CN110566725A - 一种控制沉降的埋地式大直径柔性管道及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制沉降的埋地式大直径柔性管道及其加工方法，该管道包括圆形管身、管身两端的套箍、管身顶部的无底三角形横梁、管身四周连接的锚杆和管身底部的底座；管身四周设有锚杆孔，锚杆通过锚杆孔固定在管身四周，锚杆包括圆柱形直杆、螺母、垫片、直杆上的螺旋形支盘和端部的锥形锚头，锚杆通过螺母和垫片与管身固定；无底三角形横梁卡在两端套箍之间，底座与管身连接为一个整体。本发明的无底三角横梁增强了管道顶部的刚度，限制了柔性管道顶部在外荷载作用下向下凹陷；锚杆限制了柔性管道的环向变形；底座支撑着整体管身，增强了管身底部的强度。本发明解决了软土路基中的管道不均匀沉降或局部应力集中而导致管道变形破坏的问题。

Description

一种控制沉降的埋地式大直径柔性管道及其加工方法

技术领域

本发明涉及岩土及市政工程中的地下管道，尤其涉及一种控制沉降的埋地式大直径柔性管道及其加工方法。

背景技术

随着经济的高速发展和城镇化进程的推进，埋地管道在当前社会中的应用已非常广泛。作为物料运输的一种有效手段，埋地管道广泛应用于市政、水利、运输和能源等领域，在现代工农业和人民生活中起着重要的作用。由于城市建设的需要，市政管道直接埋设在道路以下，直接或间接作用在埋地管道上的荷载主要有管道结构自重、填土压力、流体重力等恒载以及交通荷载、地面堆载、温度荷载、管道内压、上浮荷载、地震荷载等活荷载。其中，土压力是埋地管道最主要的恒荷载，交通荷载则是埋设在道路以下的管道上最主要和作用最频繁的活荷载之一。虽然交通荷载不直接作用在埋地管道上，但它通过路面和路基土的传递最终会对管道产生不利影响，交通荷载的上述新特点也给埋地管道的正常使用与安全运行带来了严重的挑战。

在沿海及沿江等平原地区，管道经常需要穿越深厚的软土层。由于软土具有高孔隙比、高压缩性、低剪切强度以及在循环荷载作用下具有塑性变形累积等特性，因此交通荷载的重复作用会使软土路基产生不可恢复的永久沉降变形，导致埋设于软土路基中的管道产生不均匀沉降或局部应力集中，造成管道开裂或渗漏等事故，影响管道的正常运行。因此，亟需研究一种可以有效控制沉降的埋地式大直径柔性管道及其加工方法，以有效控制埋地管道区域的地面沉降，从而保证管道的长久利用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种控制沉降的埋地式大直径柔性管道及其加工方法，以解决特殊土质地区管道区域路面的不均匀沉降、局部区域沉降过大的技术问题。

技术方案：本发明控制沉降的埋地式大直径柔性管道，该管道采用金属或化学管材制作，包括多个管道单元，管道单元包括圆形管身、位于管身顶部的无底三角形横梁、管身四周连接的锚杆、管身底部的底座和位于管身两端的环形套箍；管身四周设有锚杆孔，锚杆通过锚杆孔固定在管身四周，锚杆包括圆柱形直杆、螺母、垫片、直杆上的螺旋形支盘和端部的锥形锚头，锚杆通过螺母和垫片与管身固定；无底三角形横梁卡在两端套箍之间，底座与管身连接为一个整体。

管身底部的底座末端与管身相切以支撑所述管道。

圆形管身为大直径圆环形薄壁结构。

无底三角形横梁的顶角为60°。

锚杆表面为粗糙面。

管身两端的环形套箍内径与管身外径相同，环形套箍内部为圆形，外部为多边形。

套箍将管道单元之间通过法兰连接为一个整体。

控制沉降的埋地式大直径柔性管道的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)用金属或化学管材制作一个大直径圆形管身，管身四周预先留有锚杆孔；

(2)将底座连接在圆形管身的底部；

(3)将无底三角形横梁连接在圆形管身的顶部；

(4)将外接锚杆在管身内部从预留的锚杆孔中打出，使垫片与管身接触并通过螺母锁死；

(5)将内径与圆形管身外径相等的内圆外五边形的套箍固定在管身两端；

(6)将无底三角形横梁和底座与两端套箍接触的地方进行焊接或粘接；

(7)将管道单元与管道单元之间通过法兰连接为一个整体。

步骤(2)中，底座和管身通过焊接或粘结方式连接。

步骤(3)中，无底三角形横梁和管身通过焊接或粘结方式连接。

工作原理：本发明在普通圆形管道基础上主要做了三点的结构创新：一是在圆形管身顶部增加了一个无底三角形横梁，三角形横梁的存在增强了管道顶部的刚度，在一定程度上限制柔性管道顶部在外荷载作用下向下凹陷；二是在圆形管身四周布置了外接拉锚，并且这些锚杆的表面都被加工成粗糙面增强了锚杆自身与土体的摩檫力，并且螺旋形支盘和端部正方形扩盘增加了锚杆与土体的正面接触面积，增加了变形过程中所受的阻力，在四周土压力的作用下，这些外接锚杆可以有效限制柔性管道的环向变形；三是在圆形管身底部设置了一个底座，底座与管身底部连接成一个整体，支撑着整个管身。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)三角形横梁增强了管道顶部的刚度，对管身起到了加固作用，限制了柔性管道顶部在外荷载作用下向下凹陷的趋势。

(2)圆形管身四周布置了外接锚杆，锚杆四周的螺旋形支盘增加了锚杆与土体的正面接触面积，增加了变形过程中所受的阻力；并且这些锚杆的表面都被加工成粗糙面增强了锚杆自身与土体的摩檫力。在四周土压力的作用下，这些外接锚杆可以有效限制柔性管道的环向变形。

(3)底座增强了管身底部的强度并且底座与管身底部连接成一个整体，支撑着整个管身，起到了控制地面沉降的作用。

(4)管身两端的套箍将管道相互连接起来，也起到了限制变形的作用。

(5)在该管道区域的地面荷载作用下，由于管道变形产生的地面沉降将会得到有效控制，因此该发明特别适用于一些交通道路和软土路基处的管道铺设，可以有效解决软土路基中的管道产生不均匀沉降或局部应力集中而导致管道变形破坏的问题。

附图说明

图1为本发明柔性管道结构示意图；

图2为本发明中管身横截面图；

图3为本发明中外接锚杆结构示意图；

图4为本发明中两端套箍结构示意图；

具体实施方式

如图1所示，本发明埋地式大直径柔性管道包括圆形管身1、位于管身顶部的无底三角形横梁2、管身四周连接的锚杆3、管身底部的底座4和位于管身两端的套箍5。其中的管身1为该管道的主体部分，采用大直径圆环形薄壁结构，主要承担管道的运输功能。该管道由金属或化学管材制作，属于柔性管道。管身顶部的无底三角形横梁2卡在两端的套箍5之间，厚度与管身厚度相同，其中的无底三角形的顶角为60°。根据所用材料选择焊接或熔接的方式将管身顶部的无底三角形横梁2和管身底部的底座4与管身1和套箍5连接成一个整体。

如图2所示，管身顶部无底三角形横梁2的顶角为60°；外接锚杆3与管身连接的部分与交点处的切线角度为90°；管身底部的底座轮廓为一个三角形中去掉一个圆锥形，该底座末端与管身底部相切，支撑着整个管道。

如图3所示，管身四周连接的锚杆3包括细长圆柱形直杆6、直杆6上的螺母7、垫片8、螺旋形支盘9和端部锥形锚头10，锥形锚头表面被加工成光滑面，以减小锚杆在钻进过程中锚头所受的阻力；其余表面被加工成粗超面以增大锚杆在工作时自身与土体的摩擦力。

外接锚杆通过螺母和垫片对称连接在管身四周的各点处。外接锚杆被加工成粗糙面以增加其与土体之间的摩檫力，并且螺旋形支盘和端部正方形扩盘增加了锚杆与土体的正面接触面积，增加了变形过程中所受的阻力，从而获得更加大的受力效果。

如图4所示，管身左右两端的套箍5的轮廓，内部为圆形，外部为五边形，可以与底座进行无缝对接；自身存在一定的厚度以增强其强度，并且留有一圈的螺栓孔以供管道与管道之间进行法兰连接形成一个整体以应用于实际工程。

结合以上图1至图4，本发明有效控制沉降的埋地式大直径柔性管道的加工方法包括以下步骤：

(1)用金属或化学管材制作一个直径大于120mm的空心圆柱形管身，管身四周预先留有锚杆孔；

(2)将加工好的底座连接在圆形管身的底部；

(3)将加工后的无底三角形横梁连接在圆形管身的顶部；

(4)将加工后的外接锚杆在管道内部从预留的锚杆孔中打出，使垫片与管身接触并通过螺母锁死；

(5)将内径与圆形管身外径相等的并且留有螺栓孔的圆环形套箍通过焊接或熔接的方式固定在管身两端；

(6)将无底三角形横梁和近似三角形底座与两端套箍接触的地方进行焊接或粘接以形成一个整体，从而达到更好的受力效果；

(7)将各自加工好的管道之间加一个法兰垫，然后通过螺栓将管道各自的套箍拉紧使其紧密结合而成为一个整体以供实际工程使用。

其中，管身为金属材料时，管身与底座或无底三角形横梁通过焊接方式连接；管身材料为化学管时，管身与底座或无底三角形横梁通过焊接或粘结方式连接。

Claims (10)

1.一种控制沉降的埋地式大直径柔性管道，所述管道采用金属或化学管材制作，其特征在于：包括多个管道单元，所述管道单元包括圆形的管身(1)、位于管身(1)顶部的无底三角形横梁(2)、管身四周连接的锚杆(3)、管身底部的底座(4)和位于管身(1)两端的环形套箍(5)；所述管身四周设有锚杆孔，所述锚杆通过锚杆孔固定在管身四周，所述锚杆包括圆柱形直杆(6)、螺母(7)、垫片(8)、直杆上的螺旋形支盘(9)和端部的锥形锚头(10)，所述锚杆通过螺母和垫片与管身固定；所述无底三角形横梁卡在两端套箍之间，所述底座与管身连接为一个整体。

2.根据权利要求1所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道，其特征在于：所述管身底部的底座末端与管身相切以支撑所述管道单元。

3.根据权利要求1所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道，其特征在于：所述管身(1)为大直径圆环形薄壁结构。

4.根据权利要求1所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道，其特征在于：所述无底三角形横梁的顶角为60°。

5.根据权利要求1所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道，其特征在于：所述锚杆表面为粗糙面。

6.根据权利要求1所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道，其特征在于：所述管身两端的环形套箍(5)内径与管身外径相同，所述环形套箍内部为圆形，外部为多边形。

7.根据权利要求1所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道，其特征在于：所述环形套箍将管道单元之间通过法兰连接为一个整体。

8.一种采用如权利要求1所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)用金属或化学管材制作一个大直径圆形管身(1)，所述管身四周预先留有锚杆孔；

(2)将底座(4)连接在圆形管身(1)的底部；

(3)将无底三角形横梁(2)连接在圆形管身(1)的顶部；

(4)将外接锚杆(3)在管身内部从预留的锚杆孔中打出，使垫片(8)与管身接触并通过螺母(7)锁死；

(5)将内径与圆形管身(1)外径相等的内圆外五边形的套箍(4)固定在管身两端；

(6)将无底三角形横梁(2)和底座(4)与两端套箍(5)接触的地方进行焊接或粘接；

(7)将管道单元与管道单元之间通过法兰连接为一个整体。

9.根据权利要求8所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道的加工方法，其特征在于：步骤(2)中，所述底座(4)和管身通过焊接或粘结方式连接。

10.根据权利要求8所述的控制沉降的埋地式大直径柔性管道的加工方法，其特征在于：步骤(3)中，所述无底三角形横梁和管身通过焊接或粘结方式连接。