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一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法.pdf

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一种 水下 开槽 穿越 河流 施工 方法
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摘要
申请专利号:

CN201410166758.2

申请日:

2014.04.23

公开号:

CN103912721A

公开日:

2014.07.09

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F16L 1/16申请日:20140423|||公开
IPC分类号: F16L1/16 主分类号: F16L1/16
申请人: 中国化学工程第三建设有限公司
发明人: 李灿; 施永恒; 童树连; 岳锦珠; 丁辉
地址: 232038 安徽省淮南市田家庵区洞山西路98号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 南京知识律师事务所 32207 代理人: 蒋海军
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法律状态
申请(专利)号:

CN201410166758.2

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2016.01.13|||2014.08.06|||2014.07.09

法律状态类?#20572;?/td>

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,属于水下铺设管道技术领域。其步骤为:施工准备;管道布管,其组对过程包括预组对过程?#36879;?#33337;组对过程,在河流岸边对第一预组对管道和第二预组对管道进行预组对,并在其端面标注位置点信息,在浮船平台上完成第一河床直管段与第二河床直管段的组对过程;管道沉管,其管道沉管过程中采用整体管道下沉技术,且在管道上的第一弯头?#26410;?#31995;上第一浮标,在第二弯头?#26410;?#31995;上第二浮标,通过控制第一阀门、第二阀门、第一浮标、第二浮标始终保持在管沟的中?#21335;?#19978;来确保管道准确沉入管?#30340;冢?#27975;筑混凝土稳管;管道回填、河流恢复。本发明能够准确控制整个管道稳定地下沉到指定的管?#30340;凇?/p>

权利要求书

权利要求书
1.  一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,其特征在于,其步骤为:
步骤一、施工准备;
步骤二、管道布管;
步骤三、管道沉管;
步骤四、浇筑混凝土稳管;
步骤五、管道回填、河流恢复。

2.  根据权利要求1所述的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,其特征在于:
步骤一、施工准备
步骤一中的施工准备包括测量放线、管沟开挖及管道运输,按照河流情况进行测量放线,确定管沟(7)的位置及开挖宽度,其中:所述的管沟开挖包括水下开挖过程和水下爆破过程,所述的水下开挖过程采用挖掘浮船装置进行,挖掘浮船装置用于挖掘河床的有机质淤泥,所述的挖掘浮船装置包括浮船平台(1)、第一卷扬机(21)、第二卷扬机(22)、浇筑漏斗(3)和挖掘机(4),在河流岸边的一侧设置有第一锚点(51)和第三锚点(53),在河流岸边的另一侧设置有第二锚点(52)和第四锚点(54),上述的第一锚点(51)和第二锚点(52)通过第一控制线(61)相连接,该第一控制线(61)穿插在浮船平台(1)上;上述的第三锚点(53)和第四锚点(54)通过第二控制线(62)相连接,该第二控制线(62)也穿插在浮船平台(1)上,第一控制线(61)和第二控制线(62)均与管沟(7)相平行,该第一控制线(61)和第二控制线(62)用于固定浮船平台(1);
所述的浮船平台(1)上固连有第一卷扬机(21)和第二卷扬机(22),第一卷扬机(21)通过其钢丝绳与第二锚点(52)相连接,第二卷扬机(22)通过其钢丝绳与第四锚点(54)相连接,通过控制第一卷扬机(21)和第二卷扬机(22)工作,带动浮船平台(1)在水面上来回运动完成管沟开挖工作;所述的浮船平台(1)上还设置有浇筑漏斗(3)和挖掘机(4),挖掘机(4)用于挖掘河床的有机质淤泥和爆破碎石,浇筑漏斗(3)的底部位于管沟(7)的上方,该浇筑漏斗(3)用于将混凝土浇筑在管道(8)上;
所述的水下爆破过程用于爆破河床中的岩石,岩石经过爆破后,其爆破碎石通过挖掘浮船装置进一步挖掘,挖掘出水面的爆破碎石?#36745;?#36865;至岸边处理;
步骤二、管道布管
在步骤一完成施工准备之后进行管道布管,所述的管道布管包括组对、?#38468;印?#28938;缝检测,焊缝检测后进?#26800;?#28779;花、探伤检测,其中:所述的组对包括预组对过程?#36879;?#33337;组对过程,具体如下:
(Ⅰ)、预组对过程
所述的管道(8)分为第一预组对管道(81)和第二预组对管道(82),该第一预组对管道(81)包括第一河坡段(111)、第一弯头段(121)和第一河床直管段(131),在河流岸边完成第一河坡段(111)、第一弯头段(121)、第一河床直管段(131)的?#26469;魏附櫻?#35813;第二预组对管道(82)包括第二河坡段(112)、第二弯头段(122)和第二河床直管段(132),也在河流岸边完成第二河坡段(112)、第二弯头段(122)、第二河床直管段(132)的?#26469;魏附櫻?#21516;?#20445;?#22312;第一河坡段(111)的上端安装有第一阀门(101),在第二河坡段(112)的上端安装有第二阀门(102);
完成第一预组对管道(81)和第二预组对管道(82)的各自组装之后,在河流岸边使用对管器、吊管机对第一预组对管道(81)和第二预组对管道(82)进行预组对,确保第一弯头段(121)和第二弯头段(122)在同一水平面上,并在第一河床直管段(131)的端面和第二河床直管段(132)的端面上标注,具体为:在第一河床直管段(131)的端面上标注位置点A1、B1、C1和D1,在第二河床直管段(132)的端面上标注位置点A2、B2、C2和D2,上述的位置点A1和位置点A2相对应,?#28304;?#31867;推;
(Ⅱ)、浮船组对过程
在完成步骤(Ⅰ)预组对过程之后,先将第一预组对管道(81)拖拉至河流中,其中带第一阀门(101)的一端由于自身的浮力漂浮在水面上,其带有标注位置点的另一端停留在岸边的浮船平台(1)上;然后拖拉第二预组对管道(82),使带有标注位置点的一端也停留在岸边的浮船平台(1)上,?#27807;?#31532;一河床直管段(131)端面上标注位置点A1、B1、C1、D1分别与第二河床直管段(132)端面上标注位置点A2、B2、C2、D2相配合;
在上述的组对过程完成后,将第一河床直管段(131)的端面和第二河床直管段(132)的端面?#38468;?#22266;定并进行焊缝检测,完成整体管道(8)?#38468;?#20043;后,通过控制第一卷扬机(21)和第二卷扬机(22)驱动浮船平台(1)运动,浮船平台(1)上的挖掘机(4)和岸边的挖掘机相配合将整体管道(8)运送至河面上;
步骤三、管道沉管
完成步骤二的管道布管之后,在管沟(7)复验、管道(8)压力试验、管道(8)的防腐检验合格后,方?#23665;?#34892;管道沉管就位,其管道沉管过程具体如下:
在管道(8)上配以配重块,配重块为C30混凝土,每块配重块的重量为100kg,相邻两块配重块的铺设间距为10米,?#36865;猓?#22312;管道(8)上的第一弯头段(121)处系上第一浮标(91),在第二弯头段(122)处系上第二浮标(92),在河流两岸边各设挖掘机(4)一台,河流中间使用浮船平台(1)上的挖掘机(4),利用三台挖掘机(4)将管道(8)吊运至河流中;同?#20445;?#22312;河流的岸边确定出管沟(7)的中心位置并架上全站仪,通过全站仪来控制第一阀门(101)、 第二阀门(102)、第一浮标(91)、第二浮标(92)的位置,将管道(8)上的第一阀门(101)和第二阀门(102)打开,通过进水阀向管道(8)内灌水沉管,管道(8)沉管时的速度要均匀,第一河坡段(111)和第二河坡段(112)要平衡下沉;管道沉管过程中,利用布置好的三台挖掘机(4)控制沉管时水流对管道(8)的作用,调整管道(8)在河水中左右摆动的幅度,确保第一阀门(101)、第二阀门(102)、第一浮标(91)、第二浮标(92)始终保持在管沟(7)的中?#21335;?#19978;,如果管道(8)下沉过程中偏离管沟(7)的位置,则及时调整,确保管道(8)整体沉入管沟(7)内;
步骤四、浇筑混凝土稳管
在步骤三管道沉管就位后,首先将装好石子的编织袋抛向河底,进行初步稳管,然后浇筑水下不分散混凝土进行最终稳管,其中,浇筑水下不分散混凝土的具体过程如下:
先用磁铁?#39029;?#31649;道(8)的具体位置,然后在浮船平台(1)上固定浇筑漏斗(3),该浇筑漏斗(3)的垂直运动通过导链控制,拉动导链使浇筑漏斗(3)垂直于管道(8)且浇筑漏斗(3)的底?#21496;?#31163;管道(8)的顶部为50cm,再通过混凝土输送管将混凝土输送?#27975;?#31569;漏斗(3)内,通过管沟(7)的宽度和混凝土的塌落度计算某一固定点浇筑漏斗(3)下面所需浇筑的混凝土量,当浇筑到计算所需混凝土量时停止,用水下摄像头观察浇筑的情况,当混凝土覆盖管道(8)顶部30cm后进行下一个固定点的浇筑,否则继续浇筑直至管道(8)的顶部覆盖30cm厚的混凝土,其中:混凝土为C30混凝土,絮凝剂用量为水泥用量的2%;
步骤五、管道回填、河流恢复
经过步骤四管道稳管后,管道(8)经过吹扫、试压合格后,在河岸两边砌堡坎以保护管道(8),河底采用原土回填,将河道恢复原来地貌。

3.  根据权利要求2所述的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,其特征在于:步骤一中的浮船平台(1)包括两端封闭的钢管和工?#25351;鄭?#38050;管呈并列排布,工?#25351;?#36890;过?#38468;?#19982;钢管两端固定,并列排布的钢管上铺设有木板。

4.  根据权利要求2所述的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,其特征在于:步骤三中管道沉管后进行沉管的?#24202;猓?#27785;管的?#24202;?#36807;程采用标杆机构进行,该标杆机构包括钢管标杆主体和磁铁,所述的磁铁固定于钢管标杆主体的底端,通过磁铁吸附在管道(8)上完成对管道(8)的?#24202;狻?BR>
5.  根据权利要求3或4所述的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,其特征在于:步骤五中管道回填、河流恢复完成后进行清管操作,清管操作包括对管道(8)进行通球、吹扫,清除管道(8)内的积水和杂?#30465;?BR>

说明书

说明书一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法
技术领域
本发明涉及水下铺设管道技术领域,更具体地说,涉及一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法。
背景技术
天然气管道工程的施工过程中,管道穿越河流是管道施工中的“咽喉工程?#20445;?#19981;但技术难度高,投资多,而且工期长,风险大。管道穿越河流对河流的水文地质情况要求较高,尤其是对于下述情况的河流,施工难度更大:(1)河流不通航,两岸没有公路,河岸为自然河岸;(2)河流夹在两山之间,两岸坡度较大,河?#37096;?#23736;边为岩石,河床中间为有机质淤泥;(3)河流在管道穿越处河面宽度较宽,河床深度较深,河面水流速度较快。
上述的河流水文地质情况中,由于河?#27493;?#28145;,水流量大,不宜采用围堰法施工;又由于河床有岩石,地质情况复杂,不宜采用定向钻法施工。因此,比较适宜的方法只有水下开槽、沉管施工法,但是“水下开槽、沉管施工法”的施工难度非常大,主要体现在以下两个方面:(1)针对河床中间为有机质淤泥,河?#37096;?#23736;边为岩石的复杂地质情况,如何快速的完成管沟开挖工作,是对施工工期的巨大考验;(2)如何将管道准确的放入管沟,同?#26412;?#37327;减少误差,针对这一问题,是困扰“水下开槽、沉管施工法”顺利施工的重大难题,现有技术中的技术方案均未能成功解决。
通过专利检索,关于“水下开槽、沉管施工法”的技术方案已有公开。如中国专利号ZL200410023552.0,授权公告日为2006年5月17日,发明创造名称为:管道穿越河流施工方法,该申请案公开了一种管道穿越河流的施工方法,采用长臂单斗挖掘机在自制浮箱上进行水下挖沟,然后将已预制好的穿越管道两端封堵,利用密闭管道能在水上漂浮的特性,用施工设备通过发送沟牵引管道漂流过河就?#36745;?#21521;管道内注水使其下沉到管?#30340;冢?#26368;后压管稳固和回填,其施工工序是:施工准备、测量放线、水下挖沟、漂管沉管和稳管回填。
又如,中国专利号ZL200810028920.9,授权公告日为2011年6月8日,发明创造名称为:一种过河管沉管施工工艺,该申请案包括如下步骤:1)岸上管道成?#20572;?)水下基槽开挖与运土;3)破堤;4)抛填粗砂;5)管基础枕块处理;6)吊船组装;7)吊管下水;8)拖管;9)横管;10)沉管;11)基槽回填;12)与岸上管道连接围堰施工。上述两个申请案在一定程度上解决了管道穿越河流的问题,但是其技术方案通过反复做模拟实验发现均无法准?#26041;?#31649;道放入管沟,其误差较大,导致施工难度大。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术的“水下开槽、沉管施工法”中无法准?#26041;?#31649;道放入管沟,其误差较大的不足,提供了一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,采用本发明的技术方案,能够准确控制整个管道稳定的下沉到指定的管?#30340;冢?#20351;其对号入座,保证施工过程的顺利进行。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,其步骤为:步骤一、施工准备;步骤二、管道布管;步骤三、管道沉管;步骤四、浇筑混凝土稳管;步骤五、管道回填、河流恢复。
作为本发明更进一步的改进,其步骤为:
步骤一、施工准备
步骤一中的施工准备包括测量放线、管沟开挖及管道运输,按照河流情况进行测量放线,确定管沟的位置及开挖宽度,其中:所述的管沟开挖包括水下开挖过程和水下爆破过程,所述的水下开挖过程采用挖掘浮船装置进行,挖掘浮船装置用于挖掘河床的有机质淤泥,所述的挖掘浮船装置包括浮船平台、第一卷扬机、第二卷扬机、浇筑漏斗和挖掘机,在河流岸边的一侧设置有第一锚点和第三锚点,在河流岸边的另一侧设置有第二锚点和第四锚点,上述的第一锚点和第二锚点通过第一控制线相连接,该第一控制线穿插在浮船平台上;上述的第三锚点和第四锚点通过第二控制线相连接,该第二控制线也穿插在浮船平台上,第一控制线和第二控制线均与管沟相平行,该第一控制线和第二控制线用于固定浮船平台;所述的浮船平台上固连有第一卷扬机和第二卷扬机,第一卷扬机通过其钢丝绳与第二锚点相连接,第二卷扬机通过其钢丝绳与第四锚点相连接,通过控制第一卷扬机和第二卷扬机工作,带动浮船平台在水面上来回运动完成管沟开挖工作;所述的浮船平台上还设置有浇筑漏斗和挖掘机,挖掘机用于挖掘河床的有机质淤泥和爆破碎石,浇筑漏斗的底部位于管沟的上方,该浇筑漏斗用于将混凝土浇筑在管道上;所述的水下爆破过程用于爆破河床中的岩石,岩石经过爆破后,其爆破碎石通过挖掘浮船装置进一步挖掘,挖掘出水面的爆破碎石?#36745;?#36865;至岸边处理;
步骤二、管道布管
在步骤一完成施工准备之后进行管道布管,所述的管道布管包括组对、?#38468;印?#28938;缝检测,焊缝检测后进?#26800;?#28779;花、探伤检测,其中:所述的组对包括预组对过程?#36879;?#33337;组对过程,具体如下:
(Ⅰ)、预组对过程
所述的管道分为第一预组对管道和第二预组对管道,该第一预组对管道包括第一河坡段、第一弯头段和第一河床直管段,在河流岸边完成第一河坡段、第一弯头段、第一河床直管段的?#26469;魏附櫻?#35813;第二预组对管道包括第二河坡段、第二弯头段和第二河床直管段,也在河流岸边完成第二河坡段、第二弯头段、第二河床直管段的?#26469;魏附櫻?#21516;?#20445;?#22312;第一河坡段的上端安装有第一阀门,在第二河坡段的上端安装有第二阀门;完成第一预组对管道和第二预组对管道的各自组装之后,在河流岸边使用对管器、吊管机对第一预组对管道和第二预组对管道进行预组对,确保第一弯头段和第二弯头段在同一水平面上,并在第一河床直管段的端面和第二河床直管段的端面上标注,具体为:在第一河床直管段的端面上标注位置点A1、B1、C1和D1,在第二河床直管段的端面上标注位置点A2、B2、C2和D2,上述的位置点A1和位置点A2相对应,?#28304;?#31867;推;
(Ⅱ)、浮船组对过程
在完成步骤(Ⅰ)预组对过程之后,先将第一预组对管道拖拉至河流中,其中带第一阀门的一端由于自身的浮力漂浮在水面上,其带有标注位置点的另一端停留在岸边的浮船平台上;然后拖拉第二预组对管道,使带有标注位置点的一端也停留在岸边的浮船平台上,?#27807;?#31532;一河床直管段端面上标注位置点A1、B1、C1、D1分别与第二河床直管段端面上标注位置点A2、B2、C2、D2相配合?#36745;?#19978;述的组对过程完成后,将第一河床直管段的端面和第二河床直管段的端面?#38468;?#22266;定并进行焊缝检测,完成整体管道?#38468;?#20043;后,通过控制第一卷扬机和第二卷扬机驱动浮船平台运动,浮船平台上的挖掘机和岸边的挖掘机相配合将整体管道运送至河面上;
步骤三、管道沉管
完成步骤二的管道布管之后,在管沟复验、管道压力试验、管道的防腐检验合格后,方?#23665;?#34892;管道沉管就位,其管道沉管过程具体如下:在管道上配以配重块,配重块为C30混凝土,每块配重块的重量为100kg,相邻两块配重块的铺设间距为10米,?#36865;猓?#22312;管道上的第一弯头?#26410;?#31995;上第一浮标,在第二弯头?#26410;?#31995;上第二浮标,在河流两岸边各设挖掘机一台,河流中间使用浮船平台上的挖掘机,利用三台挖掘机将管道吊运至河流中;同?#20445;?#22312;河流的岸边确定出管沟的中心位置并架上全站仪,通过全站仪来控制第一阀门、第二阀门、第一浮标、第二浮标的位置,将管道上的第一阀门和第二阀门打开,通过进水阀向管道内灌水沉管,管道沉管时的速度要均匀,第一河坡段和第二河坡?#25105;?#24179;衡下沉;管道沉管过程中,利用布置好的三台挖掘机控制沉管时水流对管道的作用,调整管道在河水中左右摆动的幅度,确保第一阀门、第二阀门、第一浮标、第二浮标始终保持在管沟的中?#21335;?#19978;,如果管道下沉过程中偏离管沟的位置,则及时调整,确保管道整体沉入管?#30340;冢?
步骤四、浇筑混凝土稳管
在步骤三管道沉管就位后,首先将装好石子的编织袋抛向河底,进行初步稳管,然后浇筑水下不分散混凝土进行最终稳管,其中,浇筑水下不分散混凝土的具体过程如下:先用磁铁?#39029;?#31649;道的具体位置,然后在浮船平台上固定浇筑漏斗,该浇筑漏斗的垂直运动通过导链控制,拉动导链使浇筑漏斗垂直于管道且浇筑漏斗的底?#21496;?#31163;管道的顶部为50cm,再通过混凝土输送管将混凝土输送?#27975;?#31569;漏?#32442;冢?#36890;过管沟的宽度和混凝土的塌落度计算某一固定点浇筑漏斗下面所需浇筑的混凝土量,当浇筑到计算所需混凝土量时停止,用水下摄像头观察浇筑的情况,当混凝土覆盖管道顶部30cm后进行下一个固定点的浇筑,否则继续浇筑直至管道的顶部覆盖30cm厚的混凝土,其中:混凝土为C30混凝土,絮凝剂用量为水泥用量的2%;
步骤五、管道回填、河流恢复
经过步骤四管道稳管后,管道经过吹扫、试压合格后,在河岸两边砌堡坎以保护管道,河底采用原土回填,将河道恢复原来地貌。
作为本发明更进一步的改进,步骤一中的浮船平台包括两端封闭的钢管和工?#25351;鄭?#38050;管呈并列排布,工?#25351;?#36890;过?#38468;?#19982;钢管两端固定,并列排布的钢管上铺设有木板。
作为本发明更进一步的改进,步骤三中管道沉管后进行沉管的?#24202;猓?#27785;管的?#24202;?#36807;程采用标杆机构进行,该标杆机构包括钢管标杆主体和磁铁,所述的磁铁固定于钢管标杆主体的底端,通过磁铁吸附在管道上完成对管道的?#24202;狻?
作为本发明更进一步的改进,步骤五中管道回填、河流恢复完成后进行清管操作,清管操作包括对管道进行通球、吹扫,清除管道内的积水和杂?#30465;?
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下显著效果:
(1)本发明的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,采取了水下开挖过程和水下爆破过程相结合的分层开挖技术、第一预组对管道和第二预组对管道的分段预制技术、预组对过程?#36879;?#33337;组对过程相配合的?#36234;?#25216;术、整体沉管等一系列“水下开槽、沉管穿越”的新施工方法,?#27807;?#33021;够准确控制整个管道稳定的下沉到指定的管?#30340;冢?#20351;其对号入座,确保管道穿越河流的施工顺利进行;
(2)本发明的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,其组对过程包括预组对过程?#36879;?#33337;组对过程,在河流岸边使用对管器、吊管机对第一预组对管道和第二预组对管道进行预组对,并在其端面标注位置点信息?#28142;送猓?#22312;浮船平台上完成第一河床直管段与第二河床直管段的组对过程,?#27807;?#25972;体管道的组对精度高,为管道稳定的下沉到指定的管?#30340;?#25552;供了技 术基础;
(3)本发明的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,其管道沉管过程中采用整体管道下沉技术,且在管道上的第一弯头?#26410;?#31995;上第一浮标,在第二弯头?#26410;?#31995;上第二浮标,通过控制第一阀门、第二阀门、第一浮标、第二浮标始终保持在管沟的中?#21335;?#19978;来确保管道准确沉入管?#30340;冢?#25511;制精度高,施工操作易于实现。
附图说明
图1为本发明的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法的流程图;
图2为本发明中的挖掘浮船装置结构示意图;
图3为本发明中的预组对过程示意图,其中?#21644;?a)为第一预组对管道和第二预组对管道进行预组对的结构示意图,图(b)为第一预组对管道的端面位置点标注示意图,图(c)为第二预组对管道的端面位置点标注示意图;
图4为本发明中的管道沉管示意图;
图5为本发明中的浇筑混凝土稳管示意图。
示意图中的标号说明:
1、浮船平台;21、第一卷扬机;22、第二卷扬机;3、浇筑漏斗;4、挖掘机;51、第一锚点;52、第二锚点;53、第三锚点;54、第四锚点;61、第一控制线;62、第二控制线;7、管沟;8、管道;81、第一预组对管道;82、第二预组对管道;91、第一浮标;92、第二浮标;101、第一阀门;102、第二阀门;111、第一河坡段;112、第二河坡段;121、第一弯头段;122、第二弯头段;131、第一河床直管段;132、第二河床直管段。
具体实施方式
为进一步?#31169;?#26412;发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详?#35813;?#36848;。
实施例1
管道穿越河流施工,常规的围堰导流法施工适用于河?#27493;?#27973;、水流量较小的情况。对于河床有岩石,地质情况复杂的河流,定向钻法施工也不适宜。本实施例针对的是天然气管道工程中输气管道穿越某河流的工程,该河流的水文地质情况如下:a)、河流不通航,两岸没有公路,属自然河岸;b)、河流夹在两山之间,两岸坡度较大,河?#37096;?#23736;边为岩石,河床中间为有机质淤泥;c)、河流在管道穿越处河面宽度为110m,河床深度为4~5m,河面水流速度较快。经过检索有关?#21335;?#36164;料,针对该河流这样水文、地质情况较为复杂、水流量较大的穿越河流施工,现有技术中已有的围堰、定向钻等技术都不能解决此类施工难题,其关键的难点在于如何将管道准确的放入管沟,同?#26412;?#37327;减少误差。
申请人在总结以往大型河流穿越施工经验的基础上,独辟蹊径,采取了水下开挖过程和 水下爆破过程相结合的分层开挖技术、第一预组对管道和第二预组对管道的分段预制技术、预组对过程?#36879;?#33337;组对过程相配合的?#36234;?#25216;术、整体沉管等一系列“水下开槽、沉管穿越”的新施工方法,?#27807;?#33021;够准确控制整个管道稳定的下沉到指定的管?#30340;冢?#20351;其对号入座,确保管道穿越河流的施工顺利进行。其具体施工过程如下(如图1所示):
步骤一、施工准备
步骤一中的施工准备包括测量放线、管沟开挖及管道运输,按照河流情况进行测量放线,确定管沟7的位置及开挖宽度。管沟开挖包括水下开挖过程和水下爆破过程,所述的水下开挖过程采用挖掘浮船装置进行,挖掘浮船装置用于挖掘河床的有机质淤泥,所述的挖掘浮船装置包括浮船平台1、第一卷扬机21、第二卷扬机22、浇筑漏斗3和挖掘机4,在河流岸边的一侧设置有第一锚点51和第三锚点53(如图2所示),在河流岸边的另一侧设置有第二锚点52和第四锚点54,上述的第一锚点51和第二锚点52通过第一控制线61相连接,该第一控制线61穿插在浮船平台1上;上述的第三锚点53和第四锚点54通过第二控制线62相连接,该第二控制线62也穿插在浮船平台1上,第一控制线61和第二控制线62均与管沟7相平行,该第一控制线61和第二控制线62用于固定浮船平台1。
本实施例中的浮船平台1上固连有第一卷扬机21和第二卷扬机22,第一卷扬机21通过其钢丝绳与第二锚点52相连接,第二卷扬机22通过其钢丝绳与第四锚点54相连接,通过控制第一卷扬机21和第二卷扬机22工作,带动浮船平台1在水面上来回运动完成管沟开挖工作。浮船平台1上还设置有浇筑漏斗3和挖掘机4,挖掘机4用于挖掘河床的有机质淤泥和爆破碎石,浇筑漏斗3的底部位于管沟7的上方,该浇筑漏斗3用于将混凝土浇筑在管道8上。具体在本实施例中,浮船平台1包括两端封闭的钢管和工?#25351;鄭?#38050;管呈并列排布,工?#25351;?#36890;过?#38468;?#19982;钢管两端固定,并列排布的钢管上铺设有木板。
本实施例中的水下爆破过程用于爆破河床中的岩石,岩石经过爆破后,其爆破碎石通过挖掘浮船装置进一步挖掘,挖掘出水面的爆破碎石?#36745;?#36865;至岸边处理。
步骤二、管道布管
在步骤一完成施工准备之后进行管道布管,管道布管包括组对、?#38468;印?#28938;缝检测,焊缝检测后进?#26800;?#28779;花、探伤检测。由于整体组对?#38468;印?#19979;河难度较大,本实施例实行分段下河、岸边?#38468;印?#25972;体下沉的施工程序。组对过程包括预组对过程?#36879;?#33337;组对过程,具体过程如下:
(Ⅰ)、预组对过程
本实施例中的管道8分为第一预组对管道81和第二预组对管道82,该第一预组对管道81包括第一河坡段111、第一弯头段121和第一河床直管段131,在河流岸边完成第一河坡段111、第一弯头段121、第一河床直管段131的?#26469;魏附櫻?#35813;第二预组对管道82包括第二 河坡段112、第二弯头段122和第二河床直管段132,也在河流岸边完成第二河坡段112、第二弯头段122、第二河床直管段132的?#26469;魏附櫻?#21516;?#20445;?#22312;第一河坡段111的上端安装有第一阀门101,在第二河坡段112的上端安装有第二阀门102。
完成第一预组对管道81和第二预组对管道82的各自组装之后,在河流岸边使用对管器、吊管机对第一预组对管道81和第二预组对管道82进行预组对,确保第一弯头段121和第二弯头段122在同一水平面上,并在第一河床直管段131的端面和第二河床直管段132的端面上标注。如图3所示,其中?#21644;?a)为第一预组对管道81和第二预组对管道82进行预组对的结构示意图,图(b)为第一预组对管道81的端面位置点标注示意图,图(c)为第二预组对管道82的端面位置点标注示意图,具体标注情况如下:在第一河床直管段131的端面上标注位置点A1、B1、C1和D1,在第二河床直管段132的端面上标注位置点A2、B2、C2和D2,上述的位置点A1和位置点A2相对应,?#28304;?#31867;推。
(Ⅱ)、浮船组对过程
在完成步骤(Ⅰ)预组对过程之后,先将第一预组对管道81拖拉至河流中,其中带第一阀门101的一端由于自身的浮力漂浮在水面上,其带有标注位置点的另一端停留在岸边的浮船平台1上;然后拖拉第二预组对管道82,使带有标注位置点的一端也停留在岸边的浮船平台1上,?#27807;?#31532;一河床直管段131端面上标注位置点A1、B1、C1、D1分别与第二河床直管段132端面上标注位置点A2、B2、C2、D2相配合。在上述的组对过程完成后,将第一河床直管段131的端面和第二河床直管段132的端面?#38468;?#22266;定并进行焊缝检测,完成整体管道8?#38468;?#20043;后,通过控制第一卷扬机21和第二卷扬机22驱动浮船平台1运动,浮船平台1上的挖掘机4和岸边的挖掘机相配合将整体管道8运送至河面上。管道8在连接成整体后进行压力试验,为保证试压时管道8不下沉,同时减小浮船平台1的承载力,压力试压采用气压试验。压力试验前,应检查所有管线和系?#24120;?#30830;保试验不包括的部分完全隔离;试验完成后,立即把试验加压管汇与被试压系统分开。本实施例中在浮船平台1上完成第一河床直管段131与第二河床直管段132的组对过程,?#27807;?#25972;体管道8的组对精度高,为管道稳定的下沉到指定的管沟7内提供了技术基础。
步骤三、管道沉管
完成步骤二的管道布管之后,在管沟7复验、管道8压力试验、管道8的防腐检验合格后,方?#23665;?#34892;管道沉管就位,其管道沉管过程具体如下:
在管道8上配以配重块,配重块为C30混凝土,每块配重块的重量为100kg,相邻两块配重块的铺设间距为10米,?#36865;猓?#22312;管道8上的第一弯头段121处系上第一浮标91,在第二弯头段122处系上第二浮标92,在河流两岸边各设挖掘机4一台,河流中间使用浮船平台 1上的挖掘机4,利用三台挖掘机4将管道8吊运至河流中。同?#20445;?#22312;河流的岸边确定出管沟7的中心位置并架上全站仪,通过全站仪来控制第一阀门101、第二阀门102、第一浮标91、第二浮标92的位置,将管道8上的第一阀门101和第二阀门102打开,通过进水阀向管道8内灌水沉管,管道8沉管时的速度要均匀,第一河坡段111和第二河坡段112要平衡下沉。管道沉管过程如图4所示,利用布置好的三台挖掘机4控制沉管时水流对管道8的作用,调整管道8在河水中左右摆动的幅度,确保第一阀门101、第二阀门102、第一浮标91、第二浮标92始终保持在管沟7的中?#21335;?#19978;,如果管道8下沉过程中偏离管沟7的位置,则及时调整,确保管道8整体沉入管沟7内。管道沉管后进行沉管的?#24202;猓?#27785;管的?#24202;?#36807;程采用标杆机构进行,该标杆机构包括钢管标杆主体和磁铁,所述的磁铁固定于钢管标杆主体的底端,通过磁铁吸附在管道8上完成对管道8的?#24202;狻?
管道沉管过程是确保管道8准确沉入管沟7内的重要施工阶段,申请人曾经通过?#33268;?#30830;定几种可行性方案,通过反复做模拟实验,对这几种方案进行筛选,最终确定通过控制整个管道8上的第一弯头段121和第二弯头段122进行稳管,两点确定直线,只要控制好第一弯头段121和第二弯头段122的位置,使其对号入座,那么整个管道8也就可以稳定到指定的位置,这是本发明关键的创新点之一。本实施例通过控制第一阀门101、第二阀门102、第一浮标91、第二浮标92始终保持在管沟7的中?#21335;?#19978;来确保管道8准确沉入管沟7内,控制精度高,施工操作易于实现。
步骤四、浇筑混凝土稳管
在步骤三管道沉管就位后,首先将装好石子的编织袋抛向河底,进行初步稳管,然后浇筑水下不分散混凝土进行最终稳管,其中,浇筑水下不分散混凝土的具体过程如下:
先用磁铁?#39029;?#31649;道8的具体位置,然后在浮船平台1上固定浇筑漏斗3,该浇筑漏斗3的垂直运动通过导链控制,拉动导链使浇筑漏斗3垂直于管道8且浇筑漏斗3的底?#21496;?#31163;管道8的顶部为50cm,再通过混凝土输送管将混凝土输送?#27975;?#31569;漏斗3内(如图5所示),通过管沟7的宽度和混凝土的塌落度计算某一固定点浇筑漏斗3下面所需浇筑的混凝土量,当浇筑到计算所需混凝土量时停止,用水下摄像头观察浇筑的情况,当混凝土覆盖管道8顶部30cm后进行下一个固定点的浇筑,否则继续浇筑直至管道8的顶部覆盖30cm厚的混凝土,其中:混凝土为C30混凝土,絮凝剂用量为水泥用量的2%。
步骤五、管道回填、河流恢复
经过步骤四管道稳管后,管道8经过吹扫、试压合格后,在河岸两边砌堡坎以保护管道8,河底采用原土回填,将河道恢复原来地貌。管道回填、河流恢复完成后进行清管操作,清管操作包括对管道8进行通球、吹扫,清除管道8内的积水和杂?#30465;?
采用本实施例的一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法,经过45天施工,完成了该管道穿越河流工程并取得了很好的效果。采用本实施例的技术方案,?#27807;?#33021;够准确控制整个管道稳定的下沉到指定的管?#30340;冢?#20351;其对号入座,保证施工过程的顺利进行,一方面保证了天然气按时输送至业主,确保业主顺利投产使用,另一方面也为项目节约了成本,获得较好的经济效果。通过分析,该施工方法比一般施工方法?#23665;?#32422;成本15万元,比预定工期提前10天。管道成功穿越该河流,单位工程质量合格率100%;?#38468;?#19968;次合格率95%以上;试压通球试验一次成功;水下浇筑混凝土一次性合格。同?#20445;?#26410;对当地水土及自然生态环境造成任何污染和破坏。

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本文标题:一种水下开槽、沉管穿越河流的施工方法.pdf
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