CN111946906A - 长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道工程技术领域，涉及管道穿引技术，尤其是长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置及其施工方法，包括功能性管道和外套管，其中外套管的两端分别安装有前挡板和后挡板，功能管位于外套管内的端部安装有封堵板，在外套管内注水后，将功能性管道由入口端推入，之后相邻的功能性管道顺次焊接，待检测密封后顺次推入外套管内。所用装置以及施工方法，相较于现有技术，可大大减小加工时所用的体积，除此之外，也可减小所用牵引机械装置的体量，即简化了穿管难度，也提升了穿管效率。

Description

长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置及其施工方法

技术领域

本发明属于管道工程技术领域，涉及管道穿引技术，尤其是长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置及其施工方法。

背景技术

随着城市建设的加速发展，城市中各种管网(供水管道、燃气管道等功能性管道)建设穿越现状道路及居住密集区时加设套管越来越普遍。因套管内施工作业面狭小，功能性管道距离长、自重大，功能性管道的运输、连接及安装等工序受到很大限制，不能进行流水作业，大大降低工作效率。例如：原DN1500混凝土管道内穿DN800涂塑钢制管道，原施工方案为混凝土管道内安装控件狭小，且两边需要大量机械配合施工，施工难度大，费用高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适合狭小空间功能性管道安装，应用的机械设备体量小，安装过程紧密高效的长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置及其施工方法。

本发明采取的技术方案是：

长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置，包括功能性管道和外套管，其中外套管的两端分别设置为入口端和出口端，在所述入口端和出口端位置分别沿径向方向安装有前挡板和后挡板，功能性管道伸入外套管的端部安装有密封的封堵板，其特征在于：所述前挡板和后挡板为弧形，其下端部和外套管内壁密封，上端部制出弧形槽，所述弧形槽和功能性管道的外缘弧度适配，该功能性管道背向弧形槽的外壁沿功能性管道延伸方向均匀间隔安装有多组导向轮，每组包括至少两个导向轮，每组内的两个导向轮对称设置，两个导向轮的外缘同步压接在外套管的内壁端面内。

而且，在前挡板和后挡板制出的弧形槽内，沿其弧度安装有密封垫。

而且，同组内的两个导向轮所呈角度为55-65°。

应用长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在外套管的入口端和出后端分别安装加装有密封垫前挡板和后挡板；

步骤2：在首节功能性管道的端部安装封堵板；

步骤3：在功能性管道的外壁按间距间隔焊装导向轮；

步骤4：将首节功能性管道安装有封堵板一端由前挡板制出的弧形槽沿外套管轴向方向推入；

步骤5：向外套管内注水并继续向出口端推入功能性管道，确保位于外套管内的功能性管道浮起；

步骤6：将次节功能性管道和前一节功能性管道未安装封堵板的接口连接密封，待接口检测合格后，在该节功能性管道的外壁按间距间隔焊装导向轮，并将该节功能性管道继续推入；

步骤7：重复步骤6，直至首节功能性管道由外套管的出口端推出。

进一步的，所述步骤1中，前挡板和后挡板制出的弧形槽低点高度不低于可支撑功能性管道可浮起状态的水位高度。

进一步的，所述步骤3中，相邻的两组导向轮之间的间距为20-30米。

进一步的，所述步骤5中，水位高度＝(R-cosθ*R)+h+t，式1；

其中R为所述功能性管道的半径，h为所述功能性管道的上浮高度，t为外套管的壁厚，θ为所需水位高度所在水平线与功能性管道外壁两个交点之间圆弧所对应的圆心角的二分之一；

θ-cosθ*sinθ＝3.925*π*(D²-d²)/R²，式2；

其中D为所述功能性管道的外径，d所述功能性管道的内径。

本发明的优点和积极效果是：

本发明中，在外套管的入口端和出后端分别安装前挡板和后挡板形成临时性的坝状结构，用于向内蓄水，功能性管道端部安装封堵板用于将功能性管道的端部密封，前挡板和后挡板制出的弧形槽用于功能性管道穿入，穿出；导向轮即可对功能性管道进行导向，又可避免功能性管道与外套管发生硬性接触，防止功能性管道或外套管损坏。

本发明中，密封垫的设置用于将前挡板和后挡板与功能性管道外壁之间形成密封，两个导向轮的角度互呈55-65°，角度较为适中，在两个导向轮距轴心距离相同的前提下，该角度即为功能性管道预留更大的上浮空间，又不至于两导向轮之间的功能性管道顶部与外套管发生接触。

本发明中，应用长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置的施工方法，在进行穿管前分别在外套管的两端和首节功能性管道的端部安装的封堵板结构合理简便，可根据现场环境及相应参数进行调整，并在现场进行安装，操作过程简便；导向轮也采用现场焊接的方式，灵活度高，对于不同尺寸的管路可调整不同的间距；首节功能性管道通过自重与密封垫形成密封，待首节推入后，逐节顺次焊接、检验、推入，因此，可保证每次最多制有两节功能性管道位于加工位置，占用空间小，前期挖掘工作体量小；功能性管道位于外套管内的部分漂浮，极大减少功能性管道和外套管之间的摩擦力，因此所依赖的机械牵引装置的体量可大大减小，即简化了穿管难度，也提升了穿管效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中轴向方向的结构示意图。

1：外套管2：功能性管道3：导向轮4：前挡板5：密封垫(前挡板)6：后挡板7密封垫(后挡板)8：封堵板。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

基于上述装置和施工方法，应用于具体实施例中。以DN1500mm钢筋混凝土管为外套管，DN800mm给水涂塑复合钢管为功能性管道，进行穿管作业。

长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置，包括功能性管道2和外套管1，其中外套管的两端分别设置为入口端和出口端，在所述入口端和出口端位置分别沿径向方向安装有前挡板4和后挡板6，功能性管道伸入外套管的端部安装有密封的封堵板8，本发明的创新在于，所述前挡板和后挡板为弧形，其下端部和外套管内壁密封，上端部制出弧形槽，所述弧形槽和功能性管道的外缘弧度适配，该功能性管道背向弧形槽的外壁沿功能性管道延伸方向均匀间隔安装有多组导向轮3，每组包括至少两个导向轮，每组内的两个导向轮对称设置，两个导向轮的外缘同步压接在外套管的内壁端面内。

本实施例中，在前挡板和后挡板制出的弧形槽内，沿其弧度安装有密封垫(前挡板)5、密封垫(后挡板)7，本实施例中，密封垫和前挡板及后挡板的弧形相适配，密封垫的外廓向前挡板和后挡板方向延伸10-15厘米。

本实施例中，同组内的两个导向轮所呈角度为60°。

本发明的工作过程是：

应用长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置的施工方法，包括如下步骤：

步骤1：在外套管的入口端和出后端分别安装加装有密封垫前挡板和后挡板，前挡板和后挡板制出的弧形槽低点高度不低于可支撑功能性管道可浮起状态的水位高度；

步骤2：在首节功能性管道的端部安装封堵板；

步骤3：在功能性管道的外壁按间距间隔焊装导向轮，相邻的两组导向轮之间的间距为30米；

步骤4：将首节功能性管道安装有封堵板一端由前挡板制出的弧形槽沿外套管轴向方向推入；

步骤5：向外套管内注水并继续向出口端推入功能性管道，确保位于外套管内的功能性管道浮起；

每节功能性管道的自重为：

G＝ρ钢*V*g＝ρ钢*π*(D2-d2)*L*g/4

钢的密度——ρ钢＝7850kg/m3；取重力加速度——g＝10m/s2。

由于F浮＝G

即浮起一节功能性管道所需要的浮力为F浮＝ρ钢*π*(D2-d2)*L*g/4。浮力为F浮所需排开水的体积为：

V＝m/ρ水＝F浮/(g*ρ水)＝3.925*π*(D2-d2)*L水的密度——ρ水＝1000kg/m3；

因此，功能性管道2浮起需在其2θ角度范围内充满水；

V＝V排＝S*L＝(θR2-cosθ*sinθ*R2)*L

故当θ角满足下面的公式时即可将功能性管道2浮起：

θ-cosθ*sinθ＝3.925*π*(D2-d2)/R2

所以，要想功能性管道2的上浮高度为h，只需当水位满足2θ角度要求后，继续往套管内注水，使水位上涨h即可。

水位高度＝(R-cosθ*R)+h+t，式1；

其中R为所述功能性管道的半径，h为所述功能性管道的上浮高度，t为外套管的壁厚，θ为所需水位高度所在水平线与功能性管道外壁两个交点之间圆弧所对应的圆心角的二分之一；

θ-cosθ*sinθ＝3.925*π*(D²-d²)/R²，式2；

其中D为所述功能性管道的外径，d所述功能性管道的内径；

步骤6：将次节功能性管道和前一节功能性管道未安装封堵板的接口连接密封，待接口检测合格后，在该节功能性管道的外壁按间距间隔焊装导向轮，并将该节功能性管道继续推入；

步骤7：重复步骤6，直至首节功能性管道由外套管的出口端推出。

本发明中，在外套管的入口端和出后端分别安装前挡板和后挡板形成临时性的坝状结构，用于向内蓄水，功能性管道端部安装封堵板用于将功能性管道的端部密封，前挡板和后挡板制出的弧形槽用于功能性管道穿入，穿出；导向轮即可对功能性管道进行导向，又可避免功能性管道与外套管发生硬性接触，防止功能性管道或外套管损坏。

本发明中，密封垫的设置用于将前挡板和后挡板与功能性管道外壁之间形成密封，两个导向轮的角度互呈55-65°，角度较为适中，在两个导向轮距轴心距离相同的前提下，该角度即为功能性管道预留更大的上浮空间，又不至于两导向轮之间的功能性管道顶部与外套管发生接触。

本发明中，应用长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置的施工方法，在进行穿管前分别在外套管的两端和首节功能性管道的端部安装的封堵板结构合理简便，可根据现场环境及相应参数进行调整，并在现场进行安装，操作过程简便；导向轮也采用现场焊接的方式，灵活度高，对于不同尺寸的管路可调整不同的间距；首节功能性管道通过自重与密封垫形成密封，待首节推入后，逐节顺次焊接、检验、推入，因此，可保证每次最多制有两节功能性管道位于加工位置，占用空间小，前期挖掘工作体量小；功能性管道位于外套管内的部分漂浮，极大减少功能性管道和外套管之间的摩擦力，因此所依赖的机械牵引装置的体量可大大减小，即简化了穿管难度，也提升了穿管效率。

Claims (7)

1.长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置，包括功能性管道和外套管，其中外套管的两端分别设置为入口端和出口端，在所述入口端和出口端位置分别沿径向方向安装有前挡板和后挡板，功能性管道伸入外套管的端部安装有密封的封堵板，其特征在于：所述前挡板和后挡板为弧形，其下端部和外套管内壁密封，上端部制出弧形槽，所述弧形槽和功能性管道的外缘弧度适配，该功能性管道背向弧形槽的外壁沿功能性管道延伸方向均匀间隔安装有多组导向轮，每组包括至少两个导向轮，每组内的两个导向轮对称设置，两个导向轮的外缘同步压接在外套管的内壁端面内。

2.根据权利要求1所述的长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置，其特征在于：在前挡板和后挡板制出的弧形槽内，沿其弧度安装有密封垫。

3.根据权利要求1所述的长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置，其特征在于：同组内的两个导向轮所呈角度为55-65°。

4.应用如权利要求1-3中任一所述的长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在外套管的入口端和出后端分别安装加装有密封垫前挡板和后挡板；

步骤2：在首节功能性管道的端部安装封堵板；

步骤3：在功能性管道的外壁按间距间隔焊装导向轮；

步骤4：将首节功能性管道安装有封堵板一端由前挡板制出的弧形槽沿外套管轴向方向推入；

步骤5：向外套管内注水并继续向出口端推入功能性管道，确保位于外套管内的功能性管道浮起；

步骤6：将次节功能性管道和前一节功能性管道未安装封堵板的接口连接密封，待接口检测合格后，在该节功能性管道的外壁按间距间隔焊装导向轮，并将该节功能性管道继续推入；

步骤7：重复步骤6，直至首节功能性管道由外套管的出口端推出。

5.根据权利要求4所述的长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤1中，前挡板和后挡板制出的弧形槽低点高度不低于可支撑功能性管道可浮起状态的水位高度。

6.根据权利要求4所述的长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤3中，相邻的两组导向轮之间的间距为20-30米。

7.根据权利要求4所述的长距离套管内穿功能性管道的浮管施工装置的施工方法，其特征在于：所述步骤5中，水位高度＝(R-cosθ*R)+h+t，式1；

其中R为所述功能性管道的半径，h为所述功能性管道的上浮高度，t为外套管的壁厚，θ为所需水位高度所在水平线与功能性管道外壁两个交点之间圆弧所对应的圆心角的二分之一；

θ-cosθ*sinθ＝3.925*π*(D²-d²)/R²，式2；

其中D为所述功能性管道的外径，d所述功能性管道的内径。

Images