CN110274089A - 一种用于套管内管道安装的漂管法 - Google Patents

一种用于套管内管道安装的漂管法 Download PDF

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赵晓飞
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Abstract

本发明公开了一种用于套管内管道安装的漂管法：工作坑内套管端头开设进水口，接收坑内套管端头开设出水口，套管内安装支墩，套管内吊装吹砂管；出水口安装封堵，进水口安装止水圈，套管内注水；内穿管一端设置导向控制缆，另一端设置顶铁和千斤顶，导向控制导缆穿过封堵与接收坑中卷扬机连接，千斤顶位于工作坑中，与导轨配合，形成千斤顶推进，卷扬机控制方向的工作方式，完成内穿管顶进；内穿管到位后，利用进水口和出水口进行排水作业，水位下降，降水过程中利用卷扬机控制导向，内穿管落在支墩正上方；利用吹砂管进行吹砂工作，将砂泵送至套管与内穿管之间缝隙，排出砂内水分，吹砂完成时套管和内穿管之间缝隙用沙袋填充。

Description

一种用于套管内管道安装的漂管法
技术领域
本发明涉及管道工程领域，更具体的说，是涉及一种用于套管内管道安装的漂管法。
背景技术
目前国内较多采用的套管内安装管道施工方式为滚轮发射方案。其中，有轨小车方案[1,2]是在套管内浇筑基面，基面上安装钢轨，再通过钢支架进行管道的安装。该方案需要较大的套管空间，工期较长且钢轨及支架大部分留在套管内，造成材料的浪费；
另外，杨建明等人提出管道外壁安装钢脚轮方案[3]，即在玻璃钢夹砂管外壁安装钢脚轮，借助牵引机构及辅助钓钩完成安装。该方案要求脚轮安装位置准确，以免管线与套管内壁、脚轮和套管接头发生碰撞、进而产生较大阻力，导致管线安装困难乃至损坏。脚轮的定位影响管线顶部与套管内顶的间隙，进而对接头的密封性能产生影响)；
与小车方案类似的还有滑轮组及卷扬机配合吊车将钢管拉进的施工方法[4,5]，套管内浇注基面，卷扬机将管道拉进套管，钢管与套管间为砂垫层，钢管与沙垫层通过设置防滑膜防止管道防腐层划伤，同时用于降低摩阻力，利用50T吊车配合卷扬机将钢管拉入套管，该方案要求卷扬机定位准确，拉进过程中需要防止管道偏转。
过路套管内铺设管道的同类工程中，内穿管与套管之间常见的密实方式有水泥灌浆[2,7]、混凝土砂浆[3]、自密实混凝土[4,5]等，但在灌浆过程中，除了需要控制管道上浮问题外，预留预埋的灌浆管道大部分留置在套管内，造成不同程度的浪费。
套管内给水涂塑复合钢管安装定位后，通过吹填中粗砂，填充密实钢管与套管之间的缝隙，完成内穿管道紧固工作。由于中粗砂渗透系数较高，吹砂过程中控制中粗砂的含水率，是保证泵送管道不被堵塞的关键。
对于管道内的吹沙泵送工作，传统施工方法中，机械搅拌及泵送均需添置独立设备，且需要进行试运行，运行稳定性及工期要求难以保证。本发明在实际施工过程中，巧妙利用施工现场机械设备完成吹砂工作。
参考文献
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发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种用于套管内管道安装的漂管法，通过套管内注水，千斤顶推进，卷扬机控制定位，封堵后的内管借助自身浮力进行套管内穿。该方案安全高效的完成套管内长距离焊接钢管的安装，具有阻力小、管道定位准确、外防腐层损伤低的特点，有效的节省了时间及资金。针对设计提出的套管内钢管加固方案，借助顶管机“逆应用”，有效的控制吹砂过程中的含水率，避免了传统施工过程中的管道上浮及移位问题，完成了套管与内穿管道缝隙间的吹砂满填工作，同时实现吹砂管道的重复利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明用于套管内管道安装的漂管法，包括以下步骤：
第一步：在工作坑内的套管端头开设进水口，在接收坑内的套管端头开设出水口，在套管内安装用于支撑内穿管的支墩，在套管内吊装吹砂管；
第二步：在出水口安装封堵，在进水口安装止水圈，向套管内注水；
第三步：在内穿管一端设置导向控制缆，另一端设置有顶铁和千斤顶，所述导向控制导缆穿过封堵与接收坑中的卷扬机连接，所述千斤顶位于工作坑中，且与工作坑中的导轨配合，形成千斤顶推进，卷扬机控制方向的工作方式，完成内穿管的顶进；
第四步：内穿管到位后，利用进水口和出水口进行排水作业，水位下降，降水过程中利用卷扬机控制导向，使内穿管准确落在支墩正上方；
第五步：利用吹砂管逐段进行吹砂工作，将砂泵送至套管与内穿管之间的缝隙，利用排水孔排出砂内水分，吹砂临近完成时套管和内穿管之间的缝隙用沙袋填充。
所述进水口和出水口均与套管处于同一轴线。
所述支墩采用混凝土支墩，所述支墩和内穿管之间设置有橡胶垫。
所述止水圈采用洞口橡胶止水圈，所述封堵采用钢制满焊封堵。
所述吹砂管与吹砂搅拌及泵送装置连接，所述吹砂搅拌及泵送装置包括砂箱，砂箱内嵌入有顶管机头，所述顶管机头内设置有泥浆泵，所述泥浆泵连接有两根管道，一根为进水管，将清水泵入顶管机头用于调节中粗砂含水率，另一根为吹砂管，将拌合好的中粗砂泵出砂箱用于吹砂。
所述吹砂管采用镀锌钢管，当一段管道的吹砂工作完成后，将吹砂管切断，通过千斤顶将该段吹砂管回拖，重新焊接后继续下一段的吹砂工作，该步骤可以使吹砂管得到重复利用；吹砂工作完成后，内穿管和套管正好处于同一轴线设置。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明通过套管内注水，千斤顶推进，卷扬机控制定位，封堵后的内穿管借助自身浮力进行套管内穿。该方案安全高效的完成套管内长距离内穿管的安装，具有阻力小、管道定位准确、外防腐层损伤低的特点，有效的节省了时间及资金。
(2)本发明针对设计提出的套管内内穿管加固方案，借助顶管机”逆应用”，有效的控制吹砂过程中的含水率，避免了传统施工过程中的管道上浮及移位问题，完成了套管与内穿管道缝隙间的吹砂满填工作，同时实现吹砂管的重复利用。
(3)本发明利用顶管机械设备的工作特点，进行“逆应用”，能快速完成吹砂满填工作，避免内穿管上浮问题，同时对吹砂管进行循环利用。
(4)本发明套管内采用漂管法安装内穿管具有安装定位准确，有效保护内穿管外防腐层的特点，同时效率高、费用低、安全可靠、环境友好。
附图说明
图1是本发明用于套管内管道安装的漂管法的原理图。
图2是内穿管安装完成后的截面示意图。
图3是内穿管安装断面图。
附图标记：1接收坑，2导向控制缆，3套管，4吹砂管，5支墩，6内穿管，7止水圈，8导轨，9顶铁，10砂箱，11千斤顶，12工作坑，13进水管，14顶管机头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1和图2所示，本发明用于套管内管道安装的漂管法，包括以下步骤：
第一步：在工作坑12内的套管端头开设进水口，在接收坑1内的套管端头开设出水口，所述进水口和出水口均与套管3处于同一轴线，用于控制套管3内的水位，同时方便吹砂过程中的排水。在套管3内安装用于支撑内穿管6的支墩5，所述支墩5采用混凝土支墩，所述支墩5和内穿管6之间设置有橡胶垫。
在套管3内壁吊装吹砂管4，所述吹砂管4采用焊接的镀锌钢管，所述吹砂管4与吹砂搅拌及泵送装置连接，所述吹砂搅拌及泵送装置吊装至地面，所述吹砂搅拌及泵送装置包括砂箱10，砂箱10内嵌入有顶管机头14，所述顶管机头14内设置有泥浆泵，所述泥浆泵连接有两根管道，一根为进水管13，将清水泵入顶管机头14用于调节中粗砂含水率，另一根为吹砂管4，将拌合好的中粗砂泵出砂箱10用于吹砂。
砂箱10由盛装减阻泥浆的箱体(钢制)改装成，箱体一侧开洞，顶管机头14恰好进入箱体，将洞口密封后该装置即成为吹砂搅拌及泵送装置。该套装置原理类似于顶管机“逆应用”。铲车将中粗砂倒入砂箱10，通过顶管机头14的搅拌，吹砂管4内中粗砂的含水率较为均匀，泥浆泵将砂泵送至套管3与内穿管6的缝隙。
第二步：在出水口安装封堵，在进水口安装止水圈7，向套管3内注水。其中，所述止水圈7采用洞口橡胶止水圈，除起到止水和降低摩阻力作用外，橡胶止水圈能避免管道防腐层与刚性结构的接触，有效的保护内穿管6外防腐层。所述封堵采用钢制满焊封堵，为内穿管6的导向控制预留更大的空间。
第三步：在内穿管6一端设置导向控制缆2，另一端设置有顶铁9和千斤顶11，所述导向控制导缆2穿过封堵与接收坑1中的卷扬机连接，所述千斤顶11位于工作坑12中，且与工作坑12中的导轨8配合，通过导向控制缆2控制漂管过程中内穿管6的导向，形成千斤顶11推进，卷扬机控制方向的工作方式，完成内穿管6的顶进。内穿管6顶进完成后，千斤顶11及顶铁9留在工作坑12内，调整工作坑12内导轨8高度，使内穿管6与套管3位于同一轴线上。
第四步：内穿管6到位后，利用之前在套管3两端设置的进水口和出水口进行排水作业，水位缓慢下降，降水过程中利用卷扬机控制导向，使内穿管6准确落在支墩5正上方。
第五步：利用吹砂管4逐段进行吹砂工作，将砂泵送至套管3与内穿管6之间的缝隙，利用排水孔排出砂内水分，吹砂临近完成时套管3和内穿管6之间的缝隙用沙袋填充。
当一段管道的吹砂工作完成后(6m左右)，将吹砂管4切断，通过千斤顶11将该段吹砂管4回拖，重新焊接后继续下一段的吹砂工作，该步骤可以使吹砂管4得到重复利用。吹砂工作完成后，内穿管6和套管3正好处于同一轴线设置。
实施例：
本工程项目为海榆东线原水改造工程，位于海南省三亚市海棠湾区，建设双排DN1400压力管道替换原有的重力流输水渡槽，原水管道规划路由位于非机动车道下，采用明开槽施工，在穿越交通干线、重要路口和居民楼密集区采用顶管施工。
江林路路口属于重要的平交路口，车流量大，地下管线多。与原水管道交叉的管线包括雨污水管、110KV高压电缆、DN400给水管、中压燃气管、温泉管等，地上有户外广告牌。采用明开槽施工将使道路断交，对地面通行影响大，施工周期长，同时难以做到保护性施工，经技术经济比对后采用顶管施工。
套管施工场地地势平坦，地质以粉砂、细砂为主，石英质，夹黏粉颗粒，中压缩性。套管采用d2000钢筋混凝土顶管专用管材(Ⅲ级管材)，顶距158m，结合地质情况，采用泥水平衡方式顶进。套管内穿DN1400给水涂塑复合钢管162m，内防腐层采用环氧树脂，外防腐采用高密度聚乙烯。
常规工程项目中套管内的内穿管长度介于39～75m之间，套管底部为平整形式或者圆弧形式，要求套管衔接平顺。本工程项目若采用滚轮发射方案将导致原设计支墩必须做出调整；施工过程出现管道卡阻、滚轮支架脱落等现象将导致主管无法安装就位；套管内钢管安装距离长(162m)，钢管自重大，管线扭矩对导轨及滚轮定位影响较大；材料浪费也是不容忽视的问题。
采用本发明方法施工后，钢管穿越完成后居套管中心，高程与套管两端高程相一致，钢管与其下方的混凝土支墩间设置橡胶垫，套管安装完成后，吹砂填满套管与钢管之间的空隙，利用中粗砂的摩阻力形成较强的握裹效果，使管道稳定。
由于套管内径与钢管外径的差值较小(0.6m)，钢管居中放置，两管剩余空间狭窄，人工无法进入操作。施工时要求管道精准安放在支墩上，同时不损伤管道防腐层，低成本的实现钢管穿越套管工作，吹砂实现空隙满填。
钢管通过本发明漂管法完成套管穿越及安装，套管内提供的浮力需要超过钢管自重。
F浮＝ρ水gV排≥G内穿管
即：ρ水gV排≥ρ管gV管
其中，内穿管自重：
G内穿管＝ρ管gV管＝ρ管g(π·(R2-r2))
如图3所示，内穿管封堵后，延米内穿管浮力，
其中：
ρ管＝7.85×103kg/m3，ρ水＝1.0×103kg/m3
R＝0.71m，r＝0.70m
其中，F浮为套管内提供的浮力，ρ水为水的密度，g为重力加速度，V排为内穿管顶进后排出水的体积，G内穿管为内穿管自重，ρ管为内穿管的密度，V管为内穿管的体积，R为内穿管外径，r为内穿管内径，L为内穿管长度。
经计算，内穿管内穿前，内穿管起浮需要的最低水位h≥0.485m。套管内水位随内穿管进入长度的增加逐渐升高，内穿管完全穿越后，套管内水位高度H达到最大，此时θ＝126°，H＝0.68m，内穿管侵入水中部分0.38m。
实际施工过程中先在套管内安放支墩，为防止内穿管与支墩发生摩擦碰撞，套管充水至h＝0.55m，在内穿管进行内穿的过程中，通过调节套管两端的进出水将水位控制在0.75m。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种用于套管内管道安装的漂管法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：在工作坑(12)内的套管端头开设进水口，在接收坑(1)内的套管端头开设出水口，在套管(3)内安装用于支撑内穿管(6)的支墩(5)，在套管(3)内吊装吹砂管(4)；
第二步：在出水口安装封堵，在进水口安装止水圈(7)，向套管(3)内注水；
第三步：在内穿管(6)一端设置导向控制缆(2)，另一端设置有顶铁(9)和千斤顶(11)，所述导向控制导缆(2)穿过封堵与接收坑(1)中的卷扬机连接，所述千斤顶(11)位于工作坑(12)中，且与工作坑(12)中的导轨(8)配合，形成千斤顶(11)推进，卷扬机控制方向的工作方式，完成内穿管(6)的顶进；
第四步：内穿管(6)到位后，利用进水口和出水口进行排水作业，水位下降，降水过程中利用卷扬机控制导向，使内穿管(6)准确落在支墩(5)正上方；
第五步：利用吹砂管(4)逐段进行吹砂工作，将砂泵送至套管(3)与内穿管(6)之间的缝隙，利用排水孔排出砂内水分，吹砂临近完成时套管(3)和内穿管(6)之间的缝隙用沙袋填充。
2.根据权利要求1所述的用于套管内管道安装的漂管法，其特征在于，所述进水口和出水口均与套管(3)处于同一轴线。
3.根据权利要求1所述的用于套管内管道安装的漂管法，其特征在于，所述支墩(5)采用混凝土支墩，所述支墩(5)和内穿管(6)之间设置有橡胶垫。
4.根据权利要求1所述的用于套管内管道安装的漂管法，其特征在于，所述止水圈(7)采用洞口橡胶止水圈，所述封堵采用钢制满焊封堵。
5.根据权利要求1所述的用于套管内管道安装的漂管法，其特征在于，所述吹砂管(4)与吹砂搅拌及泵送装置连接，所述吹砂搅拌及泵送装置包括砂箱(10)，砂箱(10)内嵌入有顶管机头(14)，所述顶管机头(14)内设置有泥浆泵，所述泥浆泵连接有两根管道，一根为进水管(13)，将清水泵入顶管机头用于调节中粗砂含水率，另一根为吹砂管(4)，将拌合好的中粗砂泵出砂箱(10)用于吹砂。
6.根据权利要求1所述的用于套管内管道安装的漂管法，其特征在于，所述吹砂管(4)采用镀锌钢管，当一段管道的吹砂工作完成后，将吹砂管(4)切断，通过千斤顶(11)将该段吹砂管(4)回拖，重新焊接后继续下一段的吹砂工作，该步骤可以使吹砂管(4)得到重复利用；吹砂工作完成后，内穿管(6)和套管(3)正好处于同一轴线设置。
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