管道穿越河流施工

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1、管道穿越河流施工Water Supply Engineering目 录Water Supply EngineeringPart zero 基本概念Part one 管道过河方法的选择Part two 管道水下铺筑倒虹管 Part three 管道过河方法的选择 什么是管道穿越河流施工？ 概念管道穿越河流施工 给水排水管道可采用河底穿越与河面跨越两种形式通过河流。 以倒虹管作河底穿越的施工方法可采用管顶；围堰，河底开挖埋置；水下挖泥，拖运，沉管铺筑等方法。河面跨越的施工方法可采用沿公路桥附设；管桥架设等方法。早在公元1600年前后，中国四川就出现了穿越河流的竹制卤水管道。1888年美国曾使用浮筒

2、浮运的方法敷设过水下管道。中国自1958年以来，在长江、黄河、黄浦江、嫩江、嘉陵江等主要河流中敷设了多种管径的水下穿越管道。管道穿越河流一般选择在水流平缓、河床平直、地质稳定、两岸有一定施工场地的地点。管道穿越河流时，如果管道裸敷在水下河床上，由于水流冲击、河床冲刷、冰凌和河道变迁的影响而容易遭到破坏，在通航的河道还可能遭受船锚等机械损伤。如果管道在水下悬浮或局部悬空，水流不仅冲击管道，还会因水流绕过管道而产生交变涡流，以一定周期的脉冲压力作用在管道上，使管道在交变应力作用下产生振动和疲劳损坏。因此，管道通过河流必须防止水流引起的损害。 Part one 河床断面的宽度、深度、水位、流量、地质

3、等条件；过河管道水压、管材管径；河岸工程地质条件；施工条件及作业机具布设的可能性等。 管道过河方法的选择一些管道穿越河流施工方法虹管过河虹管过河顶管过河法：施工方便，节省人力物力，但安全度尚差，易由管顶口流水，用于河底较高，土质好以及过河管径小的情况。围堰过河法：施工技术较高，工作量大，多种管道适用，适合河面不宽，水流不急且不通航的河道。沉浮法过河：适用面宽，不影响通航与河水正常流动，水下施工难度较大，需要机械施工技术，但只要河床不受水流影响即可采用。沿公路桥过河：简单，节省人力物力，但露天敷设管道需考虑防冻问题，具有永久性公路跨越河流的条件。管桥过河法：施工难度不大，能在无公路桥的条件下架设

4、过河，但较费人力物力，只适用于河面不宽且两岸土质较好时。管道架空过河管道架空过河 Part two 排水管道河底埋管的设施要求与施工方法与给水管道河底埋管基本相同。倒虹管通常采用钢管、塑料类管道等。小管径、短距离的倒虹管也可采用铸铁管 ，但宜采用软性接口；重力管线上的倒虹管也可采用钢筋混泥土管。当采用金属管道时，应对金属管加强防腐措施。选用管壁厚度须考虑腐蚀因素 。 水下铺筑倒虹管 给水管道河底埋管，为保证不间断供水，过河段一般设置双线，其 位置宜设在河床、河岸不受冲刷的地段；两端设置阀门井、排气阀与排 水装置。为了防止河底冲刷而损坏管道 ，不通航河流管顶距河底高差不 小于0 5m；通航河流其

5、高差不小于0 1 m 将带穿越部位的河床断面尺寸与河底工程地质、水文地质资料实地 勘测准确，然后采用直接顶进法将管道自河底顶过去。顶进中，管道埋 深、防腐措施均应满足顶管施工要求。在河床两岸设置的顶管作业井 ，可作为倒虹管运行时的检修井。 顶管法施工顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。非开挖技术是近几年才开始频繁使用的一个术语，它涉及的是利用少开挖，即工作井与接收井要开挖，以及不开挖，即管道不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换，顶管直径DN8

6、004500。通过工作井把要顶进的管子顶入接收井内，一个工作井内的管子可在地下穿行1500米以上，并且还能曲线穿行，以绕开一些地下管线或障碍物。 将带穿越部位的河床断面尺寸与河底工程地质、水文地质资料实地 勘测准确，然后采用直接顶进法将管道自河底顶过去。顶进中，管道埋 深、防腐措施均应满足顶管施工要求。在河床两岸设置的顶管作业井 ，可作为倒虹管运行时的检修井。 顶管法施工该技术在我国沿海经济发达地区广泛用于城市地下给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路

7、的堵塞，具有显著的经济效益和社会效益。 在一些条件适合的浅水域开展钻探工作时,采用构筑堤坝的方法在孔位附近围出一定面积的隔水带,将其中的水排出,使水下地面出露,直接安置设备进行钻探工作。 围堰法施工n管道埋设至河岸处，先拦截一半河宽的河流修筑围堰，再用水泵抽 出堰中河水，在堰中开挖沟槽 ，铺筑管线，管线铺筑后，塞住管端管口，回填沟槽。再拆除第一道围堰，回填砂土，使水流在此河床上部通过。然后拦截另一半河宽的水流，建筑第二道围堰，再用水泵抽去第二 道围堰中的水 ，开挖沟槽并接管 ，完工后清除第二道 围堰。n围堰是临时建筑物，导流任务完成后，要按设计要求进行拆除，避免影响永久建筑物的施工及使用。n土

8、石围堰相对来说断面较大，拆除工作一般是在运行期限最后一个汛期过后，随上游水位的下降，逐层拆除围堰的背水坡和水上部分。土石围堰的拆除常用挖掘机火爆坡开挖等方法进行。n钢板桩格型围堰的拆除，首先要用抓斗或吸石器将填料清除，然后用拔桩机起拔钢板桩，混凝土围堰一般只能用爆破法炸除，但要注意必须保证主体建筑物及其它设施不收影响。 沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。 浮运沉管施工n沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段

9、（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用临时封墙密封后滑移下水（或在坞内放水），使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。 沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法。沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建的水下隧道。 浮运沉管施工n定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。n水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有较多的优点。50年代起，由于水下连接等关键性技术的突破而普遍采用，现已成为水底隧道的主要施

10、工方法。用这种方法建成的隧道称为沉管隧道。 水下沟槽/浮运与沉管水下沟槽开挖浮运与沉管水下管道是敷设在江、河、湖、海的水下用来输送液体、气体或松散固体的管道。水下管道不受水深、地形等条件限制，输送效率高、耗能少。大多数埋于水下土层中，因而检查和维修较困难。登陆部分常处于潮差段或波浪破碎区，易受风浪、潮流、冰凌等影响，在规划和设计时要考虑预防措施。浮运法是将陆上制作好的头部（沉箱），用滑道或靠涨水使沉箱自行浮起的方法移运下水，浮运至下沉地点，下沉就位。 茅以升在建造钱塘江大桥时，巧妙利用自然力的“浮运法”，潮涨时用船将钢梁运至两墩之间，潮落时钢梁便落在两墩之上，省工省时，进度大大加快。适合于沉管

11、法施工的主要条件是：水道河床稳定和水流并不过急。前者不仅便于顺利开挖沟槽，并能减少土方量；后者便于管段浮运、定位和沉放。 Part three 跨越河道的架空管道常采用钢管，有时亦可采用铸铁管或预应力钢 筋混凝土管。管距较长时，应设置伸缩节，于管线高处设自动排气阀；为了防止冰冻与震害，管道应采取保温措施 ，设置抗震柔口；在管道转 弯等应力集中处应设置镇墩。 河面修建架空管管道附设于桥梁上n管道附设于桥梁上 ，管道跨河应尽量利用原建或拟建的桥梁铺设。n 可采用吊环法 、托架法、桥台法或管沟法架设。支柱式架空管(如图)n ，设置管道支柱时，应事前征得有关航运部门、航道 管理部门及农 田水利规划部门

12、的同意 ，并协商确定管底标高 、支柱断面、支柱跨距等。管道宜选择于河宽较窄，两岸地质条件较好的老土地段。n 支柱可采用钢筋混凝土桩架式，或预制支柱。连接架空管和地下管 之间的桥台部位，通常采用S弯部件。若地质 条件较差时，可于地下管道与弯头连接处安装波形伸缩节，以适应管道 不均匀沉陷的需要。若处强震区地段，可在该处加设抗震柔口，以适应 地震波引起管道沿轴向波动变形的需要。 双曲拱桁架桁架式架空管的一些形式桁架式架空管的一些形式可避免水下操作，但应具备良好的吊装设施。施工 地段应具有良好的地质条件及稳定的地形。修筑时，可于两岸先装置桁 架，再由桁架支承管道过河。 双曲拱桁架悬索桥架桁架拱桥是指中

13、间用实腹段，两侧用拱形桁架片构成的拱桥。桁架拱片之间用桥面系与横向联结系(横向撑架、剪刀撑)连接成整体。特点是实腹段与两侧拱形桁架片起着拱的受力作用，拱脚有水平推力可减小跨中弯矩；这种桥比一般带拱上建筑的肋拱桥受力合理，可节省材料，减小自重，适用于地基较差的场合。悬索桥，又名吊桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小荷载所引起的挠度变形。悬索桥架斜拉索架空管拱管过河斜拉索架空管作为一种新型的过河方式，斜拉

14、索架空管是采用高强 度钢索或粗钢筋及钢管本身作为承重构件，可节省钢材。采用河两岸的 塔架进行施工安装 。 拱管过河是利用钢管 自身供作支承结构，起到了一管两用的作用。 由于拱是受力结构，钢材强度较大，加上管壁较薄，造价经济，因此用 于跨度较大河流尤为适宜。 几种钢管拱肋弯制方法的对比及其技术的探讨广西邕宁邕江大桥直缝钢管手工拼焊工艺n 邕宁邕江大桥为SRC特大跨径拱桥 , 跨径312 m , 大桥以钢管砼拱肋为劲性骨架 , 钢管直径为 800 mm 直缝钢管 。钢管拱肋的加工采用 “以直代 曲”方法 , 用多段较短的直缝钢管和手工电弧拼接 ,钢管长度 24 m , 在满足精度要求范围内构造出悬

15、 链线拱肋 。轻微缓慢地释放 , 从而确保桥梁的质量 。n 虽然采用“以直代曲”方法加工钢拱肋能够满足 结构设计的要求 。但是 , 还存在一些弊病 。由于每一 个节段的钢拱肋骨架由多段较短的直缝钢管拼接而 成 , 焊接工作量大 , 存在着对接引起的错边和焊接产 生的收缩变形等问题 。采用此方法将增加焊接工作量 、成本和工期等 , 最终将使拱肋加工的精度和焊接 质量受到一定程度的影响 , 所以 , “以直代曲”的钢 管拱肋加工方法不宜使用在精度要求高的大跨径 、大 直径钢管拱桥上 。n 此方法的优点是 : 施工原理简单 , 对施工设备和加工场地的要求都不高 。用于中小跨径 、等级不高用 途一般的

16、桥梁比较合适 。1990 年我国第一座钢管砼拱桥 四川旺苍东河大桥建成以来 , 钢管砼拱桥在我国得到了很大的发 展 。大型钢管拱肋的整体加工制作工艺 , 也一直在探 索与发展中 , 特别是钢管拱肋的弯制工艺 , 其线形精 度和焊缝质量直接影响到钢拱肋的整体质量 , 并影响 到后期钢拱肋的吊装对接精度 。现对广西邕宁邕江大桥 、广西三岸大桥 、武汉市江汉五桥三座特大跨径钢 管拱桥的钢管拱肋弯制加工方法简单的介绍 , 并对钢 管拱肋弯制技术进行初步探讨 。邕江大桥 几种钢管拱肋弯制方法的对比及其技术的探讨广西三岸大桥无缝钢管热煨弯工艺n 三岸邕江大桥为南宁(三岸) 至南间段上的一座特大型公路桥梁

17、, 全长 352 m , 主桥为单孔 270 m 的钢 管混凝土中承式双肋拱桥 , 钢管拱肋采用自动化生产 的 16 Mn 1000 mm 的螺旋焊接钢管 , 钢管本身的焊 缝质量得到了充分的保证 , 而且 12 段钢管对接成 一个拱肋节段的弦管 , 从而减少了交叉焊缝 , 大大提 高了焊缝的整体质量 。n 三岸大桥钢管拱肋采用热 煨 弯 技 术 加 工 , 按 照 GB 50205 - 95 钢结构工程施工及 验 收 规 范 及 TB 10212 - 98 铁路钢结构制造规范 4. 3 的有关要求 : 当零件采用热加工成形时 , 加热温度宜控制在 900 1 000 ; 碳素结构钢在温度下降

18、到 700 之前 、 低合金结构钢温度下降到 800 之前 , 应结束加工 ;低合金钢应缓慢冷却”。其基本原理是 : 使钢管加热到一定温度时 , 在外力作用下钢管整体发生塑性变 形 , 从而达到煨弯目的 。钢管拱肋制作方法采用火焰喷枪加热煨弯 , 每段 拱肋钢管单根在胎位上作整体弯制 。n 使用本方法与 “以直代曲”相比 ,其优点在于 : 大大减少钢管拼 接工作量 , 减少了交叉焊缝 , 不但保证了焊缝质量 , 而且缩短了制作工期 ; 整体弯制成形 , 线形圆顺 ,无明显拼接折凸现象 , 整体质量较好 ; 焊缝残余应 力减少 ( 在煨弯过程 , 由于加热作用 , 焊接区域分子 活动加强 , 残

19、余应力得到释放) , 受人为和环境影响 钢管桁架变形的因素减少 。三岸大桥 几种钢管拱肋弯制方法的对比及其技术的探讨武汉市江汉五桥弯管机机械弯管技术n 江汉五桥为武汉市中环线西段跨越汉江的一座特大城市桥梁 , 桥型为中承式钢管砼系杆拱桥 , 净跨径240 cm。江汉五桥主拱肋钢管采用无缝钢管 , 并用 2 种不 同的机械设备弯制 。上游拱肋采用红外陶磁片加热 , 液压弯管机弯制 ; 下游拱肋采用了中频弯管机一次性定型弯制 。由于采用了机电设备控制 , 钢管弯制的加工质量和速度有很大的提高 。n 红外线陶磁片加热弯管机原理及其结构: 将待煨弯的 钢管放置于加工台座上 , 利用红外陶磁片加热及温度

20、控制 装置使钢管达到可塑状态 , 通过液压力臂对钢管施工作用 力 , 达到煨弯目的。采用红外陶磁片加热弯管时 , 具体方法 : 首先在弯管机胎架上建立坐标系统 , 按线形回弹量调整反 力板高度 , 在胎架上形成加工线形 。 把钢管放置在 胎架后 , 再按照划分好的加热区域每隔 50 cm 布置红 外线陶瓷加热片和温控装置 , 加 热 片 宽 度 为 300 mm。然后 , 将钢管预热到 800900 , 启动油泵 ,在钢管两端对称施压 , 油泵表 压 从 0 逐 渐 增 至 5MPa , 管端顶压速度 35 m m/ mi n 。 完成第一次顶 压后 , 持荷 5 mi n , 然后油缸压力递

21、增一次 , 增量为25 MPa , 顶压速度不变 , 最后施工加压的大小保 持在 810 MPa , 待管体温度冷却至 150 以下 , 才使油缸卸压 。完成一个区域热煨弯之后 ,调整压力点至 第 2 个加热弯制区域 ,重新布置加热片和温控装置 ,重 复以上弯制步骤 。 几种钢管拱肋弯制方法的对比及其技术的探讨武汉市江汉五桥弯管机机械弯管技术n 完成钢管的热煨弯之后 , 需进行管体检测校验 。 检测内容包括 : 弯制前后钢管壁厚度变化情况 ; 钢管直径变化情况 ; 实测回弹量与设计线形值及预 设回弹量的比较 ; 弯制前后焊缝与母材的金相 、机 械性能试验等 。经检测 , 试弯段钢管弯制前后壁厚

22、和 直径的变化很小 , 完全满足设计要求 ( 见表 3) ; 管端实测最大回弹量在 810金相组织正常 ; 机械力学性能良好 。n 中频弯管机弯管工艺 基本原理 : 中频弯管机通过 3 相 380 V 电源经整流和电抗器滤波后变成直流电 , 再将该直流电逆变,为 1 400 Hz 、750 V 的单相中频电源 , 经中频变压器和补偿电容器谐振 , 由感应圈感应加热工件 。n 江汉五桥下游拱肋钢管弯制采用中频弯管机煨弯时 , 具体做法 : 在加工胎架上建立坐标系 , 按照坐标系将反力板定位于胎架上 , 然后在反力板上焊接轨道板 , 并在反力架下方沿拱肋线形铺设地面轨道 。n 钢管放入中频弯管机后

23、 , 端部伸出 80 100 cm 长度 , 并安置导轮和约束装置( 约束装置通过增加垫片 调节超弯量) , 尾部放置于轨道平车上 。 加热弯制时 , 尾部轨道平车缓慢顶进 , 钢管端部在导轮和管端约束装置的作用下 , 沿线形轨道前进 , 同时在轨道板 的反作用力下弯曲成形 。 节段拼装时 , 仍然使用三 岸大桥的纠偏方法进行线形修正 。n 江汉五桥钢管弯制时应用了温度控制系统 , 能准 确地控制加热温度 。使管体受热均匀 ,液压弯管机能 均匀施加压力 , 并从油表读数反应出压力的大小 。实 践证明 , 采用先进的科学的机械加工方法弯制钢管拱 肋 , 质量控制有保证 , 加工后的拱肋线形圆顺 , 外观良好 ; 加工成本较低 , 并能缩短工期 , 效果显著 ,但 设备的成本较高 。三岸大桥THANK YOUWater Supply EngineeringPRESENTED BY 给排水15-4班 李若璠