3上每隔12m在滑轮总成1后侧50cm处安装一套镯式阳极7，镯式阳极突出部分进行压缩，同时在滑轮上夹环1.1的滑轮之间做三条铠装电缆连通镯式阳极7，穿管完成后测试镯式阳极的连通情况，同时在穿管沟8边按单次穿管长度分别组焊需穿越的剩余管道；
步骤五，穿第一组管；
A、管道起吊，在穿管沟8侧根据管道3的长度、重量、吊车工作半径选用多台吊车14联合将管道吊起，吊车14沿管道3长向间隔分布；
B、管道中间助拉，在混凝土套管6后方的穿管沟8内设置卷扬机II20并配备滑轮组II21，其中定滑轮固定安装在卷扬机II底部的平台II19上，卷扬机II20的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组II21固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与包裹在管道3上的双软吊带18通过钢丝绳锁紧，启动卷扬机，将钢管穿入套管内；平台II19是由工字钢搭设而成，平台II19高出管道3，平台II19底部由支腿支撑于穿管沟8底。
步骤六，在第一组待穿管道穿入混凝土套管6至末端剩余1m时停止穿管，用多台吊车联合将穿管沟边组焊的第二组待穿管道下至穿管沟8底部，进行两组管道的对口焊接、检测、防腐，然后准备穿第二组管；
A、管道前端牵引，在混凝土套管6前方的顶管坑9内设置卷扬机I10并配备滑轮组I11，其中定滑轮固定安装在卷扬机I底部的平台12上，平台I12是由工字钢搭设而成，平台I12底部与顶管坑9底的预埋件焊接固定，卷扬机I10的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组I11固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与管道3通过钢丝绳13进行连接，管道3的头部焊接锥形头2，锥形头2头部焊接牵引鼻子17，牵引鼻子17上安装一个万向节，由万向节与钢丝绳13连接；
B、管道起吊，在穿管沟8侧根据管道3的长度、重量、吊车工作半径选用多台吊车14联合将管道吊起，吊车14沿管道3长向间隔分布；
C、管道中间助拉，在混凝土套管6后方的穿管沟8内设置卷扬机II20并配备滑轮组II21，其中定滑轮固定安装在卷扬机II底部的平台II19上，卷扬机II20的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组II21固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与包裹在管道3上的双软吊带18通过钢丝绳锁紧；
D、管道后端推动，在穿管沟8中的管道3后端安一个钢保护套，然后用推土机15进行辅助推进；
步骤七，按照步骤六依次进行剩余管道的下管及穿管工作，直至穿管完成。
Claims (10)
1.一种长距离套管内穿管施工装置，包括用于管道前端牵引的卷扬机I（10）和滑轮组I（11），用于管道中间起吊的吊车（14）和助拉的卷扬机II（20）及滑轮组II（21），以及用于管道后端推动的推土机（15）；其特征在于：该装置还包括安装于管道（3）外周的滑轮总成（1）、镯式阳极（7），以及分别固定于管道（3）头部的锥形头（2）和尾部的钢保护套（16）；
所述滑轮总成（1）由滑轮夹环和滑轮构成，滑轮夹环由滑轮上夹环（1.1）和滑轮下夹环（1.2）连接而成，滑轮上夹环（1.1）、滑轮下夹环（1.2）的两端焊接有扣板（1.3），由紧固螺栓（1.4）穿过扣板（1.3）上的螺栓孔将滑轮上夹环（1.1）、滑轮下夹环（1.2）连接成整体，滑轮均布于滑轮夹环的圆周外侧；滑轮由弧形底板（1.5）、支撑板（1.6）、轮轴（1.7）和滚轮（1.8）构成；滚轮（1.8）沿管道（3）轴向设置，滚轮（1.8）的轮轴（1.7）连接于两支撑板（1.6）之间，两支撑板（1.6）焊接于弧形底板（1.5）上，弧形底板（1.5）与滑轮夹环外壁焊接固定；
所述镯式阳极（7）安装于管道外周、滑轮总成（1）后侧，镯式阳极（7）通过铠装电缆进行连通；
所述锥形头（2）与管道（3）头部焊接，锥形头（2）的头部焊接有牵引鼻子（17），牵引鼻子（17）上安装万向节。
2.根据权利要求1所述的长距离套管内穿管施工装置，其特征在于：所述管道（3）外侧涂有一层防腐层（4），防腐层（4）与滑轮夹环之间垫有一层橡胶垫（5）。
3.根据权利要求1或2所述的长距离套管内穿管施工装置，其特征在于：所述扣板（1.3）外侧面与滑轮夹环之间垂直连接有扣板加强板（1.10）。
4.根据权利要求3所述的长距离套管内穿管施工装置，其特征在于：所述两支撑板（1.6）的外侧面与弧形底板（1.5）之间垂直连接有滚轮加强板（1.9）。
5.一种采用权利要求1-4所述任意一项的长距离套管内穿管施工装置的施工方法，其特征在于施工步骤如下：
步骤一，滑轮总成（1）在预制厂加工后运至现场；
步骤二，在混凝土套管（6）后方开挖穿管沟（8）；
步骤三，穿管前混凝土套管（6）内的处理；
步骤四，第一组待穿管道（3）的组焊及下沟，在穿管沟（8）内预制焊接第一组待穿管道，检测、防腐合格后，在管道（3）上安装好滑轮总成（1）和镯式阳极（7）；用紧固螺栓（1.4）穿过扣板（1.3）上的螺栓孔将滑轮上夹环（1.1）、滑轮下夹环（1.2）连接成整体；同时在穿管沟（8）边按单次穿管长度分别组焊需穿越的剩余管道；
步骤五，穿第一组管；
A、管道起吊，在穿管沟（8）侧根据管道（3）的长度、重量、吊车工作半径选用多台吊车（14）联合将管道吊起，吊车（14）沿管道（3）长向间隔分布；
B、管道中间助拉，在混凝土套管（6）后方的穿管沟（8）内设置卷扬机II（20）并配备滑轮组II（21），其中定滑轮固定安装在卷扬机II底部的平台II（19）上，卷扬机II（20）的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组II（21）固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与包裹在管道（3）上的双软吊带（18）通过钢丝绳锁紧，启动卷扬机，将钢管穿入套管内；
步骤六，在第一组待穿管道穿入混凝土套管（6）至末端剩余1m时停止穿管，用多台吊车联合将穿管沟边组焊的第二组待穿管道下至穿管沟（8）底部，进行两组管道的对口焊接、检测、防腐，然后准备穿第二组管；
A、管道前端牵引，在混凝土套管（6）前方的顶管坑（9）内设置卷扬机I（10）并配备滑轮组I（11），其中定滑轮固定安装在卷扬机I底部的平台（12）上，卷扬机I（10）的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组I（11）固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与管道（3）通过钢丝绳（13）进行连接，管道（3）的头部焊接锥形头（2），锥形头（2）头部焊接牵引鼻子（17），牵引鼻子（17）上安装一个万向节，由万向节与钢丝绳（13）连接；
B、管道起吊，在穿管沟（8）侧根据管道（3）的长度、重量、吊车工作半径选用多台吊车（14）联合将管道吊起，吊车（14）沿管道（3）长向间隔分布；
C、管道中间助拉，在混凝土套管（6）后方的穿管沟（8）内设置卷扬机II（20）并配备滑轮组II（21），其中定滑轮固定安装在卷扬机II底部的平台II（19）上，卷扬机II（20）的钢丝绳穿过动滑轮与定滑轮组成的滑轮组II（21）固定在动滑轮固定端上，动滑轮大吊鼻子与包裹在管道（3）上的双软吊带（18）通过钢丝绳锁紧；
D、管道后端推动，在穿管沟（8）中的管道（3）后端安一个钢保护套，然后用推土机（15）进行辅助推进；
步骤七，按照步骤六依次进行剩余管道的下管及穿管工作，直至穿管完成。
6.根据权利要求5所述的长距离套管内穿管施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤二，单次穿管长度超过100m时，穿管沟（8）底宽为管径加2m宽工作面，穿管沟（8）前40m长的底标高同混凝土套管内底，40m以后按1：7放坡至地面，支护方式需根据现场土质、水位、深度等情况进行确定。
7.根据权利要求5所述的长距离套管内穿管施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤三，穿管前将混凝土套管（6）内所有突出物件全部清除，接口错台部分打磨顺直、光滑，穿管前在穿管沟（8）侧的混凝土套管（6）下部端口处垫钢板或方木对混凝土套管管口进行保护。
8.根据权利要求5所述的长距离套管内穿管施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤四，在管道（3）上每隔12m在滑轮总成（1）后侧50cm处安装一套镯式阳极（7），镯式阳极突出部分进行压缩，同时在滑轮上夹环（1.1）的滑轮之间做三条铠装电缆连通镯式阳极（7），穿管完成后测试镯式阳极的连通情况。
9.根据权利要求5所述的长距离套管内穿管施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤五B中平台II（19）是由工字钢搭设而成，平台II（19）高出管道（3），平台II（19）底部由支腿支撑于穿管沟（8）底。
10.根据权利要求5所述的长距离套管内穿管施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤六A中，平台I（12）是由工字钢搭设而成，平台I（12）底部与顶管坑（9）底的预埋件焊接固定。
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