CN113236853A - 一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备及其方法，属于洞穿管安装领域。设备包括牵引支架(2)、拖动设备(5)、钢丝绳(6)、轨道(12)和运载小车(9)组成，其中牵引支架(2)安装在工作竖井混凝土套管(1)前端，拖动设备(5)一端与牵引支架(2)相联接，另一端通过钢丝绳(6)与钢管(12)连接，所述钢管安放在运载小车(9)上，运载小车(9)的车轮位于轨道(12)内，所述轨道(12)铺设在混凝土套管(1)内。本发明利用轨道滚动摩擦降低拖拉钢管的摩擦阻力和动滑轮组加大拖拉能力的原理，利用拖动设备和牵引装置，将焊接完成的钢管拖入套管内，可以避免洞穿钢管外防腐层磨损，安装过程简单有序。

Description

一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备及其方法

技术领域

本发明涉及隧洞内钢管安装技术领域，特别涉及一种长距离、狭小空间下的穿堤套管内，安装洞穿管的设备和方法。

背景技术

输水隧洞是引水调水工程中的重要组成部分，洞穿管施工工艺是输水隧道施工中常用的一种工艺方法：施工时，先将外衬的混凝土做成套管，然后将内衬的洞穿钢管推进到外衬的混凝土管中。目前洞穿管施工工艺已被广泛应用于燃气、热力、电力、给水、排水等短距离、小管径、对安装精度要求不高的地下管道施工中，但在长距离穿堤套管内部铺设大管径钢管存在很多困难：由于需要铺设的大管径钢管质量大，移动洞穿管需要很大的推进力；同时，钢管需要焊接形成大跨度钢管后才能实现洞穿长距离隧洞的目的，但现场作业空间狭小，整体焊接后再推进需要很长的焊接工作台，质量增加，工程量巨大。

申请号为CN201811628434.0的中国专利，披露了将洞穿钢管推入混凝土管中的技术方案，该方案包括隧洞洞身即混凝土管，隧洞洞身内设有推进系统，在隧洞洞身的进洞口处设有推进设备，所述推进系统包括洞内间隔布置的滚动装置和定位导轨，利用进洞口的推进设备将钢管沿着滚动装置和导轨推进到外衬的混凝土管中。为了更好的固定滚动装置，在隧洞底部浇筑一层混凝土，将滚动装置包裹固定。

采用上述方案在施工中，遇到了以下的问题：由于洞穿钢管压在套筒上滚动进入混凝土套管内，因此钢管外防腐层很容易受到损坏；并且施工工序中要在隧洞的底部浇筑一层混凝土用于加固滚动装置，浇筑混凝土的过程比较费时，延长了施工时间。另一方面，采用推进设备推进钢管时，需要在钢管的管口处放置护口铁，推进设备通过护口铁推动钢管向隧洞洞身内移动，当前一个钢管的管口位于焊接工作坑的中部时推进设备停止工作，将护口铁撤掉，然后将下一个钢管吊运至管道安放平台上，将前后两个钢管对接，进行焊接工作，焊接完成后安装护口铁再进行推进工作，如此反复拆卸和安装护口铁，直至钢管全部就位，工艺过程很复杂。

因此，针对上述问题，本发明提供一种在长距离、狭小空间下的穿堤套管内，采取牵引方式安装洞穿管的设备和方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种便捷省力，且保护钢管外防腐层的长距离狭小空间下穿堤套管内安装洞穿管的设备及其方法。

本发明提供的长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备，其技术方案为：

设备由牵引支架、拖动设备、钢丝绳、轨道和运载小车组成，其中牵引支架安装在工作竖井混凝土套管前端，拖动设备一端与牵引支架相联接，另一端通过钢丝绳与钢管连接，所述钢管安放在运载小车上，运载小车的车轮位于轨道内，所述轨道铺设在混凝土套管内。

优选地，所述拖动设备是电动葫芦。

优选地，在所述拖动设备与牵引支架之间安装有电子吊秤。

优选地，所述拖动设备另一端通过钢丝绳、动滑轮组与钢管联接。

优选地，所述钢丝绳以套环方式通过卡环分段联接，每段钢丝绳长度为电动葫芦一次有效行程长度，套环采用钢丝绳夹固定。

优选地，所述钢丝绳夹头最后面设置两个夹头，两个夹头之间留出一段弯曲形状的冗余绳。

优选地，所述运载小车为四根方钢焊接围成的四边形结构，与轨道垂直的方钢上部做成内凹的弧形形状，在弧形槽内有加劲肋。。

本发明还提供了一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的方法，包括以下步骤：

(1)清理套管内杂物、复测套管轴线及高程偏差；

(2)安装轨道、浇筑混凝土基础，安装牵引设备和钢管焊接平台；

(3)安装运载小车；

(4)钢管吊装、对口、焊接；

(5)拖拉钢管。

本发明的实施包括以下技术效果：

(1)在牵引端设置牵引支架，在牵引支架上挂电动葫芦做为牵引设备，不仅无需设置地锚基础，而且安装拆卸方便；

(2)牵引钢丝绳以套环方式分段联接，套环采用钢丝绳夹固定，既满足定位要求又方便钢丝绳的安装拆卸。在电动葫芦前端安装电子吊秤，可以随时监测拉力值，保证钢丝绳在容许拉力下使用，确保安全；

(3)在运载小车上部制作弧形槽，并在槽内焊接加劲肋加强小车结构强度，不仅降低了钢管重心，提高钢管拖拉过程中的稳定性，而且利用运载小车拖拉钢管可以大大减少拉管阻力，减少施工难度。利用运载小车还能很好的保护钢管外防腐不受损坏，确保给水钢管正常运行和耐久性；

(4)利用运载小车及轨道组成行走装置，可以对钢管拖拉位置进行有效定位，控制钢管轴线偏差，拖拉完成后满足与两侧管道连接安装的精度要求。输水钢管都有防腐要求，利用运载小车及轨道可以避免破坏钢管外防腐层。

附图说明

图1为本发明实施例的一种长距离穿堤套管内洞穿管安装的设备示意图。

图2为电子吊秤安装示意图。

图3为牵引支架结构示意图。

图4为安全弯示意图。

图5为运载小车结构示意图。

图6为轨道安装示意图。

图7为本发明实施例的一种长距离穿堤套管内洞穿管安装的方法示意图。

图中：1、混凝土套管；2、牵引支架；3、卡环；4、电子吊秤；5、拖动设备；6、钢丝绳；7、动滑轮组；8、牵引挂钩孔；9、运载小车；10、工作井井壁；11、钢管；12.轨道；13.混凝土基础；14.钢筋马凳；21.竖向支撑架；22.牵引横梁；23.横向支撑梁；24.纵向支撑梁；25.斜撑钢梁；91.车轮；92.加劲肋。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

参见图1所示，本实施例提供了一种长距离穿堤套管内洞穿管安装的设备，包括牵引支架2、拖动设备5、钢丝绳6、轨道12和运载小车9，其中牵引支架2安装在工作竖井混凝土套管1前端，拖动设备5一端与牵引支架相联接，另一端通过钢丝绳6与钢管12连接，钢管12安放在运载小车9上，运载小车9安装在轨道12上，所述轨道铺设在混凝土套管1内。

拖动设备5为拖拽牵引钢管提供动力，可选用电动葫芦或卷扬机，本实施例中优选电动葫芦，配合分段联接钢丝绳6和动滑轮组7来提供便捷高效牵引动力。因为相较于卷扬机，电动葫芦型号众多，在建筑市场上不乏大吨位的电动葫芦，较易获得，而大吨位卷扬机在建筑市场上较少，不易获得；虽然理论上可利用多个动滑轮来减少拉力，利用卷扬机可满足施工需要，但是长距离拖拉钢管本身所需牵引钢丝绳就长，如果添加动滑轮组，所需钢丝绳也将成倍增加，这将加大卷扬机的卷筒直径，而竖井内本身空间有限，大直径的卷扬机操作不便。利用电动葫芦和分段联接钢丝绳可以很好的避免这个问题。

拖动设备5一端通过钢丝绳或钢缆和卡环3与安装在工作井混凝土套管1前的牵引支架2相连接，借助混凝土套管1钢承口作为牵引钢管的作用力点；进一步，如图2所示，为了保证钢丝绳在容许拉力下使用，在拖动设备5与牵引支架2之间安装电子吊秤4，以便随时监测拉力值，当发现拉力超限后，立即停止施工，采取增加动滑轮减少拉力的安全措施后，再进行施工。

如图3所示，牵引支架2采用20a工字钢相互焊接而成，钢材强度经过计算可满足拖拉钢管时牵引支架的抗拉强度要求。牵引支架2安装在工作竖井混凝土套管1前端，由两根相互平行的工字钢与地面垂直向下固定在混凝土地面上作为竖向支撑架21；在竖向支撑架21靠下位置处横向焊接一根工字钢作为牵引横梁22，从而将竖向支撑架的两根工字钢联接起来，牵引横梁22通过卡环3和钢丝绳与拖动设备5联接。为了避免竖向支撑架21在牵引力作用下发生位移或变形，在竖向支撑架靠上位置可以焊接横向支撑梁23，横向支撑梁23联接竖向支撑架和混凝土套管钢承口，利用钢承口对抗牵引拉力。竖向支撑架与混凝土套管钢承口上端口通过纵向支撑梁24联接，与混凝土套管钢承口下端口通过横向支撑梁23联接，进一步，为了增强支撑效果，竖向支撑架与混凝土套管钢承口中间部分通过斜撑钢梁25联接。

如图1所示，拖动设备5另一端通过钢丝绳6和动滑轮组7与钢管11联接。可根据工程实践需要采用一个电动葫芦加相应数量的动滑轮组来满足总牵引力要求。为便于联接，优选在钢管端头焊接20mm厚钢板做为挂钩孔8，钢丝绳6以套环的方式与挂钩孔8相连。钢丝绳6以套环方式通过卡环分段联接，每段钢丝绳长12m，为电动葫芦一次有效行程长度。套环采用钢丝绳夹固定，既满足定位要求又方便钢丝绳的安装拆卸。选用钢丝绳夹规格为32，数量为5组。作为替代联接方式，也可以在运载小车9的前端焊接钢板作为挂钩孔，运载小车间通过钢丝绳联接组成车组。

如图4所示，为了便于检查接头是否可靠和发现钢丝绳是否滑动，在最后一个钢丝绳夹头后面500mm处再安一个夹头，并将绳头放出一个形状类似与字母“O”形的冗余绳作为“安全弯”，这样，当接头的钢丝绳发生滑动时，“安全弯”将会被拉直，便于及时发现和及时加固。

如图5所示，运载车采用四根方钢焊接加工而成的四边形形状，与轨道12垂直的横向两根平行的方钢上部做成内凹的弧形形状，用来固定钢管，在弧形槽内焊接加劲肋92加固，以满足承载力要求。与轨道平行的纵向的两根平行方钢下安装一对以上的车轮91，车轮轮距与混凝土管内的轨道距离相吻合，便于车轮91在轨道内滚动。工程实践中可以根据需要运载的焊接钢管长度来间隔设置相应数量的运载小车9。洞穿钢管架设在运载小车9上，通过钢管上的挂钩孔8与动滑轮组7、钢丝绳6以及拖动设备5联接。

如图6所示，轨道12铺设在混凝土套管1的底部，首先在混凝土套管1底部浇筑混凝土基础13，浇筑同时插入钢筋马凳14作为承受轨道和其上运载钢管的钢结构基础，轨道使用槽钢制作，嵌入混凝土基础13内。依据钢管设计高程和运载小车高度确定轨道顶面高程，并依据钢管设计轴线及运载小车宽度调整两条轨道位置，以修正套管顶进时的施工偏差。

本实施例利用轨道滚动摩擦降低拖拉钢管的摩擦阻力和动滑轮组加大拖拉能力的原理，利用拖动设备和牵引装置，将焊接完成的钢管拖入套管内。具体而言，利用电动葫芦、钢丝绳及电子吊秤组成的拖拉装置，利用运载车及轨道组成的运载装置来拖拉钢管。拖拉钢管时，先将钢管放与运载小车上焊接，然后启动电动葫芦使环链缠绕带动钢丝绳牵引钢管缓慢向前行走；当达到电动葫芦有效行程后，脱开环链，然后通过拆卸钢丝绳来缩短行程；随后再次启动电动葫芦，钢管继续拖拉进入套管；按上述方法往复操作，使焊接完成的钢管逐步拖拉至套管内。

本发明的特点和优点是：

(1)在牵引端利用套管设置牵引支架，在牵引支架上挂电动葫芦做为牵引设备，不仅无需设置地锚基础，而且安装拆卸方便，无施工废渣，施工所用材料均为常规材料，来源广泛，材料可重复利用，经济环保；

(2)牵引钢丝绳以套环方式分段联接，套环采用钢丝绳夹固定，既满足定位要求又方便钢丝绳的安装拆卸。在电动葫芦前端安装电子吊秤，可以随时监测拉力值，保证钢丝绳在容许拉力下使用，确保安全；

(3)在运载小车上部制作弧形槽，并在槽内焊接加劲肋加强小车结构强度，不仅降低了钢管重心，提高钢管拖拉过程中的稳定性，而且利用运载小车拖拉钢管可以大大减少拉管阻力，减少施工难度。利用运载小车还能很好的保护钢管外防腐不受损坏，确保给水钢管正常运行和耐久性；

(4)利用运载小车及轨道组成行走装置，可以对钢管拖拉位置进行有效定位，控制钢管轴线偏差，拖拉完成后满足与两侧管道连接安装的精度要求。而且输水钢管制造一般采用卷制焊接，为螺旋焊缝，如果将钢管直接放置在辊轴类轨道上拖拉或顶推，会造成钢管环向旋转，对两根钢管间的环向焊缝造成应力破坏。并且输水钢管都有防腐要求，直接放置在辊轴类轨道上拖拉容易造成防腐层破坏，利用运载小车及轨道可以很好地避免这个问题。

如图7所示，本实施例还提供了一种在长距离、狭小空间下的穿堤套管内洞穿管安装的施工方法，包括以下步骤：

S1.清理套管内杂物、复测套管轴线及高程偏差

(1)清理套管内杂物

套管顶进完成，泥浆置换完毕后，拆除套管内注浆管道，清理套管内杂物，要求套管内壁清洁，无杂物。

(2)复测套管轴线及高程偏差

套管清理完成后，复测套管轴线及高程偏差，以供轨道安装使用。

S2.安装轨道、浇筑混凝土基础，安装牵引设备和钢管焊接平台

(1)安装轨道、浇筑混凝土基础

在混凝土套管内用槽钢制作轨道，防止钢管跑偏起到限位作用。依据钢管设计高程和运载小车高度确定轨道顶面高程，并依据钢管设计轴线及运载小车宽度调整两条轨道位置，以修正套管顶进时的施工偏差。

(2)安装牵引设备

拖拉钢管电动葫芦安装在工作井混凝土套管前的牵引支架上，以混凝土套管钢承口作为牵引钢管的作用点；钢管与电动葫芦通过钢丝绳联接。在钢管端头焊接厚钢板做为挂钩孔，钢丝绳以套环的方式与挂钩孔相连。牵引钢丝绳以套环方式通过卡环分段联接(每段钢丝绳长12m，为电动葫芦一次有效行程长度)，套环采用钢丝绳夹固定，既满足定位要求又方便钢丝绳的安装拆卸。

(3)钢管焊接平台安装

在钢管安装长度方向开挖接收坑做为安装空间，在接收坑混凝土套管外1.3m处设置钢管焊接平台。焊接平台长12.3m，由下至上依次为28cm高C20混凝土基础、14cm高槽钢底座、20cm高工字钢、10#槽钢轨道。在穿管洞口与焊接平台间设置焊接操作坑，坑底宽0.85m，上宽1.3m，坑底至钢管底部距离为80cm。

S3安装运载小车

钢管行走依靠运载小车，在吊装钢管前安装在焊接平台上，要求运载小车中心线与钢管设计轴线重合。运载小车在第一节钢管下距离钢管头尾端2m处各放置一个，其余钢管在每节尾端放置一个。运载小车用10cm方钢焊接加工而成，上部下挖成弧形，用来固定钢管，在弧形槽内焊接加劲肋加固，以满足承载力要求。

S4钢管吊装、对口、焊接

(1)钢管吊装

由于钢管底至地面的高差约为10.5米，放坡比例按1：1考虑，分二级放坡，开挖至5m深时设2米宽二级放坡平台，并且平整出一个20m×15m吊装平台。选用160吨汽车吊，使用专用吊带吊装。

(2)管道对口、定位焊接

管道下沟后，使用吊车进行管口组对，当管口错边量、间隙满足规范要求后，在钢管外侧的坡口内进行定位焊加固，底部钢管定位焊点设置在管内侧，顶部设置在管外侧。

(3)钢管焊接

管道焊接采用多层焊接，每个焊口必须一次连续焊完，按审定的焊接工艺方案的要求严格控制焊接质量。

(4)焊缝检验

焊接完成冷却到环境温度后及时对所有焊缝进行外形尺寸和外观质量检验。

现场安装焊缝检测可采用超声波和射线检测。不合格的焊口进行返修，返修后的焊接接头，按原焊缝的质量要求和无损检测方法进行再检验。

S5.拖拉钢管

钢管洞穿前再次检查轨道是否平整；并通过孔规进行通行试验，以验证钢管可否顺畅通过。

拖拉钢管时，启动电动葫芦使环链缠绕带动钢丝绳牵引钢管缓慢向前行走；当达到电动葫芦有效行程后，脱开环链，然后通过拆卸钢丝绳卡环来缩短行程；随后再次启动电动葫芦，钢管继续拖拉进入套管；按上述方法往复操作，使焊接完成的钢管逐步拖拉至套管内。

在拖拉钢管时，为了节约钢丝绳使用长度，当拖拉完第11节钢管后再安装动滑轮，然后按上述方法吊装钢管进行组对焊接及拖拉。直至钢管洞穿完成。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备，其特征在于：包括牵引支架(2)、拖动设备(5)、钢丝绳(6)、轨道(12)和运载小车(9)，其中牵引支架(2)安装在工作竖井混凝土套管(1)前端，拖动设备(5)一端与牵引支架(2)相联接，另一端通过钢丝绳(6)与钢管(12)连接，所述钢管安放在运载小车(9)上，运载小车(9)的车轮位于轨道(12)内，所述轨道(12)铺设在混凝土套管(1)内。

2.根据权利要求1所述的一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备，其特征在于：所述拖动设备(5)是电动葫芦。

3.根据权利要求2所述的一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备，其特征在于：在所述拖动设备(5)与牵引支架(2)之间安装有电子吊秤(4)。

4.根据权利要求1所述的一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备，其特征在于：所述拖动设备(5)另一端通过钢丝绳(6)和动滑轮组(7)与钢管(11)联接。

5.根据权利要求1所述的一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备，其特征在于：所述钢丝绳(6)以套环方式通过卡环分段联接，每段钢丝绳长度为电动葫芦一次有效行程长度，套环采用钢丝绳夹固定。

6.根据权利要求5所述的一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备，其特征在于：所述钢丝绳夹头最后面设置两个夹头，两个夹头之间留出一段弯曲形状的冗余绳。

7.根据权利要求1所述的一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的设备，其特征在于：所述运载小车(9)为四根方钢焊接围成的四边形结构，与轨道(12)垂直的方钢上部做成内凹的弧形形状，在弧形槽内有加劲肋。

8.一种长距离穿堤套管内安装洞穿管的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.清理套管内杂物、复测套管轴线及高程偏差；

S2.安装轨道、浇筑混凝土基础，安装牵引设备和钢管焊接平台；

S3.安装运载小车；

S4钢管吊装、对口、焊接；

S5.拖拉钢管。

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