CN105092181B - 一种顶管施工中管节密封性测试试验方法 - Google Patents
一种顶管施工中管节密封性测试试验方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种顶管施工中管节密封性测试试验装置和试验方法，动力加载油缸安装在反力支架横梁上，反力支架横梁固定在两反力支架立柱上；反力支架斜撑一端与反力支架横梁连接，另一端与反力支架底座连接；反力支架底座通过地锚螺栓与地面固定。压力表设置在外套管的外侧，用以监测外套管与试验管道间的泥水压力。加压水泵与外套管预留连接管连接，加压水泵与外套管预留连接管之间设有单向闸；加压水泵用以向外套管与试验管道间的泥水加注压力，待达到试验测试压力后，关闭单向阀，使泥水压力保持在验测试压力。本装置结构简单，各部件易加工，本装置可反复多次重复试验，并安全、可靠、高效、经济、实用。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型密封性测试试验装置和试验方法，特别适用于管节密封性测试和顶管始发、接收止水装置密封性测试，属于管幕顶管施工技术领域。
背景技术
管幕顶管施工特别是泥水平衡顶管机施工主要应用与含水量大的富水复杂地层，其施工难点是：轨迹精度控制、地表沉降控制、水土流失控制，这都与顶管施工中密封止水效果密不可分的，特别是高水压条件下对止水密封效果要求更高。顶管施工中最容易发生失水的部位是顶管始发、接收和管节连接处，顶管施工始发、接收止水主要通过洞口的止水帘幕来达到止水密封效果的，止水帘幕因材料、厚度、外漏的长度不同都影响的着止水密封效果，顶管管节间的密封主要是管节连接处的结构构造和橡胶密封圈来完成的，管节连接处的结构构造多样，橡胶密封圈性能不同都影响的着止水密封效果。顶管始发、接收和管节连接处均很难再数据模型中完成模拟真实的效果，通过本装置可以真实的检测各部位的密封效果，正确的指导施工。
发明内容
本发明的目的就在于真实反应顶管施工中顶管始发、接收和管节连接处密封效果，正确的指导施工。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种顶管施工中管节密封性测试试验装置和试验方法，该试验装置包括反力墙1、外套管2、外套管端头封盖3、试验管道封板4、试验管道5、始发及接收止水装置6、管道加载横梁9、动力加载油缸10、反力支架横梁11、反力支架斜撑12、反力支架底座13、反力支架立柱14、外套管支座 15、压力表16、加压水泵17、单向闸阀18、外套管预留连接管19、螺栓20。始发及接收止水装置6包括两道橡胶板止水帘幕7、调节挡板8。
外套管端头封盖3安装密封在外套管2的一端端面，外套管端头封盖3及外套管2安装在外套管支座15上，外套管端头封盖3与反力墙1相贴合；2-3个试验管道5以此相连接，试验管道5的一端设有试验管道封板4，试验管道5的另一端设有管道加载横梁9；外套管2另一端设有始发及接收止水装置6；两道橡胶板止水帘幕7中的内止水帘幕设置在试验管道5的内壁面上，调节挡板8设置在始发及接收止水装置6的最外层，两道橡胶板止水帘幕7中的外止水帘幕与调节挡板8连接，调节挡板8沿试验管道5的径向上设置椭圆形的螺栓孔，通过调节螺栓20调节外止水帘幕伸出外漏长度，从而调整橡胶止水帘幕密封效果。
动力加载油缸10安装在反力支架横梁11上，反力支架横梁11 固定在两反力支架立柱14上；反力支架斜撑12一端与反力支架横梁11连接，另一端与反力支架底座13连接；反力支架底座13通过地锚螺栓与地面固定。
压力表16设置在外套管2的外侧，用以监测外套管2与试验管道5间的泥水压力。
加压水泵17与外套管预留连接管19连接，加压水泵17与外套管预留连接管19之间设有单向闸阀18；加压水泵17用以向外套管 2与试验管道5间的泥水加注压力，待达到试验测试压力后，关闭单向闸阀18，使泥水压力保持在验测试压力。
动力加载油缸10与管道加载横梁9连接。
具体而言，反力墙1：管幕施工一般在0.3Mpa(水压高差30m) 左右就属于高水压条件下，反力墙最多考虑2Mpa强度，可考虑采用素混泥土重力挡墙，这样反力墙体较厚，占用空间较大；也可采用钢筋混泥土反力墙，并设置一定深度的基础，这样反力墙墙体较薄，占用空间小。
反力支架2：反力支架是个可方便移动拆卸的装置，这样方便试验管道安装在外套管内，反力支架采用钢框架结构，分为反力支架底座13、反力支架立柱14、反力支架横梁11、反力支架斜撑12。反力支架底座13采用地锚螺栓与地面固定在一起；反力支架底座13 有若干个反力支架立柱连接板，可根据试验需要将反力支架立柱固定在适当距离的位置上，反力支架底座13与反力支架立柱14之间采用螺栓固定连接；反力支架立柱14与反力支架横梁11之间采用螺栓固定连接，动力加载油缸10支撑在反力支架横梁11上；反力支架横梁11与反力支架底座13之间安装反力支架斜撑12，以保证反力支架整体稳定。
动力加载油缸10：单根油缸，推动管道移动，动力加载油缸顶进外套管和管道间的泥水压力增大；动力加载油缸回收外套管和管道间的泥水压力减少。动力加载油缸一端与反力支架横梁相连，采用螺栓固定，另一端与管道加载横梁相连，采用螺栓固定，因为动力加载油缸送给的压力较小，动力加载油缸会因重力作用影响动力加载油缸稳定，因此安装螺栓固定动力加载油缸。
管道加载横梁9：管道加载横梁9为空心的方钢结构，动力加载油缸10通过加载横梁将力传递到试验管道5上，这样动力加载油缸 10所施加的力可以与试验管道5在同一轴线上，保证整个密封性测试试验装置的稳定。
试验管道5：需要检测的管道，一般要有2、3个试验管道，这样就可以检测管连接的密封效果。
试验管道封板4：在试验水压力下不会变形的钢板，将此钢板直接焊接在试验管道的端头，使其密封，不渗漏水。
外套管2：外套管直径比试验管道略大，采用钢板整体至少卷制整形，采用埋弧焊进行直缝焊接，焊接质量要达到焊缝质量等级二级的要求，两端设法兰盘连接外套管端头封盖和始发、接收止水装置。
外套管端头封盖3：外套管端头封盖是外套管一端的封堵装置，该装置整体焊接，一边安装法兰盘，采用螺栓与外套管2连接，中间夹密封橡胶垫，以保证外套管2的密封性。
外套管支座15：外套管支座支托外套管，底部与地面固定。
始发、接收止水装置：是顶管始发、接收止水装置，主要由止水钢管段和两端的橡胶止水帘幕组成。要求在施工水压下橡胶止水帘幕仍能紧压管道外壁，保证始发、接收止水效果。
橡胶板止水帘幕7：橡胶止水帘幕是始发、接收止水装置的一部分，根据橡胶止水帘幕材料性能、帘幕大小、帘幕的厚度、帘幕外漏长度不同，橡胶止水帘幕止水效果也不同。
调节挡板8：是始发、接收止水装置最外层的挡板，沿半径方向设置椭圆形的螺栓孔，可以调节橡胶止水帘幕外漏长度，从而调整橡胶止水帘幕密封效果，指导施工中始发接收止水装置6的橡胶板止水帘幕7外漏尺寸，确保止水密封效果。
压力表16：压力表连接在外套管的外侧，监测外套管2与试验管道5间泥水压力，量程在1.0Mpa。
加压水泵17：加压水泵向外套管与试验管道间的泥水加注压力，待达到试验测试压力后，关闭单向闸阀18，使泥水压力保持在验测试压力。
单向闸阀18：一端连接外套管2，一端连接加压水泵17，控制外套管2内加压的闸阀。
外套管预留连接管19：预留在外套管外侧的连接管，连接管带有与阀门连接的丝扣。
本发明具有如下的优点和积极效果：
1、本装置能真实的验证管施工中顶管始发、接收和管节连接处密封效果，正确的指导施工。
2、本装置结构简单，各部件易加工，动力加载油缸和加压水泵易购买。
3、本装置快速调整止水橡胶帘幕外漏长度，来验证止水橡胶帘幕外漏长度与泥水压力的关系，更好更快的指导施工。
4、本装置安装摄像记录设备，可以重复细致的观察渗漏水情况和密封装置变形情况，为以后改进密封装置提供了真实可靠材料，知道密封装置渗漏薄弱处，方便了密封装置今后的改进。
5、本装置可反复多次重复试验，并安全、可靠、高效、经济、实用。
附图说明
图1是密封性测试试验装置立面示意图
图2是密封性测试试验装置平面示意图
图3是密封性测试试验装置调节挡板构造示意图
图中：1、反力墙，2、外套管，3、外套管端头封盖，4、试验管道封板，5、试验管道，6、始发及接收止水装置，7、橡胶板止水帘幕，8、调节挡板，9、管道加载横梁，10、动力加载油缸，11、反力支架横梁，12、反力支架斜撑，13、反力支架底座，14、反力支架立柱，15、外套管支座，16、压力表，17、加压水泵，18、单向闸阀，19、外套管预留连接管，20、螺栓。
具体实施方式
密封性测试试验装置安装方法依照下列步骤进行：
S1外套管端头封盖3与外套管2一端采用螺栓连接，中间夹密封橡胶垫，以保证外套管的密封性，始发及接收止水装置6与外套管2另一端采用螺栓连接，中间夹一道橡胶板止水帘幕7，最外侧采用调节挡板8固定另一道橡胶板止水帘幕7，要求所有螺栓必须拧紧；
S2外套管支座15在适宜的位置与地面固定；
S3采用起吊设备将外套管端头封盖3与外套管2固定在外套管支座15上，外套管端头封盖3并紧贴反力墙1；
S4反力支架底座13在适宜的位置与地面固定；
S5试验管道5一端焊接试验管道封板4，另一端安装另一根试验管道5，形成试验管道5与试验管道5的连接，可检测该连接处的密封性，连接的工艺与现场施工要求相同；
S6采用起吊设备将试验管道5吊起并推进外套管2内，试验管道封板4离外套管端头封盖3控制在30～40cm左右，方便试验的展开；
S7在适宜的位置安装反力支架立柱14和反力支架横梁11，要求反力支架立柱14距试验管道5有一个动力加载油缸10的长度，反力支架横梁11高度与试验管道5中心高度相同；
S8安装管道加载横梁9和动力加载油缸10，管道加载横梁9、动力加载油缸10与试验管道5中心线在同一条直线上，并用螺栓固定动力加载油缸10。
S9安装加压水泵17、单向闸阀18和压力表16，并注水加压，检查整个密封性测试试验装置的密封性，局部渗漏水处加紧螺栓处理，直至密封性测试试验装置密封良好。
S10为了方便观测始发及接收装置6和管节连接处密封效果，在试验管道5内安装照明设备，并在接缝处(可能渗漏水的部位)安装摄像头，摄像头一端连接录像存储设备，方便以后重复细致观测密封变形情况。
密封性测试试验装置使用方法依照下列步骤进行：
S1打开单向闸阀18，开启加压水泵17向外套管2内注入泥浆水模拟饱和富水地层，观察压力表16待达到试验水压后关闭单向闸阀18再关闭加压水泵17，若压力表16压力有所下降可略微推进动力加载油缸10使之达到试验水压；
S2在持压状态下通过摄像头观察接缝处的密封情况；
S3若始发及接收止水装置6从橡胶板止水帘幕7与试验管道5 之间有渗漏水，可降低压力为零，将调节挡板8向下调整，减小橡胶板止水帘幕7的外漏长度，重新加到试验水压力，继续试验观察，直至达到密封效果；
S4若调节挡板8仍不能达到密封效果，可调整始发及接收止水装置6处的橡胶板止水帘幕7的厚度、材料性能等其它参数，重新试验；若试验管道5连接处渗漏水，调整各试验管道5。
Claims (1)
1.一种顶管施工中管节密封性测试试验方法，实现该方法的试验装置包括反力墙(1)、外套管(2)、外套管端头封盖(3)、试验管道封板(4)、试验管道(5)、始发及接收止水装置(6)、管道加载横梁(9)、动力加载油缸(10)、反力支架横梁(11)、反力支架斜撑(12)、反力支架底座(13)、反力支架立柱(14)、外套管支座(15)、压力表(16)、加压水泵(17)、单向闸阀(18)、外套管预留连接管(19)、螺栓(20)；始发及接收止水装置(6)包括两道橡胶板止水帘幕(7)、调节挡板(8)；
外套管端头封盖(3)安装密封在外套管(2)的一端端面，外套管端头封盖(3)及外套管(2)安装在外套管支座(15)上，外套管端头封盖(3)与反力墙(1)相贴合；2-3个试验管道(5)以此相连接，试验管道(5)的一端设有试验管道封板(4)，试验管道(5)的另一端设有管道加载横梁(9)；外套管(2)另一端设有始发及接收止水装置(6)；两道橡胶板止水帘幕(7)中的内止水帘幕设置在试验管道(5)的内壁面上，调节挡板(8)设置在始发及接收止水装置(6)的最外层，两道橡胶板止水帘幕(7)中的外止水帘幕与调节挡板(8)连接，调节挡板(8)沿试验管道(5)的径向上设置椭圆形的螺栓孔，通过调节螺栓(20)调节外止水帘幕伸出外漏长度，从而调整橡胶止水帘幕密封效果；
动力加载油缸(10)安装在反力支架横梁(11)上，反力支架横梁(11)固定在两反力支架立柱(14)上；反力支架斜撑(12)一端与反力支架横梁(11)连接，另一端与反力支架底座(13)连接；反力支架底座(13)通过地锚螺栓与地面固定；
压力表(16)设置在外套管(2)的外侧，用以监测外套管(2)与试验管道(5)间的泥水压力；
加压水泵(17)与外套管预留连接管(19)连接，加压水泵(17)与外套管预留连接管(19)之间设有单向闸阀(18)；加压水泵(17)用以向外套管(2)与试验管道(5)间的泥水加注压力，待达到试验测试压力后，关闭单向闸阀(18)，使泥水压力保持在验测试压力；
动力加载油缸(10)与管道加载横梁(9)连接；
其特征在于：该方法包括安装方法和试验方法，安装方法依照下列步骤S1-S10进行：
S1外套管端头封盖(3)与外套管(2)一端采用螺栓连接，中间夹密封橡胶垫，以保证外套管的密封性，始发及接收止水装置(6)与外套管(2)另一端采用螺栓连接，中间夹一道橡胶板止水帘幕(7)，最外侧采用调节挡板(8)固定另一道橡胶板止水帘幕(7)，要求所有螺栓必须拧紧；
S2外套管支座(15)在适宜的位置与地面固定；
S3采用起吊设备将外套管端头封盖(3)与外套管(2)固定在外套管支座(15)上，外套管端头封盖(3)并紧贴反力墙(1)；
S4反力支架底座(13)在适宜的位置与地面固定；
S5试验管道(5)一端焊接试验管道封板(4)，另一端安装另一根试验管道(5)，形成试验管道(5)与试验管道(5)的连接，可检测该连接处的密封性，连接的工艺与现场施工要求相同；
S6采用起吊设备将试验管道(5)吊起并推进外套管(2)内，试验管道封板(4)离外套管端头封盖(3)控制在30～40cm左右，方便试验的展开；
S7在适宜的位置安装反力支架立柱(14)和反力支架横梁(11)，要求反力支架立柱(14)距试验管道(5)有一个动力加载油缸(10)的长度，反力支架横梁(11)高度与试验管道(5)中心高度相同；
S8安装管道加载横梁(9)和动力加载油缸(10)，管道加载横梁(9)、动力加载油缸(10)与试验管道(5)中心线在同一条直线上，并用螺栓固定动力加载油缸(10)；
S9安装加压水泵(17)、单向闸阀(18)和压力表(16)，并注水加压，检查整个密封性测试试验装置的密封性，局部渗漏水处加紧螺栓处理，直至密封性测试试验装置密封良好；
S10为了方便观测始发及接收装置(6)和管节连接处密封效果，在试验管道(5)内安装照明设备，并在接缝处安装摄像头，摄像头一端连接录像存储设备，方便以后重复细致观测密封变形情况；
试验方法按照S1-S4实施：
S1打开单向闸阀(18)，开启加压水泵(17)向外套管(2)内注入泥浆水模拟饱和富水地层，观察压力表(16)待达到试验水压后关闭单向闸阀(18)再关闭加压水泵(17)，若压力表(16)压力有所下降可略微推进动力加载油缸(10)使之达到试验水压；
S2在持压状态下通过摄像头观察接缝处的密封情况；
S3若始发及接收止水装置(6)从橡胶板止水帘幕(7)与试验管道(5)之间有渗漏水，可降低压力为零，将调节挡板(8)向下调整，减小橡胶板止水帘幕(7)的外漏长度，重新加到试验水压力，继续试验观察，直至达到密封效果；
S4若调节挡板(8)仍不能达到密封效果，可调整始发及接收止水装置(6)处的橡胶板止水帘幕(7)的厚度、材料性能参数，重新试验；若试验管道(5)连接处渗漏水，调整各试验管道(5)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |