CN105605335B - 一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及管道铺设及运输技术领域，具体的讲是一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管,包括外钢套、外保护层、钢承口、钢筒、保护层纵筋、预应力钢丝、注浆管、钢插口组成,利用了钢承口与钢插口柔性承插的方式将两个混凝土管连接在一起，可抗一定程度的地震、不均匀沉降及热胀冷缩，并且设置有注浆管，当触变泥浆达到一定压力时，可以通过注浆管从注浆孔溢出，充满钢套环后均匀流向管壁，提高了减阻效果，本发明同时解决了钢筋混凝土管道耐内水压能力差的缺点，并且使得预应力钢筒混凝土管可以用于顶管中，而且在大口径管道的制造中不存在随着外保护层厚度增加承载力反而下降的问题，可以承受高埋深、高压力。

Description

一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管
技术领域
本发明涉及管道铺设及运输技术领域，具体的讲是一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管。
背景技术
随着城市规模的不断扩大，地下管网输送水量日益增加，传统管道标准在管道直径系列方面的适用范围显得捉襟见肘。例如：钢筋混凝土管道标准最大直径为DN4000mm，预应力钢筒混凝土管最大直径为DN3500mm；钢筋混凝土管由于自身限制不能用于供水，但可以用于顶管；预应力钢筒混凝土管只能用于小直径、低工压供水管，不能用于非开挖、高埋深、中高压供水领域。
同时随着管道技术的逐渐成熟，管道的铺设问题愈发无法忽视，目前的铺设方式均是将道路挖开，进行管道铺设，这样不仅破坏路面，造成交通堵塞，环境污染，常常会因为铺设一条新管道而不小心对另一条管道造成损坏，导致施工量增大，而且还会对周围的居民造成很大的生活影响，在挖开道路时会将挖出的土堆在道路的一侧，这样很容易发生塌方，会对施工人员的人身安全造成很大威胁，为此有人提出了利用顶进铺设的方法，但是在铺设的过程中却很容易发生管道弯折、顶偏的现象，因此这种想法一直得不到有效的实施。为此设计一种可以轻松实施管道顶进施工，不易发生弯折和偏移情况的大口径预应力钢筒混凝土管是十分有必要的。
发明内容
本发明突破了现有技术的难题，设计了一种可以轻松实施管道顶进施工不易发生弯折和偏移情况的大口径预应力钢筒混凝土管。
为了达到上述目的，本发明设计了设计了一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管，包括外钢套、外保护层、钢承口、钢筒、保护层纵筋、预应力钢丝、注浆管、钢插口组成，其特征在于：所述钢筒的内部设有内保护层，钢筒外包裹有管芯混凝土，管芯混凝土层外缠绕固定有预应力钢丝，预应力钢丝外设有外保护层，外保护层属钢筋混凝土，外保护层内部的钢筋是由保护层纵筋和保护层环筋相互编织固定形成，钢筒的两端分别焊接固定了钢承口和钢插口，固定有钢承口的一端称为承口端，固定有钢插口的一端称为插口端，钢承口一端的外保护层中固定有外钢套锚筋，外钢套锚筋上焊接有外钢套，外钢套的外缘与外保护层的外侧平齐，承口端的外保护层外侧设有凹槽一，外钢套安装在凹槽一内；承口端设置有端部钢筋，端部钢筋与钢承口焊接固定，并且端部钢筋还与外保护层中的保护层纵筋、保护层环筋固定在一起；插口端的钢插口上分别设有止回阀、排气孔、试压孔和“O”型橡胶圈，钢插口上设置的止回阀与注浆管的一端相连通，钢插口上的试压孔两侧设置有两道安装凹槽，两道安装凹槽内安装有“O”型橡胶圈，插口端的外保护层端面外侧设有钢套环，钢套环与注浆口之间形成凹槽二，凹槽二内安装有橡胶圈，注浆管与注浆口的另一端相连通，所述注浆管位于插口端的端面。
所述外钢套的内径尺寸与钢筒另一端外保护层外缘上方的钢套环的外径尺寸相同。
所述钢承口的内径尺寸与钢插口的外径尺寸相适配。
所述橡胶圈为楔形橡胶圈。
所述注浆管呈“7”字形，其弯折角度为120°。
所述预应力钢丝的直径为7mm，强度等级为1570MPa，缠丝张拉力45.3KN。
所述外保护层为强度等级为C50的混凝土层。
所述试压孔、排气孔和注浆口的个数均为3个,沿环向120°均布。
本发明与现有技术相比，设计了一种新型结构的钢筒混凝土管，设计利用了钢承口与钢插口柔性承插的方式将两个混凝土管连接在一起，可抗一定程度的地震、不均匀沉降及热胀冷缩，并且设置有注浆管，当触变泥浆达到一定压力时，可以通过注浆管从注浆孔溢出，充满钢套环后均匀流向管壁，提高了减阻效果，本发明同时解决了钢筋混凝土管道耐内水压能力差的缺点，并且使得预应力钢筒混凝土管可以用于顶管中，而且在大口径管道的制造中不存在随着外保护层厚度增加承载力反而下降的问题，可以承受高埋深、高压力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
参见图1，1为钢筒，2为外保护层，3为保护层纵筋，4为保护层环筋，5为预应力钢丝，6为外钢套，7为外钢套锚筋，8为钢承口，9为端部钢筋，10为内保护层，11为注浆管，12为钢插口，13为试压孔，14为排气孔，15为O型橡胶圈，16为止回阀，17为注浆口，18为橡胶圈，19为钢套环。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步描述。
参见图1，本发明设计了一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管，包括外钢套、外保护层、钢承口、钢筒、保护层纵筋、预应力钢丝、注浆管、钢插口组成，所述钢筒1的内部设有内保护层10，钢筒1外包裹有管芯混凝土，管芯混凝土层外缠绕固定有预应力钢丝5，预应力钢丝5外设有外保护层2，外保护层2属钢筋混凝土，外保护层2内部的钢筋是由保护层纵筋3和保护层环筋4相互编织固定形成，钢筒1的两端分别焊接固定了钢承口8和钢插口12，固定有钢承口8的一端称为承口端，固定有钢插口12的一端称为插口端，钢承口8一端的外保护层2中固定有外钢套锚筋7，外钢套锚筋7上焊接有外钢套6，外钢套6的外缘与外保护层2的外侧平齐，承口端的外保护层2外侧设有凹槽一，外钢套6安装在凹槽一内；承口端设置有端部钢筋9，端部钢筋9与钢承口8焊接固定，并且端部钢筋9还与外保护层2中的保护层纵筋3、保护层环筋4固定在一起；插口端的钢插口12上分别设有止回阀16、排气孔14、试压孔13和“O”型橡胶圈15，钢插口12上设置的止回阀16与注浆管11的一端相连通，钢插口12上的试压孔13两侧设置有两道安装凹槽，两道安装凹槽内安装有“O”型橡胶圈15，插口端的外保护层2端面外侧设有钢套环19，钢套环19与注浆口17之间形成凹槽二，凹槽二内安装有橡胶圈18，注浆管11与注浆口17的另一端相连通，所述注浆管11位于插口端的端面。
本发明中外钢套6的内径尺寸与钢筒1另一端外保护层2外缘上方的钢套环19的外径尺寸相同，便于相互承插连接，属于柔性接口，可以抵抗一定程度的地震、不均匀沉降和热胀冷缩。
本发明中橡胶圈18为楔形橡胶圈，有效的阻止了管外泥土进入接口部位而造成的纠偏困难。
本发明中钢承口8的内径尺寸与钢插口12的外径尺寸相适配，可确保管道在设计工作压力范围中不发生渗漏。
本发明新中注浆管18呈“7”字形，其弯折角度为120°，并且整个注浆管贯穿了预应力层、非预应力层，当触变泥浆得到一定压力时，可以从注浆管中溢出，充满钢套环后均匀流向管壁，使减阻效果大大提高，同时注浆管的直径与数量可以依据管道的不同进行调整。
本发明中预应力钢丝5的直径为7mm，强度等级为1570MPa，缠丝张拉力45.3KN，当地质条件较差时可以适当的增加预应力钢丝，使得可以适应各种工况下的动载、静载、侧向土压力、管道自重、输送介质纵梁及地下水浮力。
本发明中外保护层2为强度等级为C50的混凝土层，提高了管道的强度及承载能力。
本发明新中试压孔13、排气孔14和注浆口17的个数均为3个,沿环向120°均布，确保了本发明的强度稳定，不会轻易产生损坏。
本发明的制备方式如下：
步骤一：采用辊焊机自动焊接，将所需直径的模具安装到辊焊机上，并将钢带的一端与模具相固定，启动辊焊机制造出钢筒；
步骤二：将钢承口和钢插口焊接在钢筒的两端，并且在钢插口上预留出排气孔、试压孔和注浆孔；
步骤三：对焊接了钢承口和钢插口的钢筒进行水压试验；
步骤四：将第一次成型模具安装到底模上，再将经过水压试验合格的钢筒安装在第一次成型模具中，装上顶模完成支模模具装配；
步骤五：将混泥土浇筑进支模中，采用振捣成型的方法形成第一成型管道；
步骤六：将第一成型管道经过蒸汽养护和自然养护后脱模形成管道；
步骤七：在脱模形成的管道外缘缠绕预应力钢丝形成预制预应力管道；
步骤八：将预制预应力管道放在二次成型专用底模上，将钢筋笼装在预制预应力管道与二次成型专用底模之间，然后安装注浆管、钢套环，之后将顶模安装好，形成二次成型预制管道；
步骤九：将混凝土浇筑进二次成型预制管道，经过振捣成型形成预制大口径预应力混凝土管；
步骤十：将预制大口径预应力混凝土管进行养护，然后脱模，形成大口径预应力混凝土管；
步骤十一：在大口径预应力混凝土管的承口端外部安装外钢套，然后即可出厂使用。
在具体的铺设中本发明采用顶进施工的铺设方法，通过铰刀或者钻头将土壤钻孔，之后将管道顶进，在钻孔时出现的泥土通过注水形成泥浆，再通过泥浆泵将泥浆抽出输送到底面，避免了路边堆积大量的土堆，对施工造成一定的安全威胁，同时本发明接口部位设置有外钢套，可防止顶进时土壤进入接口之间的夹缝，导致纠偏困难，而且“O”型密封圈具有止水的效果，且属柔性接口，可以抵抗一定的地震、不均匀沉降及热胀冷缩的发生，同时在本发明的端面增加了端部钢筋，确保顶进时管端不会损坏，使得管道就会在顶力作用下不断前进，直到从接收井出洞。
本发明具有由焊接在一起的钢制承口、钢筒、钢制插口组成的密封结构，在顶进施工完毕后的水压试验过程中，可以保持管道无渗漏。
本发明经过大量试验研究，突破现有设计理论进行的结构设计，可保证管道在很深的地下顶进时，不会在受到土壤压力、地下水浮力、内水压力、自重等外力组合作用下而造成破坏。
本发明与现有技术相比，设计了一种新型结构的钢筒混凝土管，并且满足以上对于管道的各方面的要求，设计利用了钢承口与钢插口柔性承插的方式将两个混凝土管连接在一起，可抗一定程度的地震、不均匀沉降及热胀冷缩，并且设置有注浆管，当触变泥浆达到一定压力时，可以通过注浆管从注浆孔溢出，充满钢套环后均匀流向管壁，提高了减阻效果，本发明同时解决了钢筋混凝土管道耐内水压能力差的缺点，并且使得预应力钢筒混凝土管可以用于顶管中，而且在大口径管道的制造中不存在随着外保护层厚度增加承载力反而下降的问题，可以承受高埋深、高压力。

Claims (6)

1.一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管，包括外钢套、外保护层、钢承口、钢筒、保护层纵筋、预应力钢丝、注浆管、钢插口组成，其特征在于：所述钢筒(1)的内部设有内保护层(10)，钢筒(1)外包裹有管芯混凝土，管芯混凝土层外缠绕固定有预应力钢丝(5)，预应力钢丝(5)外设有外保护层(2)，外保护层(2)属钢筋混凝土，外保护层(2)内部的钢筋是由保护层纵筋(3)和保护层环筋(4)相互编织固定形成，钢筒(1)的两端分别焊接固定了钢承口(8)和钢插口(12)，固定有钢承口(8)的一端称为承口端，固定有钢插口(12)的一端称为插口端，钢承口(8)一端的外保护层(2)中固定有外钢套锚筋(7)，外钢套锚筋(7)上焊接有外钢套(6)，外钢套(6)的外缘与外保护层(2)的外侧平齐，承口端的外保护层(2)外侧设有凹槽一，外钢套(6)安装在凹槽一内；承口端设置有端部钢筋(9)，端部钢筋(9)与钢承口(8)焊接固定，并且端部钢筋(9)还与外保护层(2)中的保护层纵筋(3)、保护层环筋(4)固定在一起；插口端的钢插口(12)上分别设有止回阀(16)、排气孔(14)、试压孔(13)和“O”型橡胶圈(15)，钢插口(12)上设置的止回阀(16)与注浆管(11)的一端相连通，钢插口(12)上的试压孔(13)两侧设置有两道安装凹槽，两道安装凹槽内安装有“O”型橡胶圈(15)，插口端的外保护层(2)端面外侧设有钢套环(19)，钢套环(19)与注浆口(17)之间形成凹槽二，凹槽二内安装有楔形橡胶圈(18)，注浆管(11)与注浆口(17)的另一端相连通，所述注浆管(11)位于插口端的端面，所述注浆管(11)呈“7”字形，其弯折角度为120°。
2.根据权利要求1所述的一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管，其特征在于：所述外钢套(6)的内径尺寸与钢筒(1)另一端外保护层(2)外缘上方的钢套环(19)的外径尺寸相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管，其特征在于：所述钢承口(8)的内径尺寸与钢插口(12)的外径尺寸相适配。
4.根据权利要求1所述的一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管，其特征在于：所述预应力钢丝(5)的直径为7mm，强度等级为1570MPa，缠丝张拉力45.3KN。
5.根据权利要求1所述的一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管，其特征在于：所述外保护层(2)为强度等级为C50的混凝土层。
6.根据权利要求1所述的一种用于顶进施工的大口径预应力钢筒混凝土管，其特征在于：所述试压孔(13)、排气孔(14)和注浆口(17)的个数均为3个,沿环向120°均布。
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Inventor after: Xuan Feng

Inventor after: Tao Zhefeng

Inventor after: Gong Bin

Inventor before: Fan Xuelian

Inventor before: Yao Jie

Inventor before: Wang Xiaopeng

Inventor before: Gu Bin

Inventor before: Zhang Haifeng

Inventor before: Wang Tao

Inventor before: Xu Yingwu

Inventor before: Wang Jianbin

Inventor before: Zhen Li

Inventor before: Wang Hongtao

Inventor before: Zheng Guoxing

Inventor before: Wu Yueren

Inventor before: Ye Xinyuan

Inventor before: Zhong Junbin

Inventor before: Xuan Feng

Inventor before: Tao Zhefeng

Inventor before: Gong Bin

CB03 Change of inventor or designer information
CB02 Change of applicant information

Address after: 200060 long building 22F, 941 Jiaozhou Road, Shanghai, Putuo District

Applicant after: Shanghai Wang water science and Technology Co., Ltd.

Applicant after: Wuxi Huayi Pipeline Co., Ltd.

Address before: 200060 long building 22F, 941 Jiaozhou Road, Shanghai, Putuo District

Applicant before: SHANGHAI VERYLONG CO., LTD.

Applicant before: Wuxi Huayi Pipeline Co., Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
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Inventor after: Fan Xuelian

Inventor after: Yao Jie

Inventor after: Wang Xiaopeng

Inventor after: Gu Bin

Inventor after: Zhang Haifeng

Inventor after: Wang Tao

Inventor after: Xu Yingwu

Inventor after: Wang Jianbin

Inventor after: Zhen Li

Inventor after: Wang Hongtao

Inventor after: Zheng Guoxing

Inventor after: Wu Yueren

Inventor after: Ye Yuanxin

Inventor after: Zhong Junbin

Inventor after: Xuan Feng

Inventor after: Tao Zhefeng

Inventor after: Gong Bin

Inventor before: Fan Xuelian

Inventor before: Yao Jie

Inventor before: Wang Xiaopeng

Inventor before: Gu Bin

Inventor before: Zhang Haifeng

Inventor before: Wang Tao

Inventor before: Xu Yingwu

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Inventor before: Zhen Li

Inventor before: Wang Hongtao

Inventor before: Zheng Guoxing

Inventor before: Wu Yueren

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Address after: 200060 long building 22F, 941 Jiaozhou Road, Shanghai, Putuo District

Co-patentee after: Wuxi Huayi Pipeline Co., Ltd.

Patentee after: Shanghai wanlang Water Technology Group Co., Ltd

Address before: 200060 long building 22F, 941 Jiaozhou Road, Shanghai, Putuo District

Co-patentee before: Wuxi Huayi Pipeline Co., Ltd.

Patentee before: Shanghai Wang water science and Technology Co., Ltd.

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