CN110735969A - 一种洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构，首先在一衬混凝土形成的洞室内，下方安装有底部滑轮，腰线处安装有侧向滑轮，顶部安装有止浮杆，纵向方向上的底部滑轮、侧向滑轮、止浮杆各自所在的高程为同一高程。然后安装电动葫芦，这样就能够进行钢管安装及洞内运输，包括以下循环工序：钢管就位—→隧洞外钢管焊接—→钢管牵引。本发明钢管安装时施工速度快，钢管安装的精度易调整，钢管安装的焊接质量容易得到保证。

Description

一种洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构

技术领域

本发明涉及一种浅埋暗挖洞穿管施工的施工方法，尤其是涉及一种洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构。

背景技术

浅埋暗挖洞穿管施工是保证工程质量的重点，目前国内普遍做法为采用台车在洞内运输钢管的方法，此种方法成本高，在钢管对接时，上下调整千斤顶来控制高程，精度也难以保证，施工进度慢。为了克服现有技术的缺点，保证钢管安装的便捷、精确度及施工安全，需要对浅埋暗挖洞穿管施工技术的工艺进行研究。

现有技术方案：从管道安装施工方法分两大部分，第一明挖沟槽的管道安装，第二洞挖隧洞的穿管安装。

设计方案是采用滚珠滑动台车把每节管拉到隧洞内的安装位置，在管道内部用调节设备把两节管道接口调节到同一直线上。接口调节合适后用顶紧设备把接口顶紧密，具体步骤如下：

(1)首先在洞内定位安装轨道，在洞外定位安装卷扬机。

(2)把吊装架装到第1节管内，再把第1节管吊到台车上，使用卷扬机把台车拉到隧洞中间特定位置固定，调节合适后用混凝土浇筑。

(3)把第2节管吊到台车上，再用卷扬机拉到第1节管的对接处。

(4)把第1节管内的吊装架拉到对接处，把吊装架的轮子升起来，让四个角的垫块受力。

(5)用千斤顶把第2节的外侧口调节到和第1节同一直线上，并且用钢板固定，卸下千斤顶。

(6)在吊装架与管接触面分别垫上20mm厚度的钢板(防止管壁压坏)，启动液压千斤顶把第2节的对接口吊到第1节的同样高度，用左右固定顶杠把接头调到一致，并且用钢板固定。

(7)检查合格后用混凝土回填浇筑第2节管道。

(8)各节与第2节同样安装。

现有技术方案的缺点如下所述：

(1)钢管在安装过程中，需要吊车、台车、千斤顶、卷扬机、钢板等，成本较高。

(2)钢管在安装时只能在洞内进行对接，洞内范围小，且上下调整千斤顶来控制高程，精度难以保证，总体施工速度慢。

(3)钢管在焊接时只能再洞内进行单面焊，施工速度慢，质量难以得到保证。

发明内容

本发明提供了一种洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构，解决了上述在浅埋暗挖洞穿管施工中，钢管的运输、安装不便的问题，其技术方案如下所述：

一种洞穿钢管安装方法，包括下列步骤：

S1：在洞室内安装支撑钢管的滑轮，以及对钢管限位的止浮杆；

S2：洞室后端的洞脸处安装电动葫芦，电动葫芦通过钢丝绳与动滑轮相连接，动滑轮能够通过钢丝绳与钢管相连接；

S3：洞室前端的洞脸处设置有焊接工作坑，在焊接工作坑前方设置有多组外支墩滑轮，采用汽车吊将第一根钢管吊至外支墩滑轮上，在就位后使用电动葫芦水平拉至第一根钢管外露洞室的0.5m处，然后调运第二根钢管；

S4：两根钢管在焊接工作坑进行焊接，完成后用电动葫芦水平拉至第二根钢管外露洞室的0.5m处；

S5：进行下一根钢管吊装、焊接、拉进，依次类推顺序施工。

进一步的，步骤S1中，洞室内设置有沿纵向的底部滑轮和侧向滑轮，底部滑轮分为左右两个，焊接在一衬混凝土施工时下方预埋的钢板两侧；侧向滑轮位于管中心方向的两侧。

进一步的，步骤S2中，第一节钢管的前端安装有牵引鼻子，并在相邻钢管的钢管焊口处设置吊耳，动滑轮通过钢丝绳与牵引鼻子、吊耳相连接。

进一步的，步骤S3中，外支墩滑轮设置有左右两个，下端固定焊接在预埋钢板上，且两个滑轮通过横向连接角钢焊接固定。

钢管焊接时采用手工电弧焊，为双“V”形坡口焊接，即首先在坡口一侧进行焊接，完成后背面采用碳刨刨出6mm深、10mm宽“V”行坡口，再进行背部焊接。

焊接遍数为内焊3遍和外焊2遍，内焊3遍包括打底V1、填充V2、盖面V3，外焊2遍包括打底V4、盖面V5。

为实现上述洞穿钢管安装方法采用的洞室滑轮布置结构，是在一衬混凝土形成的洞室内，下方安装有底部滑轮，腰线处安装有侧向滑轮，顶部安装有止浮杆，纵向方向上的底部滑轮、侧向滑轮、止浮杆各自所在的高程为同一高程。也就是说，所有的底部滑轮位于同一高程，所有的侧向滑轮位于同一高程，所有的止浮杆位于同一高程。

一衬混凝土在施工时下方预埋有钢板，钢板的两端各自焊接固定有一个底部滑轮，底部滑轮沿洞室的纵向每间隔160cm设置一组，滑轮采用钢制滚轮，外带10mm厚橡胶保护层。

洞室腰线处每隔10m设置一组侧向滑轮，且腰线处的侧向滑轮组交错布置。

沿洞室纵向每隔10米在隧洞顶11点和1点顶端方向各焊一个止浮杆，止浮杆采用Φ80mm、壁厚6mm的无缝钢管制成，无缝钢管的一端与一衬混凝土内侧的钢格栅埋件焊接，另一端焊接有一块10mm厚、20cm*20cm的弧形钢板，弧形钢板能够与钢管预留10mm空隙。

本发明具有以下优点：

(1)采用在洞外一端安装电动葫芦，洞内外布置动滑轮对钢管进行钢管安装，施工速度快，且成本低。

(2)钢管在洞外采用双面焊接，焊接质量易得到保证。

(3)钢管在洞外进行安装，容易调节。

(4)可以对钢管外防腐进行施工。

(5)钢管整体高程通过对滑轮高度的控制来以实现，施工方便。

(6)如果洞外施工范围允许，可同时对多根钢管焊接，缩短工期。

附图说明

图1是洞室滑轮布置结构中的滑轮安装布置示意图；

图2是图1中的滑轮受力计算示意图；

图3是止浮杆布置的布置示意图；

图4是钢管中吊耳布置断面示意图；

图5是洞穿钢管安装时的暗挖钢管洞内运输图；

图6是暗挖洞外滑轮布置图；

图7是钢管间焊接示意图。

具体实施方式

如图1所示，在一衬混凝土1进行纵向施工时，其下方在安装底部滑轮 3的位置预埋有连接钢板4，用于滑轮托架焊接。钢板4的两端分别焊接固定有一个底部滑轮3，底部滑轮3焊接到钢板4前需要再次精确测量管内断面，确保底部滑轮3高程为同一高程，且滑轮定高程与钢管6安装的底高程一致。

施工时可以在底部滑轮3的位置纵向拉一道钢丝线，调整钢丝线的位置为钢管安装底高程，沿钢丝线安装布设底部滑轮3。完成后再次精确测量，不合格的底部滑轮3重新安装，直至全部安装完成。

洞室底部沿纵向每间隔160cm设置一组底部滑轮3，腰线处每隔10m 设置一组侧向滑轮2，腰线处的侧向滑轮组交错布置。

同时，在一衬混凝土1的下方布置硅芯管5，所述硅芯管5的高度低于钢板4。

为防止钢管6的外防腐被破坏，滑轮采用钢制滚轮，外带10mm厚橡胶保护层。

如图2所示，用于承重的底部滑轮3间距为160cm，钢管每延米重量 1.3t/m，平均每延米布设滚轮(1/0.8)*2＝2.5个，每个滑轮承重1.3/2.5＝0.52T。由于承重的底部滑轮3并非竖向安装，与重力方向夹角为29°，则钢管6 给底部滑轮3的力分为两项，一是竖向重力(G＝0.52T)，另一项为水平向外的推力，根据三角函数可计算得每个底部滑轮3的轴向受力为5.9KN，考虑1.5的安全系数。每个底部滑轮3按受力8.9KN考虑，现场采购为10KN 滑轮。

如图3所示，安装钢管6时，为防止自密实混凝土浇筑时钢管6漂浮，沿纵向每隔10米在隧洞顶11点和1点顶端方向各焊一组止浮杆，分别为 11点处的第一止浮杆7和1点方向的第二止浮杆8。

顶端的止浮杆采用Φ80mm、壁厚6mm的无缝钢管制成，无缝钢管的一端与一衬混凝土1内侧的钢格栅埋件焊接，另一端焊接有一块10mm厚、 20cm*20cm的弧形钢板，弧形钢板与钢管6预留10mm空隙。止浮杆采用挂线的方法控制高程及位置，防止钢管6在运输工程中被破坏。

如图4所示，在钢管6的牵引侧采用20mm厚钢板制作吊耳9，吊耳9 与钢管6焊接，与钢管6的焊接部位为钢管焊口处，共设置左右2个吊耳，吊耳间的距离L为160mm。

如图5所示，本发明的施工流程如下所述：

洞内滑轮安装与止浮杆设置—→电动葫芦安装—→钢管安装及洞内运输(循环工序：钢管就位—→隧洞外钢管焊接—→钢管牵引)。

一、本发明所述的洞穿钢管安装方法采用的滑轮安装布置整体如下所述，洞室底部每间隔1.6m设置一组底部滑轮(左右各一个)，根据三角函数可计算得每个滑轮的轴向受力为5.9KN，考虑1.5的安全系数，每个滑轮按受力8.9KN考虑，现场采购为10KN滑轮。在一衬混凝土1施工时设置底部滑轮的位置预埋钢板4，用于滑轮托架焊接。为防止钢管6的外防腐被破坏，底部滑轮采用钢制滚轮，外带10mm厚橡胶保护层。

二、进一步的，本发明还包括电动葫芦15安装，电动葫芦15的下方基础13采用内插钢筋的C30混凝土，基础13使电动葫芦15拉伸时的拉力方向位于钢管中心线上。电动葫芦15的固定锚杆14位于基础13前端，插入地下。电动葫芦15通过动滑轮16拉动钢管。

以某段暗挖为例：共计100m钢管，总重130t，相邻的钢管6采用焊接固定，焊接处存在焊缝19。电动葫芦15固定的布置在洞脸一端，i＝0.00019，钢管爬上坡运输，总牵引力F为：

F＝G*cosα*μ+G*sinα

＝1300*1*0.09+1300*0.00019

＝117.25KN

综上计算选用牵引力为12T，选用20T电动葫芦。

钢丝绳规格：6*37-21.5mm。

动滑轮16通过Φ40mm钢丝绳一端与牵引鼻子20连接，另一端与电动葫芦15固定安装的定滑轮相连接，在电动葫芦15上的定滑轮和动滑轮16 形成滑轮组。

牵引鼻子20：用钢板δ＝20mm制成牵引鼻子20焊在第1节穿越钢管前端。同时在钢管牵引侧采用20mm厚钢板制作吊耳，与钢管焊接，与钢管焊接部位为钢管焊口处，共设置2个吊耳，两个吊耳和牵引鼻子20通过钢丝绳固定连接，然后牵引鼻子20通过钢丝绳与动滑轮16相连接。牵引鼻子 20为钢板切割成的活动环，用于连接钢丝绳，钢丝绳只连接最前面的钢管。

钢管6在洞室内滑动时，下方通过多组底部滑轮组成的滑动轮17进行滑动前行。

此外，在洞室前端的下方设置有焊接工作坑18，用于在钢管进入洞室前与前端的钢管进行焊接用。

三、钢管安装及洞内运输的描述如下：

采用25T汽车吊将钢管6吊至洞外支墩滑轮上，钢管6吊至就位后，使用电动葫芦15(通过计算，采用20T的电动葫芦)水平拉至钢管外露洞室的0.5m处，然后调运下一根钢管；

两根钢管在洞外完成焊接后，用电动葫芦15水平拉至后端钢管外露洞室的0.5m处，再进行下一根钢管吊装、焊接、拉进，以此类推顺序施工。

具体的说：

如图6所示，在距离洞脸的7.5m处修建平台，采用25T汽车吊将钢管 6吊至洞外支墩滑轮12上(通过查25T汽车吊主要性能与参数，工作半径 7.5m满足现场吊装要求)，支墩滑轮12安装在预埋钢板10上，支墩滑轮 12设置有左右两个，并通过横向连接角钢11焊接固定。

钢管6吊至就位后，使用电动葫芦15水平拉至钢管外露0.5m处，然后调运下一根钢管，完成焊接后，用电动葫芦水平拉至钢管外露0.5m处，再进行下一根钢管吊装、焊接、拉进，以此类推顺序施工。

如图7所示，钢管焊接采用手工电弧焊，双“V”形坡口焊接，首先在坡口一侧进行焊接，完成后背面采用碳刨刨出6mm深、10mm宽“V”行坡口，再进行背部焊接。

经多次试验后最终确定焊接遍数为：内焊3遍(打底V1、填充V2、盖面V3)，外焊2遍的(打底V4、盖面V5)。

本发明技术方案带来的有益效果：

1、钢管安装施工速度快；

2、钢管安装的精度易调整；

3、钢管安装的焊接质量容易得到保证。

本发明具有以下特点：

创新点1：采用在洞外一端安装电动葫芦，洞内外布置动滑轮对钢管进行钢管安装。

根据受力计算，钢管一端安装20T电动葫芦，在洞内为安装10KN的混动轮，来对钢管进行运输。

创新点2：钢管在洞外可采用双面焊接。

钢管焊接均在洞外采用双面焊接，焊接质量易得到保证。

创新点3：钢管整体高程通过对滑轮高度的控制来以实现。

施工时在滑轮位置纵向拉一道钢丝线，调整钢丝线的位置为钢管安装底高程，沿钢丝线安装布设滑轮，钢管安装的高程控制方便。

创新点4：如果洞外施工范围允许，可同时对多根钢管焊接。

在明挖与暗挖接头处，在洞外布置滑轮，可以同时对多根钢管进行吊装、焊接，施工速度快。

Claims (10)

1.一种洞穿钢管安装方法，包括下列步骤：

S1：在洞室内安装支撑钢管的滑轮，以及对钢管限位的止浮杆；

S2：洞室后端的洞脸处安装电动葫芦，电动葫芦通过钢丝绳与动滑轮相连接，动滑轮能够通过钢丝绳与钢管相连接；

S3：洞室前端的洞脸处设置有焊接工作坑，在焊接工作坑前方设置有多组外支墩滑轮，采用汽车吊将第一根钢管吊至外支墩滑轮上，在就位后使用电动葫芦水平拉至第一根钢管外露洞室的0.5m处，然后调运第二根钢管；

S4：两根钢管在焊接工作坑进行焊接，完成后用电动葫芦水平拉至第二根钢管外露洞室的0.5m处；

S5：进行下一根钢管吊装、焊接、拉进，依次类推顺序施工。

2.根据权利要求1所述的洞穿钢管安装方法，其特征在于：步骤S1中，洞室内设置有沿纵向的底部滑轮和侧向滑轮，底部滑轮分为左右两个，焊接在一衬混凝土施工时下方预埋的钢板两侧；侧向滑轮位于管中心方向的两侧。

3.根据权利要求1所述的洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构，其特征在于：步骤S2中，第一节钢管的前端安装有牵引鼻子，并在相邻钢管的钢管焊口处设置吊耳，动滑轮通过钢丝绳与牵引鼻子、吊耳相连接。

4.根据权利要求1所述的洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构，其特征在于：步骤S3中，外支墩滑轮设置有左右两个，下端固定焊接在预埋钢板上，且两个滑轮通过横向连接角钢焊接固定。

5.根据权利要求1所述的洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构，其特征在于：钢管焊接时采用手工电弧焊，为双“V”形坡口焊接，即首先在坡口一侧进行焊接，完成后背面采用碳刨刨出6mm深、10mm宽“V”行坡口，再进行背部焊接。

6.根据权利要求5所述的洞穿钢管安装方法及洞室滑轮布置结构，其特征在于：焊接遍数为内焊3遍和外焊2遍，内焊3遍包括打底V1、填充V2、盖面V3，外焊2遍包括打底V4、盖面V5。

7.为实现上述洞穿钢管安装方法采用的洞室滑轮布置结构，其特征在于：一衬混凝土形成的洞室内，下方安装有底部滑轮，腰线处安装有侧向滑轮，顶部安装有止浮杆，纵向方向上的底部滑轮、侧向滑轮、止浮杆各自所在的高程为同一高程。

8.根据权利要求7所述的洞室滑轮布置结构，其特征在于：一衬混凝土在施工时下方预埋有钢板，钢板的两端各自焊接固定有一个底部滑轮，底部滑轮沿洞室的纵向每间隔160cm设置一组，滑轮采用钢制滚轮，外带10mm厚橡胶保护层。

9.根据权利要求7所述的洞室滑轮布置结构，其特征在于：洞室腰线处每隔10m设置一组侧向滑轮，且腰线处的侧向滑轮组交错布置。

10.根据权利要求7所述的洞室滑轮布置结构，其特征在于：沿洞室纵向每隔10米在隧洞顶11点和1点顶端方向各焊一个止浮杆，止浮杆采用Φ80mm、壁厚6mm的无缝钢管制成，无缝钢管的一端与一衬混凝土内侧的钢格栅埋件焊接，另一端焊接有一块10mm厚、20cm*20cm的弧形钢板，弧形钢板能够与钢管预留10mm空隙。

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