CN108571621B - 浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，包括：步骤一、岸上焊接接长钢管，将钢管吊至位于水面上的可控浮箱上；步骤二、将水面上的用可控浮箱浮起的每小段钢管焊接形成大段的钢管；步骤三、龙门吊架吊起带斜管段的钢管与大段钢管焊接接长；步骤四、整段安装完，进行钢管的水压试验；步骤五、将可控浮箱反扣在钢管上，通过向钢管的两端头注水，钢管逐渐下沉；步骤六、钢管下沉完成后，拆卸可控浮箱，向拆卸后的可控浮箱充气使之自动浮出水面，并对沟槽进行回填。本发明可以实现跨越长距离水道的管道的接口对接焊接、水面运输、管道试压及下沉等工序。施工原理简单易行，无需大型吊机等施工机械，沉放位置准确、成本低廉、安全可靠。

Description

浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法

技术领域

本发明涉及一种管道沉管施工方法，具体涉及一种浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，属于水下管道施工领域，广泛应用于污水厂输送管道、石油液化气输送管道及化工管道等的跨河安装。

背景技术

随着社会经济的不断发展，水下管道安装工程日益增加，而目前一般的沉管施工方法，包括水下隧道工程，普遍存在如下问题：

(1)往往采用整体管道下水，吊运沿管全长需布置一些大型起重吊机，费用大，吊运时存在较大安全隐患。

(2)由于吊装限制，长距离管道不能在岸上完成整体焊接连接，故针对管道的强度(水压)试验只能在水面上进行，传统吊运检查焊缝困难。

(3)管道注水下沉时易产生水冲现象，造成管道局部段受力不均而出现变形，采用吊运方式施工时由于多个吊机起吊，协同工作非常困难。

(4)沉放时如单纯采用浮箱、吊船，由于他们都是通过岸上的锚绳来固定位置，遇到风浪水流速较大时，容易产生水面漂移变形，导致沉放的钢管不能准确下沉到水下沟槽中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种施工简单、成本低廉、安全可靠的浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法。

本发明是这样实现的：

浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，包括如下步骤：

步骤一、岸上焊接接长钢管，包括管道岸上部分的折线段的钢管与直线钢管的焊接，通过船吊将钢管吊至可控浮箱上，每段钢管下面设置有两个可控浮箱；

步骤二、通过移动可控浮箱，根据需要下沉的钢管的总长度等分将其分成每段长度80～100m大段钢管，将相邻的两段钢管接口对齐，进行水面上的钢管焊接，最终将水面上的每段钢管焊接形成大段的钢管，在沉放轴线对应位置的两岸边开挖岸沟，岸沟设置龙门吊架，龙门吊架通过设置在斜管上的吊耳将斜管段吊起；水上安装钢管从钢管与斜管形成的带折线段的直钢管一端开始，移动可控浮箱将大段钢管与固定于龙门吊架的带折线段的钢管对接焊接；

步骤三、龙门吊架随钢管的焊接接长长度开始安装，它固定已焊接完的钢管部分，抽出其下多余的可控浮箱，用它的浮力漂移运来下根待安装钢管，将两个大段的钢管沿直线展开，两段钢管中长段钢管固定不动，活动段钢管在可控浮箱浮力作用下进行位置微调，活动段钢管与固定焊接的长段钢管接口对齐，进行焊接施工做到施焊一次成功；

步骤四、整段钢管安装完后，进行水压试验；利用带注水阀和放气阀的封板封闭斜管段的两个端口，开启钢管两段的放气阀和注水阀，用大排量水泵向钢管内灌水，进行钢管的水压试验，检查钢管的焊缝处有无渗漏，合格后打开排水阀，排干钢管中水；

步骤五、钢管的沉放；向可控浮箱中注水，可控浮箱下沉一定深度，抽出该可控浮箱，拆除可控浮箱上面的横梁，并将横梁反扣在钢管上，随后向可控浮箱内充气排出注水，将横梁与可控浮箱连接，实现可控浮箱反扣在钢管上，逐一完成全部的可控浮箱的反扣安装，此时钢管半浮于水面，通过向钢管的两端头注水，钢管在龙门吊架的吊力和可控浮箱的浮力两个作用力下，钢管能保持始终直线状态逐渐下沉；

步骤六、安装龙门吊架时，在岸上架设经纬仪精确控制龙门吊架的安装位置，使其吊起点位于设计沉放轴线上，整段钢管在所有龙门吊架的吊绳作用下对准轴线徐徐下沉，可避免距离过长时，钢管在仅有可控浮箱作用下会发生水平方向弯曲现象，沉放不会出现位置偏差。

步骤七、钢管下沉完成后，水下拆卸可控浮箱，向拆卸后的可控浮箱充气使之自动浮出水面，并对沟槽进行回填。

更进一步的方案是：

可控浮箱由箱体、安装在箱体上方的横梁组成，在横梁上设置有弧形垫板，在箱体上设置有充气孔、注水孔和排水阀。

更进一步的方案是：

所述的可控浮箱内部构造有多个隔舱，并在内部设置有探测仪器，通过注水或者充气调整浮力大小。

更进一步的方案是：

预先根据钢管的长度，在水道上施打钢管桩，钢管桩的数量与可控浮箱的数量相同，用于作为固定可控浮箱的锚定点。

更进一步的方案是：

步骤一中，可控浮箱保持空腔状态，用于承受上面钢管的重量荷载。

更进一步的方案是：

步骤二中，移动可控浮箱，是通过拖船移动的；相邻的两段钢管接口对齐之后，将可控浮箱临时固定于钢管桩上，进行水面上的钢管焊接。

更进一步的方案是：

步骤二中，在水道两岸对应出管口部位开挖岸沟，岸沟沟底深度与河床深度相同。

更进一步的方案是：

步骤三中，进行焊接的合龙施工之前，需要保证待连接的大段钢管的直线顺直，不出现偏折。

更进一步的方案是：

步骤四中，进行钢管的水压试验时，需要先通过两岸的龙门吊架吊住钢管两端斜管段的吊耳，钢管中间的直管段落在可控浮箱上，利用水上拖船配合设置在两端的卷扬机将管道旋转90°进入两端开挖的沟槽内，找正并稳固，确保位置准确。

更进一步的方案是：

步骤五中，反扣安装后，钢管固定安装在可控浮箱的横梁上。

更进一步的方案是：

步骤五中，根据钢管最终下沉的位置，通过控制钢管的注水量，钢管注水时容易在管道内形成法向冲击力，造成钢管受力不匀变形而导致失稳，引发钢管倾覆安全事故，这时调整可控浮箱的注水量，来平衡钢管的水冲击作用，下沉过程的钢管整管段保持平稳、自然顺直状态匀速下沉，有效防止上述变形问题出现。

更进一步的方案是：

龙门吊架立柱与横梁、可控浮箱与横梁等构件之间的连接均为螺栓连接固定，装配式安装，水下拆除周转和下次安装都非常快捷。

更进一步的方案是：

龙门吊架每段区间的钢管顶部安装有钢筋标尺，钢管在沉放淹没水下时，可观察其下沉姿态，根据标尺测量数值，及时调整龙门吊架卷扬机和可控浮箱的作用力，维持钢管下沉过程的直线度要求。

本发明可以实现跨越长距离水道的管道的接口对接焊接、水面运输、管道试压(强度试验)及下沉等工序。施工原理简单易行，无需大型吊机等施工机械，成本低廉，安全可靠。

本发明具体的特点如下：

1)钢管采用可控浮箱托住在水面上分段拼接焊接成较长的钢管段，解决了岸上焊接长度受吊运限制的问题。

2)龙门吊架随钢管的安装长度沿钢管沉放的轴线位置逐步向前延伸安装，它在钢管焊接接长时吊起已焊接完的钢管，既可在有风浪的流水面上起到固定钢管作用，又与可控浮箱、一只吊运船配合完成钢管的精确对齐焊接接口，从而方便焊接。此时，在龙门吊架的每段钢管下面可仅保留一个浮箱，抽出其它浮箱来用于吊运短截钢管的周转浮运工作，从而减小浮箱和吊运船的占用数量。

3)通过可控浮箱的控制，可以使钢管悬在水面上空来实施钢管水压试验，水压试验注水时，可控浮箱的浮力的调节下，可缓解钢管内水流冲力导致失稳，保证悬空的钢管在满水时状态下仍能保证直线状态而不变形，同时钢管外露也易于检查焊接点的渗漏情况，对焊接渗漏点的修复操作更加简单。而其它沉管技术的水压试验一般在水下进行，一旦试验不合格，则需要将沉放的钢管重新上浮到水面进行修补渗漏点，费工费时。

4)钢管沉放阶段，利用可控浮箱自动平衡钢管下沉过程中的不均衡性，有效解决了注水不均匀或下沉速度不一可能引起整段管道倾覆的问题，使整个钢管注水沉放过程中管道水平稳定下沉，在安装龙门吊架时，在岸上架设经纬仪精确控制龙门吊架的安装位置，使其吊起点位于设计沉放轴线上，整段钢管在所有龙门吊架的吊绳作用下对准轴线徐徐下沉，可避免距离过长时，钢管在仅有可控浮箱作用下会发生水平方向弯曲现象，沉放不会出现位置偏差。

5)沉放阶段时，在每段龙门吊架间的待沉放的钢管上安装一根竖向钢筋标尺，在钢管沉入水下过程中肉眼无法观测时，可测量钢管各分区段的下沉深度，及时调整龙门吊架上卷扬机的行程，控制钢管的水下直线度。

6)龙门吊架和可控浮箱的连接部位均采用螺栓固定形式，拆卸方便，重复用于施工。

7)钢管两端用斜管段焊接，整个钢管呈倒梯形，利用倒虹吸现象可实现压力管道的流体输送，此构造使斜管段能突出水面的管口将在水面上进行焊接，工艺简单；而且进行水面上焊接，也可以保证管道焊接质量。

附图说明

图1为本发明水面钢管接长的侧视图；

图2为可控浮箱托浮整段钢管水压试验侧视图；

图3为龙门吊架控制下钢管沉放侧视图；

图4为钢管在水面悬浮状态的剖面图；

图5为钢管沉放过程的侧视图。

其中，1-钢管；2-大段钢管；3-可控浮箱；4-水位线；5-河床；6-岸沟开挖线；7-岸地线；8-吊耳；9-卷扬机；10-龙门吊架；11-横梁；12-弧形垫板；13-注水孔；14-充气孔；15-螺栓；16-钢丝吊绳；17-钢管桩；18-注水位；19-钢筋标尺。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，详细的步骤如下：

准备工作：

先在穿越水道管道的施工附近设置岸上加工场地，进行标准管段和转折段的管道的焊接接长，形成待接长单元段钢管。

依整体钢管1的长度，在水道上施打钢管桩17，作为固定可控浮箱3的锚定点，在水上作业时用于固定住水面上的钢管，防止其随水流漂移。

预先在河床上开挖用于填埋钢管的沟槽。

步骤一、运用小型船吊，将岸上焊接接长的单元段钢管吊至可控浮箱3上，此时的可控浮箱保持空腔状态，承受上面钢管的重量荷载，按跨越水道的长度将钢管均分成几等分，一并排列于水面上，每个单元截钢管下面设置两个可控浮箱3。

步骤二、通过移动可控浮箱，根据需要下沉的钢管的总长度等分将其分成每段长度80～100m大段钢管，利用拖船在水面上移动一个单元可控浮箱将两截钢管接口对齐，临时固定可控浮箱于钢管桩上，进行水面上的钢管焊接，继续接长钢管，最终将岸上的小单元钢管焊接成大段钢管2。两端的斜管与直管段在水面上焊接接长，如附图1所示。

为了钢管末端接口能在地面上焊接施工，管道必须将接头留在岸上，需要在河两岸对应出管口部位设置岸沟开挖线6并开挖岸沟，岸沟沟底深度同河床5的深度。岸沟安装钢管龙门吊架10，龙门吊架10主要吊装管段和固定已焊接完的钢管，在岸上架设经纬仪，定位出水下管道轴线，沿轴线一定距离，通常为300米用打桩机施工钢管桩，安装水上龙门吊架，安装进度与钢管水上接长同步。同时龙门吊架10起到在水下挖槽时的定位作用，保证水下开挖的沟槽位置准确。

步骤三、钢管水面焊接安装选择从岸边一侧开始，先用岸沟龙门吊和可控浮箱两者共同将端头带折线部分直钢管在轴线位置上固定就位，水面形成的一大段钢管段利用拖船和可控浮箱的浮力作用，将钢管段沿直线展开，调整可控浮箱的位置和吃水深度，在水位线4的上面对齐钢管的接口，保证该截钢管接口与龙门架上稳固的钢管接口对齐，检查无误后进行焊接的施工，施焊前必须保证大段的钢管的直线顺直，不得出现偏折，最终焊接形成焊缝，按此施工顺序依次在水面进行钢管焊接接长工作，直至到达对岸岸沟。

步骤四、如附图2所示，一侧岸上的龙门吊架通过钢丝吊绳16吊住钢管一端斜管段上面吊耳8，先焊接该侧的钢管并将之固定，安装中间的直管段则直接落在可控浮箱上，这样，整个拟下沉的钢管段全部浮空于水面上，用带注水阀和放气阀的封板封闭斜管段两个端口，利用设在管道过江位置两岸岸地线7上的卷扬机9配合可控浮箱将管道找正并稳固，确保位置准确后，开启钢管两端的放气阀和注水阀，用大排量水泵向钢管里灌水，进行钢管的水压试验，检查悬空钢管的焊缝处有无渗漏现象，合格后抽排干钢管中水，为钢管下步沉放作准备。龙门吊架水上安装钢管均从钢管与斜管形成的带折线段的直钢管一端开始，移动可控浮箱将大段钢管与固定于龙门吊架的带折线段的钢管对接焊接。

步骤五、沉放钢管，如附图3、4、5所示，通过注水孔13向可控浮箱中注水，使可控浮箱部分下沉而脱离钢管段，抽出该可控浮箱，拆除可控浮箱上面横梁11，将横梁11反扣钢管1上，通过弧形垫板12及配套的螺栓15与钢管1固定连接，通过充气孔14向可控浮箱充气排出注水，并再次将横梁与可控浮箱连接，形成可控浮箱梁反扣于钢管上，逐一完成可控浮箱的反扣安装，这样钢管半浮于水面，继续向钢管的两端头注水，钢管内注水位18逐渐升高，管道下沉正是通过向管内注水增加下沉重力进行的，从开始注水至管内充满水是最危险的时期，一旦注水不均匀或下沉速度不一，很容易引起整根管道倾覆，后果不堪设想。龙门吊架每段区间的钢管顶部安装有钢筋标尺19，钢管在沉放淹没水下时，可观察其下沉姿态，根据标尺测量数值，及时调整龙门吊架卷扬机和可控浮箱的作用力，维持钢管下沉过程的直线度要求。钢管上反扣的可控浮箱提供的浮力抵抗注水的管纵向冲击力，借助可控浮箱自动平衡，整段钢管在龙门架的固定吊点下降和浮箱的浮力两者协同作用下。整个沉放系统同步协调，达到平稳下沉。

步骤六、待管道下沉完成后，潜水检查管道位置是否准确，如果不准确则予以调整。管道找正后，开始进行管沟的回填。管沟的回填严格按照设计要求进行。此项工作的重点是确保管道在浮运过程中处于受控制状态，下沉时要确保位置正确，在整个沉放过程中，卷扬机及浮吊的控制至关重要，切确保管道水平均匀下沉。

待钢管平稳沉于沟槽后，安排潜水员下潜拆卸浮箱，向拆卸后的浮箱充气，使之自动上浮出水面。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (6)

1.一种浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、岸上焊接接长钢管，包括管道岸上部分的折线段的钢管与直线钢管的焊接，通过船吊将钢管吊至可控浮箱上，每单元段钢管下面设置有两个可控浮箱；

步骤二、根据设计钢管的总长按管段长度80~100米计算分几个等分，将钢管分成管段，移动可控浮箱，将相邻的单元段钢管接口对齐，进行水面上的钢管焊接，最终将水面上的每段钢管焊接形成大段的钢管，在沉放轴线对应位置的两岸边开挖岸沟，岸沟设置龙门吊架，龙门吊架通过设置在斜管上的吊耳将斜管段吊起；水上安装钢管均从钢管与斜管形成的带折线段的直钢管一端开始，移动可控浮箱将大段钢管与固定于龙门吊架的带折线段的钢管对接焊接；

步骤三、随着钢管安装长度的不断增加，开始在水上安装龙门吊架，通过岸上架设的经纬仪测量龙门吊架的吊点位置在沉放轴线上，在可控浮箱浮力作用下，每焊接一段长度的钢管后，安装好龙门吊架将之吊起固定，除留下一个浮箱外，多余浮箱挪出用于下一段的钢管吊运和焊接安装用；

步骤四、整段钢管安装完后，进行水压试验，通过带折线钢管端头的注水孔向钢管里注水，加压到试验压力，检查钢管无渗漏为合格，打开排水阀排空钢管里试验用水；

步骤五、钢管的沉放；向可控浮箱中注水，可控浮箱下沉一定深度，抽出该可控浮箱，拆除可控浮箱上面的横梁，并将横梁反扣在钢管上，随后向可控浮箱内充气排出注水，将横梁与可控浮箱连接，实现可控浮箱反扣在钢管上，逐一完成全部的可控浮箱的反扣安装，此时钢管半浮于水面，通过向钢管的两端头注水，钢管在龙门吊架的吊力和可控浮箱的浮力两个作用力下，钢管能保持始终直线状态逐渐下沉；

步骤六、钢管下沉完成后，水下拆卸可控浮箱，向拆卸后的可控浮箱充气使之自动浮出水面，并对沟槽进行回填；

可控浮箱由箱体、安装在箱体上方的横梁组成，在横梁上设置有弧形垫板，在箱体上设置有充气孔、注水孔和排水阀；

预先根据钢管的长度，在水道上施打钢管桩，钢管桩的数量与可控浮箱的数量相同，用于作为固定可控浮箱的锚定点，防止钢管随波逐流；

步骤四中，进行钢管的水压试验时，需要先通过龙门吊架吊住钢管两端斜管段的吊耳，钢管中间的直管段落在可控浮箱上，利用设置在龙门架上卷扬机配合可控浮箱将管道找正并稳固，确保位置准确；然后利用带注水阀和放气阀的封板封闭斜管段的两个端口，开启钢管两端的放气阀和注水阀，用大排量水泵向钢管内灌水，进行钢管的水压试验，检查钢管的焊缝处有无渗漏，合格后抽排干钢管中水；

步骤五中，反扣安装后，钢管固定安装在可控浮箱的横梁上。

2.根据权利要求1所述浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，其特征在于：

步骤一中，可控浮箱保持空腔状态，用于承受上面钢管的重量荷载。

3.根据权利要求1所述浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，其特征在于：

步骤二中，移动可控浮箱，是通过拖船移动的；相邻的两段钢管接口对齐之后，将可控浮箱临时固定于钢管桩上，进行水面上的钢管焊接。

4.根据权利要求1所述浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，其特征在于：

步骤二中，在水道两岸对应出管口部位开挖岸沟，岸沟沟底深度与河床深度相同。

5.根据权利要求1所述浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，其特征在于：

步骤三中，进行大段钢管焊接施工之前，需要保证待连接的大段钢管的直线顺直，不出现偏折。

6.根据权利要求1所述浮箱式水浮龙门吊法管道沉管施工方法，其特征在于：

步骤五中，根据钢管最终下沉的位置，龙门吊架上卷扬机起吊行程及调整可控浮箱的注水量，来平衡钢管的水冲击作用，下沉过程的钢管整管段保持平稳、自然顺直状态匀速下沉。

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