压力回填式弹性埋管施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种压力回填式弹性埋管施工方法，包含如下步骤：步骤一：管槽开挖及支护；步骤二：压力钢管制作，包含(1)钢管下料，(2)钢管卷板，(3)纵缝组对，(4)钢管联段焊接，和(5)表面处理；步骤三：压力钢管安装；步骤四：管道回填；步骤五：碾压平整，通过碾压机对回填的管槽进行压实平整，完成整个工序，本发明的压力回填式弹性埋管施工方法将压力钢管视作一柔性埋管结构，钢管周围采用骨料回填、压实，允许钢管在回填料中自由变形，以释放应力，有利于提高我国水利水电工程的设计和施工技术水平，其适用于岩石破碎、覆盖层厚，地势不均的环境，极具广泛的应用前景。
【专利说明】压力回填式弹性埋管施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及埋管施工的【技术领域】，尤其涉及一种压力回填式弹性埋管施工方法。
【背景技术】
[0002] 随着人们生活水平的不断提高，各种基础建设也越来越多，如电站等，这种基础建 设虽然是为了人类服务的，但为了实现这样的基础建设，经常需要进行管道施工，既利用所 需的管道来实现水、线路等的输送和运输，但随着人们对环境的逐步重视，同样也希望这种 基础建设能尽可能的减少对环境的影响，而且，在管道施工中，由于环境复杂，地势不均，高 低不平，也对埋管施工提出了越来越高的要求。
[0003] 在现有技术中，为了实现管道固定和施工，通产采用如下两种方式：一是地下埋藏 式压力管道，既将管道埋入地下，且通过压力钢管周围的一层外包钢筋砼及围岩进行管道 固定，虽然固定于地下，但施工复杂，适应性差，且成本较高，对环境破坏较大；二是露天式 压力钢管，既压力钢管显露于表面，而由镇墩和支墩加以固定，这种方式虽然能减少对环境 的破坏，但露天式的容易损坏，且影响地面的植被和正常用途，同样存在较大缺陷。
[0004] 而有些管道还需要匹配较大的压力，受力情况更加复杂，这就对管道和管道的支 撑提出了更高的要求。
[0005] 由此，如何设计一种既不对环境和植被产生大的破坏，又能得到较好的能适用更 加广泛的埋管施工方法，则成了目前所紧迫的需求。
[0006] 为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事 相关产业的经验和成果，研究设计出一种压力回填式弹性埋管施工方法，以克服上述缺陷。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的缺陷，提供一种压力回填式弹性埋 管施工方法，能减少对环境的破坏，还能提供较好的埋管施工方式，提高了适应范围，更具 头用性。
[0008] 为解决上述问题，本发明公开了一种压力回填式弹性埋管施工方法，包含如下步 骤：
[0009] 步骤一：管槽开挖及支护
[0010] (1) 土方开挖，对所需开挖的地面线进行测量，清除植被后直接通过沟槽开挖法施 工，挖去土石渣料；
[0011] (2)石方开挖，通过钻爆法施工，先向岩石部钻孔，爆破后进行石渣运出，以形成图 1所示的倒梯形管槽；
[0012] 步骤二：压力钢管制作
[0013] (1)钢管下料，对钢板划线后进行切割和开坡口；
[0014] (2)钢管卷板，采用钢板起弧压力机对钢板端头预制弧度，长度约400mm，钢管卷 制方式为冷卷；
[0015] (3)纵缝组对，单节组对在卷板机上完成，点焊固定；
[0016] (4)钢管联段焊接，将单节压力钢管放在台车的多个托轮上进行联段，所述压力钢 管的内部设有支撑件，然后进行焊前预热，预热后采用电弧焊或埋弧自动焊进行焊接；
[0017] (5)表面处理，钢管内壁涂刷环氧树脂漆两道，漆膜厚度500 μ m，外壁缠绕防腐胶 带；
[0018] 步骤三：压力钢管安装
[0019] 管槽内的底面浇筑100mm厚的混凝土垫层，于混凝土垫层上间隔一定距离设置支 撑架，将压力钢管放入管槽的支撑架，以使压力钢管距离混凝土垫层一定距离；
[0020] 步骤四：管道回填
[0021] 在所述混凝土垫层上铺上一层基床回填层，所述基层回填层采用粒径为80-100mm 的大石和超大石填筑料，在基层回填层上铺设有覆盖整个压力钢管的管支撑回填层，所述 管支撑回填层为最大粒径为20_的小石填筑料以对压力管道提供保护；所述管支撑回填 层的外缘铺设有内支撑回填层，所述内支撑回填采用粒径为50-80_的较大石填筑料；所 述内支撑回填层的外侧铺设有外支撑回填层，所述外支撑回填层采用原土开挖料回填料；
[0022] 步骤五：碾压平整
[0023] 通过碾压机对回填的管槽进行压实平整，完成整个工序。
[0024] 其中：所述支撑件包含圆环和设置于圆环外周缘的多个千斤顶，所述多个千斤顶 从圆环外周缘等距间隔的径向向外延伸。
[0025] 通过上述结构可知，本发明的压力回填式弹性埋管施工方法具有如下技术效果：
[0026] (1)将压力钢管视作一柔性埋管结构，钢管周围采用骨料回填、压实，允许钢管在 回填料中自由变形，以释放应力，有利于提高我国水利水电工程的设计和施工技术水平。 [0027] (2)适用性强，回填式软约束弹性埋管适用于岩石破碎、覆盖层厚，地势不均的环 境。
[0028] (3)提高施工速度，回填式软约束弹性埋管对地基的要求不高，可大大缩短压力管 道的开挖时间；同时采用级配骨料回填，其施工进度也比传统的方式快得多。
[0029] (4)节约施工成本，由于采用了普通的级配骨料回填，比起传统的钢筋混凝土结 构，大大降低了施工成本。
[0030] 本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1显示了本发明压力回填式弹性埋管施工方法的截面示意图。
[0032] 图2显示了本发明钢管联段焊接的正视图。
[0033] 图3显示了本发明钢管联段焊接的侧视图。
【具体实施方式】
[0034] 参见图1，显示了本发明的压力回填式弹性埋管施工方法的截面示意图。
[0035] 为了避免对环境的影响，尽可能的减少钢管外包混凝土和支墩等结构，本发明选 用了较浅的管槽和弹性埋管，采用如下步骤：
[0036] 步骤一：管槽开挖及支护
[0037] (1) 土方开挖，对所需开挖的地面线进行测量，清除植被后直接通过沟槽开挖法 施工，挖去土石渣料，其中，为防止施工过程中雨水冲刷边坡，影响边坡稳定和工程施工， 在距开挖线两侧的2m外设置有和管槽平行的截水沟，优选的是，所述截水沟的尺寸为 50cmX50cm ；
[0038] (2)石方开挖，通过钻爆法施工，先向岩石部钻孔，优选的的钻孔深3m，在位于管 槽中部的主爆孔内挤压爆破，两侧的辅爆孔内采用光面爆破，主爆孔的孔距控制在1. 0? 1. 5m，排距控制在1. 0?1. 2m，爆破后进行石渣运出，以形成图1所示的倒梯形管槽；
[0039] (3)边坡支护
[0040] 为提高边坡强度，还可对边坡进行锚杆+挂网+喷混凝土的联合支护措施，以确保 边坡安全；
[0041] 步骤二：压力钢管制作
[0042] 压力钢管主材材质为Q345R和ASTM A517两种，其中，Q345R是普通低合金钢，主 要应用于低压管道，其管壁厚度12_26mm ;A517为高强度调质钢板，其抗拉强度为795? 930MPa，屈服强度大于690Mpa，主要应用于高压管道，其管壁厚度14-28mm。
[0043] 其中，A517钢材淬硬倾向和冷裂倾向都较大，焊接前必须预热，焊后还需进行后 热。
[0044] (1)钢管下料，对钢板划线后进行切割和开坡口，采用无压汽油切割机，不便使用 半自动切割的地方，采用射吸式割炬进行手工切割，钢板划线时优选的满足下列要求：
[0045] 1) 一节钢管只能有一条纵向焊缝，相邻管节的纵向焊缝应错开300mm以上。
[0046] 2)钢板划线长度时应考虑卷板过程中钢板的伸长、焊缝的收缩、焊缝间隙和加工 富裕度等因素。
[0047] 3)钢板划线后，应用油漆分别标出钢管分段、分节、分块的编号，水流方向，水平和 垂直中心线，坡口角度以及切割线等符号。
[0048] 4)钢板划线的允许偏差（极限偏差）应符合规定。
[0049] 5)钢板的切割和开坡口，不得使用电弧切割。当钢板厚度不大于22_时采用单 "V"型坡口，当钢板厚度大于或大于22mm时，焊缝坡口为对称"X"型坡口。
[0050] (2)钢管卷板，采用钢板起弧压力机对钢板端头预制弧度，长度约400mm，钢管卷 制方式为冷卷，其中，卷板方向与钢板的压延方向一致，以避免冷卷中对钢材内部材质的破 坏。
[0051] (3)纵缝组对
[0052] 单节组对在卷板机上完成，纵缝对口错位极限偏差不大于10% δ，且不大于2mm， 不平处使用压码、楔子压平，点焊固定。
[0053] 钢管管口平面度的极限偏差为2_。钢管对圆后还应测量管口周长的偏差值。实 测管口周长与设计管口周长的极限偏差为±3D/1000mm，相邻管节间管口周长极限偏差为 10mm 〇
[0054] 钢管纵缝焊接完成后进行纵缝焊接变形处理和钢管圆度调整，纵缝焊接变形处理 在压力机上进行，用样板检查弧度。
[0055] (4)钢管联段焊接
[0056] 将焊好的单节压力钢管放在如图2、3所示的台车11的多个托轮12上进行联段， 通过各托轮12处于同一高程平面以保证管节直线度，所述压力钢管的内部设有支撑件13， 然后进行焊前预热，采用履带式加热片对焊缝进行预热，预热宽度为焊缝及中心两侧各3 倍板厚且不小于150mm，预热温度KKTC?120°C，预热后采用电弧焊或埋弧自动焊进行焊 接。
[0057] 其中，所述支撑件13包含圆环和设置于圆环外周缘的多个千斤顶，所述多个千斤 顶从圆环外周缘等距间隔的径向向外延伸，以使压力钢管在焊接中保持圆度。
[0058] (5)表面处理
[0059] 钢管内壁涂刷环氧树脂漆两道，漆膜厚度500 μ m，锈等级Sa2. 5级，表面粗糙度 4?70 μ m ;外壁缠绕防腐胶带，除锈等级Sa2. 0级。
[0060] 步骤三：压力钢管安装
[0061] 管槽内的底面浇筑100mm厚的混凝土垫层103,于混凝土垫层103上间隔一定距离 设置支撑架（未示出），将压力钢管101放入管槽的支撑架，以使压力钢管距离混凝土垫层 103 -定距离。
[0062] 步骤四：管道回填
[0063] 在所述混凝土垫层103上铺上一层基床回填层102,所述基层回填层102采用粒径 为80-100mm的大石和超大石填筑料，以提供对充分的支撑；在基层回填层102上铺设有覆 盖整个压力钢管101的管支撑回填层104,为避免对压力管道101的防腐层产生破坏，所述 管支撑回填层为最大粒径为20_的小石填筑料，以对压力管道提供保护；所述管支撑回填 层104的外缘铺设有内支撑回填层105,所述内支撑回填105采用粒径为50-80mm的较大石 填筑料；所述内支撑回填层的外侧铺设有外支撑回填层106,所述外支撑回填层106采用原 土开挖料回填料。
[0064] 步骤五：碾压平整
[0065] 通过碾压机对回填的管槽进行压实平整，完成整个工序。
[0066] 本发明通过弹性埋管，管槽开挖浅，避免对环境和植被的过度破坏，且适应性更 强，成本更低。
[0067] 在发明人于斐济群岛共和国南德瑞瓦图（Nadarivatu)水电站工程的应用中得到 了有效印证，该水电站工程位于斐济VitiLevu岛中南部，坝址处东经177° 4V 3"，南 纬17° 18' 30"，距离Nadi机场135km，距离首都苏瓦约300km，该工程主要包括：拦河坝、 输水系统、电站厂房、132KV开关站和高压输电线路，工程的主要作用是拦河蓄水发电。 [0068] 通过具体应用，采用了本发明的回填式软约束弹性埋管方案，比常规的埋藏式压 力管道节约外包砼约5400m3,扣除回填级配料的施工成本，共节约投资约47. 02万美元，施 工结束后，按照当地环保部门的粗约估计，约产生了 43. 8万美元的环保效益，工程结束后 历经了充水建压、排空开孔检查、机械式甩满负荷动水流量专题试验、机组甩满负荷试运行 试验、长期机组并网商业运行的动水运行考验，充分验证了本发明取得了圆满成功，具有科 研创新性的设计原理和施工方法完全具备大力推广应用的价值，其技术是成熟、安全、可靠 的。
[0069] 通过上述结构可知，本发明的优点在于：
[0070] (1)将压力钢管视作一柔性埋管结构，钢管周围采用骨料回填、压实，允许钢管在 回填料中自由变形，以释放应力，有利于提高我国水利水电工程的设计和施工技术水平。
[0071] (2)适用性强，回填式软约束弹性埋管适用于岩石破碎、覆盖层厚，地势不均的环 境。
[0072] (3)提高施工速度，回填式软约束弹性埋管对地基的要求不高，可大大缩短压力管 道的开挖时间；同时采用级配骨料回填，其施工进度也比传统的方式快得多。
[0073] (4)节约施工成本，由于采用了普通的级配骨料回填，比起传统的钢筋混凝土结 构，大大降低了施工成本。
[0074] 显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内 容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制 由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例 子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
【权利要求】
1. 一种压力回填式弹性埋管施工方法，包含如下步骤： 步骤一：管槽开挖及支护 (1) 土方开挖，对所需开挖的地面线进行测量，清除植被后直接通过沟槽开挖法施工， 挖去土石渣料； (2) 石方开挖，通过钻爆法施工，先向岩石部钻孔，爆破后进行石渣运出，以形成图1所 示的倒梯形管槽； 步骤二：压力钢管制作 (1) 钢管下料，对钢板划线后进行切割和开坡口； (2) 钢管卷板，采用钢板起弧压力机对钢板端头预制弧度，长度约400mm，钢管卷制方 式为冷卷； (3) 纵缝组对，单节组对在卷板机上完成，点焊固定； (4) 钢管联段焊接，将单节压力钢管放在台车的多个托轮上进行联段，所述压力钢管的 内部设有支撑件，然后进行焊前预热，预热后采用电弧焊或埋弧自动焊进行焊接； (5) 表面处理，钢管内壁涂刷环氧树脂漆两道，漆膜厚度500 μ m，外壁缠绕防腐胶带； 步骤三：压力钢管安装 管槽内的底面浇筑100mm厚的混凝土垫层，于混凝土垫层上间隔一定距离设置支撑 架，将压力钢管放入管槽的支撑架，以使压力钢管距离混凝土垫层一定距离； 步骤四：管道回填 在所述混凝土垫层上铺上一层基床回填层，所述基层回填层采用粒径为80-100mm的 大石和超大石填筑料，在基层回填层上铺设有覆盖整个压力钢管的管支撑回填层，所述管 支撑回填层为最大粒径为20_的小石填筑料以对压力管道提供保护；所述管支撑回填层 的外缘铺设有内支撑回填层，所述内支撑回填采用粒径为50-80_的较大石填筑料；所述 内支撑回填层的外侧铺设有外支撑回填层，所述外支撑回填层采用原土开挖料回填料； 步骤五：碾压平整 通过碾压机对回填的管槽进行压实平整，完成整个工序。
2. 如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：所述支撑件包含圆环和设置于圆环外 周缘的多个千斤顶，所述多个千斤顶从圆环外周缘等距间隔的径向向外延伸。
【文档编号】F16L1/028GK104089089SQ201410333406
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】吴方明, 胡湛军, 杜学泽, 喻广平, 刘仕发, 王治烘, 王强 申请人:中国水利水电第十工程局有限公司