CN107883113B - 一种可调型管道内支架加固系统及其加固方法 - Google Patents

Abstract

一种可调型管道内支架加固系统及其加固方法，加固系统包括至少一榀加固圆环支架，加固圆环支架主体和调节装置，主体的一个端部为约束端，另一个端部为滑动端，滑动端叠合在约束端的外侧，调节装置包括约束端螺块、滑动端螺块和双向螺杆，每根双向螺杆的两个外螺纹段与每组约束端螺块和滑动端螺块的内螺纹分别通过螺纹连接。本加固方法包括管道现状检定、设计制作加固圆环支架、调节装置扩张主体贴合等步骤。本发明对破损管线进行结构性非开挖修复，径向张力使支架与待加固结构密贴，新旧结构协同工作弥补破损管道断面尺寸的不规则变化，保障加固质量，简化修复工艺，延长管道使用寿命。

Description

一种可调型管道内支架加固系统及其加固方法

技术领域

本发明属于地下管道加固领域，特别是一种可调型内支架加固系统及其施工方法。

背景技术

地下管线是城市运行的生命线，但由于各个时期的经济和建设水平不同，地下管线质量存在很大差异。随着时间增长，许多地下管线已接近使用寿命，甚至是“超期服役”，此问题在老旧城区更是明显。近年来，道路塌陷事故频发，究其原因，往往是老旧地下管线渗漏、破坏、甚至坍塌所致。

地下管线多位于城市主要交通道路下方，无法大规模开挖修复。因此非开挖修复是目前国际上公认的老旧管道最为简单经济的修复方法，该技术节省了时间及工程费用，强化了原管道的功能，延长了使用寿命。目前，常见的管道非开挖修复主要分为柔性和刚性两类。由于修复材料的自身特性，柔性修复对管道变形的抵抗能力较差，如增设管道塑料内衬方式等，因此主要以外观修复为主，对结构损伤较大的老旧管线无法解决其管道结构性损伤的问题。而刚性修复一般采用不锈钢内衬管，将薄壁不锈钢管焊接成型后，使用牵引动力将不锈钢内衬管从待加固管道的一端牵引至另一端，不锈钢管内衬管穿插完毕之后对其进行充压，在保压情况下对内衬管与原管线之间的缝隙进行注浆固化作业。刚性加固结构具备一定的承载能力，结构断面尺寸较大，因此会损失较多的过水面积。此外，由于待加固管道损伤情况的不确定性，破损管道断面尺寸的不规则变化，预制的修复结构不能充分与待加固管道协同工作，加固构件与被加固管线的适配性不佳，现场制作修复结构又受到场地、环境的限制，加固工作断面小，对加固结构的型式、尺寸及施工方法均有制约。

因此，亟需一种安全、可靠的管道修复技术对产生结构性损伤的老旧管线进行加固补强，延长其使用寿命，确保道路行车安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调型管道内支架加固系统及其加固方法，要解决现有的非开挖修复老旧管道时柔性修复存在抵抗能力较差无法解决管道结构性损伤的技术问题；还要解决刚性修复时存在结构断面尺寸较大损失较多的过水面积、新旧结构无法协同工作以及受场地环境限制较大的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可调型管道内支架加固系统，包括沿待加固管道周向设置的至少一榀加固圆环支架，

所述加固圆环支架包括不锈钢件的主体和调节装置，

所述主体为沿待加固管道内径周向弯曲的卷筒，主体展开后的长度大于待加固管道内侧周向的周长，所述主体的一个端部为约束端，另一个端部为滑动端，所述滑动端叠合在约束端的外侧，

所述调节装置包括约束端螺块、滑动端螺块和双向螺杆，所述约束端螺块和滑动端螺块的均为内壁上开有内螺纹、底部封闭的长方体套筒，所述双向螺杆包括分别设置在两个端部的外螺纹段和中部的调节段，两个外螺纹段的螺纹开设方向相反，

所述约束端的内侧共设置有偶数个、沿主体长度方向的中轴对称的约束端螺块，滑动端的内侧、以主体长度方向的中轴对称设有与约束端螺块一一对应的滑动端螺块，滑动端螺块设置于滑动端与约束端叠合位置的内侧，约束端螺块和相应的滑动端螺块成组对齐设置，每组约束端螺块和滑动端螺块的套筒开口相对，

所述双向螺杆包括分别设置在两个端部的外螺纹段和中部的调节段，两个外螺纹段的螺纹开设方向相反，每组约束端螺块和滑动端螺块的内壁上分别设置与两个外螺纹段相配合的内螺纹，每根双向螺杆的两个外螺纹段与每组约束端螺块和滑动端螺块的内螺纹分别通过螺纹连接、调节卷筒的外径大小，所述调节装置调节卷筒的外径范围以外螺纹段的长度与两侧内螺纹的配合深度为基准，所述待加固管道内侧周向的周长在调节装置调节卷筒的直径范围之间。

所述加固圆环支架还包括配合使用的锁定装置和摩擦区，所述锁定装置固定连接在约束端，

所述锁定装置包括自锁销，所述自锁销包括缠绕部和销舌部，所述锁定装置还包括限制自锁销转动的C型槽，由围合在缠绕部三边的上固定板、下固定板和侧板组成，所述锁定装置还包括限制自锁销平动的固定轴，所述固定轴穿过缠绕部的中心，所述销舌部自开口伸出C型槽，

所述摩擦区设置在锁定装置对应的滑动端的内侧表面，所述销舌部的端头与摩擦区自动锁定阻止滑动端后退。

所述约束端螺块的外端面与约束端的端面平齐，所述锁定装置位于偶数个约束端螺块之间的中部，所述销舌部伸出约束端的端面，

所述摩擦区为矩形，位于偶数个滑动端螺块之间的中部，所述摩擦区自滑动端的端面向内设置，所述滑动端螺块的外端面与摩擦区的内边缘平齐。

所述加固圆环支架沿待加固管道为通长型或区段型，所述通长型为一组各榀并列拼接的加固圆环支架沿待加固管道通长设置，所述区段型为一组各榀并列的加固圆环支架沿待加固管道间隔设置。

一种可调型管道内支架加固系统的加固方法，施工步骤如下：

步骤一，进行待加固管道现状检定，通过检测确定需要进行结构性修复的区域；

步骤二，设计加固圆环支架，根据待加固管道现状检定结果，以可调型管道内支架的壁厚作为主要设计指标，根据待加固管道的原有设计承载力与结构损伤后管道的承载能力的差值确定壁厚，同时根据现场施工场地条件确定每榀加固圆环支架的宽度；根据待加固管道破损段的长度及程度，选择加固圆环支架的个数；

步骤三，对待加固管道进行外观处理，修复表面缺陷，然后对加固区段的结构尺寸行进测量，确定加固圆环支架的各部件加工尺寸；

步骤四，在工厂加工加固圆环支架的各部件：在约束端上焊接约束端螺块，在滑动端上的相应位置焊接滑动端螺块，加工双向螺杆；

步骤五，将卷筒外径调节至小于待加固管道的内径并置于管道内，滑动端置于约束端的外侧，约束端螺块与滑动端螺块相对，将双向螺杆的两端分别伸入两侧的螺块内，将调节装置调整至卷筒外径较小的位置，此时卷筒的成环的周长小于待加固管道的内径，定位初装加固圆环支架；

步骤六，然后使用力矩扳手转动双向螺杆的调节段，扩张调节装置，使螺纹外露增加，调节装置扩张带动滑动端后移，由此增大卷筒的成环周长，使其与待加固管道的内壁贴合，调节过程中，使用不锈钢锤检查卷筒与待加固管道间是否存在大面积空鼓，通过调节装置辅助锤击，使卷筒达到均匀的径向张力，重复该过程直至卷筒与待加固管道密贴；

步骤七，重复步骤五至步骤六，完成各榀加固圆环支架，直至全部管道内支架安装完成。

所述步骤六中，为保证卷筒与待加固管道的严密，采用辅助注浆固定，如采用注浆，在靠近卷筒内外层叠合处预留有注浆孔，同时在卷筒的外侧两端沿径向设置遇水膨胀密封条，避免注浆时漏浆。

所述步骤四中，在约束端上焊接锁定装置，在滑动端上的相应位置设置摩擦区；然后所述步骤六之后，拨动销舌部卡在摩擦区上锁定。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本申请结合地下管道的结构特点、运行环境施工现场条件以及加固系统的可操作性等因素，具体为一种适合混凝土或钢筋混凝土管道非开挖修复的可调型管道内支架加固系统及加固方法。工作原理为利用待加固管道结构对管道内支架进行环向约束，使用调节装置调节不锈钢长方体套筒的成环尺寸，改变管道内支架的成环周长，通过扩张形成径向张力，使支架与待加固结构密贴，从而弥补破损管道断面尺寸的不规则变化，使新旧结构协同工作，保障加固质量，由此对破损管线进行结构性非开挖修复，延长原管道的使用寿命，简化修复工艺。

本发明克服了地下管线非开挖修复难以解决管道结构性损伤、施工复杂不便、效率低、效果不好的缺点，对破损管线进行结构性非开挖修复，径向张力使支架与待加固结构密贴，使加固结构与待加固管道协同工作，弥补破损管道断面尺寸的不规则变化，保障加固质量，简化修复工艺，延长管道使用寿命。具体如下：

一、针对刚度缺失较严重的圆形素混凝土或钢筋混凝土管道，可调型管道内支架可对可对地下管道进行结构性修复。

二、对管道内支架成环尺寸进行调节，可使加固结构与待加固管道协同受力，确保加固效果。

三、管道内支架的安装、固定采用非开挖施工，可根据被加固管道的损伤情况及施工环境调整参数，能充分满足被加固管道尺寸及施工断面需求。

四、待加固管道在长期使用后，内部因腐蚀、破损会造成断面尺寸的不规则变化。刚度较大的加固结构预制完成后在安装过程中往往难以再做调整，使得待加固管道与加固结构间存在一定空隙，影响加固效果。为解决此问题，设计调节装置调节主体的成环周长以适应待加固管道径向断面的改变，主体采用不锈钢加工管道内支架，不锈钢具有防锈、耐氧化、耐酸碱、耐晶间腐蚀性良好的特性，相较混凝土管道水流阻力系数小，可弥补过流断面损失。

五、可调型管道内支架其扩张装置设置支架上，且仅需要力矩扳手扭动即可，无需其他特殊装置，其操作过程更为简便。

本发明可广泛应用于混凝土或钢筋混凝土管道的加固施工。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明内支架加固系统位于待加固管道内侧的结构示意图。

图2是加固圆环支架展开的内侧结构示意图。

图3是图1中约束端和滑动端连接位置的放大结构示意图。

图4是图3中的侧视结构示意图。

图5是约束端螺块或滑动端螺块的纵向剖面图。

图6是约束端螺块横向剖面图，滑动端螺块的横向剖面图与其相同。

图7是双向螺杆的结构示意图。

图8是图7的横向剖面图。

图9是锁定装置的锁定结构侧视示意图。

附图标记：1－主体、11－约束端、12－滑动端、2－约束端螺块、3－滑动端螺块、4－双向螺杆、41－外螺纹段、42－调节段、5－锁定装置、51－自锁销、511－缠绕部、512－销舌部、52－C型槽、521－上固定板、522－下固定板、523－侧板、53－固定轴、6－摩擦区、7－待加固管道、8－内螺纹。

具体实施方式

实施例参见图1所示，一种可调型管道内支架加固系统，包括沿待加固管道7周向设置的至少一榀加固圆环支架。

参见图1-4所示，所述加固圆环支架包括不锈钢件的主体1和调节装置。

所述主体1为沿待加固管道内径周向弯曲的卷筒，主体1展开后的长度大于待加固管道内侧周向的周长，所述主体1的一个端部为约束端11，另一个端部为滑动端12，所述滑动端12叠合在约束端11的外侧。

所述调节装置包括约束端螺块2、滑动端螺块3和双向螺杆4。参见图5-6所示，所述约束端螺块2和滑动端螺块3的均为内壁上开有内螺纹8、底部封闭的长方体套筒，所述约束端11的内侧共设置有偶数个、沿主体长度方向的中轴对称的约束端螺块2。约束端螺块2按卷筒的宽度设计个数，本实施例中设置两个。滑动端12的内侧、以主体长度方向的中轴对称设有与约束端螺块2一一对应的滑动端螺块3，滑动端螺块3设置于滑动端12与约束端11叠合位置的内侧，约束端螺块2和相应的滑动端螺块3成组对齐设置，每组约束端螺块2和滑动端螺块3的套筒开口相对。

参见图7-8所示，所述双向螺杆4包括分别设置在两个端部的外螺纹段41和中部的调节段42，两个外螺纹段41的螺纹开设方向相反。外螺纹段41的横截面为圆形，调节段的横截面形状与后期力矩扳手的咬合齿形状相适应，本实施例中为正方形。

每组约束端螺块2和滑动端螺块3的内壁上分别设置与两个外螺纹段相配合的内螺纹8，每根双向螺杆4的两个外螺纹段41与每组约束端螺块2和滑动端螺块3的内螺纹8分别通过螺纹连接、调节卷筒的外径大小，所述调节装置调节卷筒的外径范围以外螺纹段的长度与两侧内螺纹8的配合深度为基准，所述待加固管道7内侧周向的周长在调节装置调节卷筒的直径范围之间。

所述加固圆环支架还包括配合使用的锁定装置5和摩擦区6，所述锁定装置5固定连接在约束端11。

参见图2-4和图9所示，所述锁定装置5包括自锁销51，所述自锁销51包括缠绕部511和销舌部512，所述锁定装置还包括限制自锁销51转动的C型槽52，由围合在缠绕部三边的上固定板521、下固定板522和侧板523组成，所述锁定装置5还包括限制自锁销51平动的固定轴53，所述固定轴53穿过缠绕部511的中心，所述销舌部512自开口伸出C型槽52。

所述摩擦区6设置在锁定装置5对应的滑动端12的内侧表面，所述销舌部512的端头与摩擦区6自动锁定阻止滑动端后退。

所述约束端螺块2的外端面与约束端11的端面平齐，所述锁定装置5位于两个约束端螺块2之间的中部，所述销舌部512伸出约束端11的端面。

所述摩擦区6为矩形，位于两个滑动端螺块3之间的中部，所述摩擦区6自滑动端12的端面向内设置，所述滑动端螺块3的外端面与摩擦区6的内边缘平齐。

所述加固圆环支架沿待加固管道为通长型或区段型，所述通长型为一组各榀并列拼接的加固圆环支架沿待加固管道通长设置，所述区段型为一组各榀并列的加固圆环支架沿待加固管道间隔设置。

一种可调型管道内支架加固系统的加固方法，施工步骤如下：

步骤一，进行待加固管道现状检定，通过外观检查、特殊检测，评估待加固管道的运行状态，确定需要进行结构性修复的区域。

步骤二，设计加固圆环支架，根据待加固管道7现状检定结果，以可调型管道内支架的壁厚作为主要设计指标，根据待加固管道的原有设计承载力与结构损伤后管道的承载能力的差值确定壁厚，同时根据现场施工场地条件确定每榀加固圆环支架的宽度；根据待加固管道破损段的长度及程度，选择加固圆环支架的个数。根据破损段的长度及程度，合理选择通长型或区段型。

步骤三，对待加固管道进行外观处理，修复表面缺陷，然后对加固区段的结构尺寸行进测量，确定加固圆环支架的各部件加工尺寸。

步骤四，在工厂加工加固圆环支架的各部件：切割主体1，并在约束端11上焊接约束端螺块2，在滑动端12上的相应位置焊接滑动端螺块2，加工双向螺杆4。

步骤五，将主体1卷曲形成卷筒，卷筒外径调节至小于待加固管道7的内径并置于管道内，滑动端12置于约束端11的外侧，约束端螺块2与滑动端螺块3相对，将双向螺杆4的两端分别伸入两侧的螺块内，将调节装置调整至卷筒外径较小的位置，此时卷筒的成环的周长小于待加固管道7的内径，定位初装加固圆环支架。

步骤六，然后使用力矩扳手转动双向螺杆的调节段42，扩张调节装置，使螺纹外露增加，调节装置扩张带动滑动端12后移，由此增大卷筒的成环周长，使其与待加固管道的内壁贴合；调节过程中，使用不锈钢锤检查卷筒与待加固管道7间是否存在大面积空鼓，通过调节装置辅助锤击，使卷筒达到均匀的径向张力，重复该过程直至卷筒与待加固管道密贴。

步骤七，重复步骤五至步骤六，完成各榀加固圆环支架，直至全部管道内支架安装完成。

所述步骤六中，为保证卷筒与待加固管道的严密，采用辅助注浆固定，在靠近卷筒内外层叠合处预留有注浆孔，同时在卷筒的外侧两端沿径向设置避免注浆时漏浆的遇水膨胀密封条。

还可以所述步骤四中，在约束端11上焊接锁定装置，在滑动端12上的相应位置设置摩擦区6；然后所述步骤六之后，拨动销舌部512卡在摩擦区6上锁定。

Claims (5)

1.一种可调型管道内支架加固系统，其特征在于：包括沿待加固管道（7）周向设置的至少一榀加固圆环支架，

所述加固圆环支架包括不锈钢件的主体（1）和调节装置，

所述主体（1）为沿待加固管道内径周向弯曲的卷筒，主体（1）展开后的长度大于待加固管道内侧周向的周长，所述主体（1）的一个端部为约束端（11），另一个端部为滑动端（12），所述滑动端（12）叠合在约束端（11）的外侧，

所述调节装置包括约束端螺块（2）、滑动端螺块（3）和双向螺杆（4），所述约束端螺块（2）和滑动端螺块（3）的均为内壁上开有内螺纹（8）、底部封闭的长方体套筒，所述约束端（11）的内侧共设置有偶数个、沿主体长度方向的中轴对称的约束端螺块（2），滑动端（12）的内侧、以主体长度方向的中轴对称设有与约束端螺块（2）一一对应的滑动端螺块（3），滑动端螺块（3）设置于滑动端（12）与约束端（11）叠合位置的内侧，约束端螺块（2）和相应的滑动端螺块（3）成组对齐设置，每组约束端螺块（2）和滑动端螺块（3）的套筒开口相对，

所述双向螺杆（4）包括分别设置在两个端部的外螺纹段（41）和中部的调节段（42），两个外螺纹段（41）的螺纹开设方向相反，每组约束端螺块（2）和滑动端螺块（3）的内壁上分别设置与两个外螺纹段相配合的内螺纹（8），每根双向螺杆（4）的两个外螺纹段（41）与每组约束端螺块（2）和滑动端螺块（3）的内螺纹（8）分别通过螺纹连接、调节卷筒的外径大小，所述调节装置调节卷筒的外径范围以外螺纹段的长度与两侧内螺纹（8）的配合深度为基准，所述待加固管道（7）内侧周向的周长在调节装置调节卷筒的直径范围之间，

所述加固圆环支架还包括配合使用的锁定装置（5）和摩擦区（6），所述锁定装置（5）固定连接在约束端（11）的内侧，

所述锁定装置（5）包括自锁销（51），所述自锁销（51）包括缠绕部（511）和销舌部（512），所述锁定装置还包括限制自锁销（51）转动的C型槽（52），由围合在缠绕部三边的上固定板（521）、下固定板（522）和侧板（523）组成，所述锁定装置（5）还包括限制自锁销（51）平动的固定轴（53），所述固定轴（53）穿过缠绕部（511）的中心，所述销舌部（512）自开口伸出C型槽（52），

所述摩擦区（6）设置在锁定装置（5）对应的滑动端（12）的内侧表面，所述销舌部（512）的端头与摩擦区（6）自动锁定阻止滑动端后退，

所述约束端螺块（2）的外端面与约束端（11）的端面平齐，所述锁定装置（5）位于偶数个约束端螺块（2）之间的中部，所述销舌部（512）伸出约束端（11）的端面，

所述摩擦区（6）为矩形，位于偶数个滑动端螺块（3）之间的中部，所述摩擦区（6）自滑动端（12）的端面向内设置，所述滑动端螺块（3）的外端面与摩擦区（6）的内边缘平齐。

2.根据权利要求1所述的可调型管道内支架加固系统，其特征在于：所述加固圆环支架沿待加固管道为通长型或区段型，所述通长型为一组各榀并列拼接的加固圆环支架沿待加固管道通长设置，所述区段型为一组各榀并列的加固圆环支架沿待加固管道间隔设置。

3.一种根据权利要求2所述的可调型管道内支架加固系统的加固方法，其特征在于，施工步骤如下：

步骤一，进行待加固管道现状检定，通过检测确定需要进行结构性修复的区域；

步骤二，设计加固圆环支架，根据待加固管道（7）现状检定结果，以可调型管道内支架的壁厚作为主要设计指标，根据待加固管道的原有设计承载力与结构损伤后管道的承载能力的差值确定壁厚，同时根据现场施工场地条件确定每榀加固圆环支架的宽度；根据待加固管道破损段的长度及程度，选择加固圆环支架的个数；

步骤三，对待加固管道进行外观处理，修复表面缺陷，然后对加固区段的结构尺寸行进测量，确定加固圆环支架的各部件加工尺寸；

步骤四，在工厂加工加固圆环支架的各部件：切割主体（1），并在约束端（11）上焊接约束端螺块（2），在滑动端（12）上的相应位置焊接滑动端螺块（3），加工双向螺杆（4）；

步骤五，将主体（1）卷曲形成卷筒，卷筒外径调节至小于待加固管道（7）的内径并置于管道内，滑动端（12）置于约束端（11）的外侧，约束端螺块（2）与滑动端螺块（3）相对，将双向螺杆（4）的两端分别伸入两侧的螺块内，将调节装置调整至卷筒外径较小的位置，此时卷筒的成环的周长小于待加固管道（7）的内径，定位初装加固圆环支架；

步骤六，然后使用力矩扳手转动双向螺杆的调节段（42），扩张调节装置，使螺纹外露增加，调节装置扩张带动滑动端（12）后移，由此增大卷筒的成环周长，使其与待加固管道的内壁贴合；调节过程中，使用不锈钢锤检查卷筒与待加固管道（7）间是否存在大面积空鼓，通过调节装置辅助锤击，使卷筒达到均匀的径向张力，重复该过程直至卷筒与待加固管道密贴；

步骤七，重复步骤五至步骤六，完成各榀加固圆环支架，直至全部管道内支架安装完成。

4.根据权利要求3所述的可调型管道内支架加固系统的加固方法，其特征在于：所述步骤六中，所述卷筒的两端叠合处预留有注浆孔，所述卷筒与待加固管道之间采通过辅助注浆固定严密，同时在卷筒的外侧两端沿径向设置避免注浆时漏浆的遇水膨胀密封条。

5.根据权利要求3或4所述的可调型管道内支架加固系统的加固方法，其特征在于：所述步骤四中，在约束端（11）上焊接锁定装置，在滑动端（12）上的相应位置设置摩擦区（6）；然后所述步骤六之后，拨动销舌部（512）卡在摩擦区（6）上锁定。