环境工程施工教学课件第七章地下管道铺设.ppt

,环境工程施工,第7章地下管道铺设,目录,第七章管道水下铺设第一节概述第二节水下沟槽开挖第三节水下管道的材料、接口和防腐第四节管道水下铺设方法,第七章管道水下铺设第一节概述,修建过河管、江心取水头部与岸井连接管、污水向水系排放干管、长距离河底或海底输水管等，应根据水下管道长度、水系深度、水系流速、水底土质、航运要求、管道使用年限、潮汐和风浪情况等因素，选择合适的施工方法。可供选择的方法一般有围堰法和水下铺管法。根据技术经济比较，在水系较浅，梳速较小，航运不频繁、筑堰材料可以就地取材，筑堰对水系污染可控制在允许范围以内时，围堰法是可以作为水下管道可行施工方案之一。但,，当不具备上述条件时，常采用的是水下铺管法。水下管道一般有两种铺设方式：铺设在水底上；或埋设在水底下沟槽内。管道水下均槽埋没时，槽内管顶覆土深度一般为管径的34倍，以避免船只抛锚，河床冲刷等影响。海下管道埋沟敷设，还应防止风暴时管道可能浮漂或下沉，为此，管道应埋设在海床下足够深度。此外如果水道较深，水底之上铺管不会影响航运，水底平坦，沿管线没有障碍物和悬空地，管道不会因船只抛锚、流体动力、土壤液比、床底土运动、河床冲刷或其它原因引起,破坏，为了避免上述因素的影响，则可将管道直接铺没在稳定的河床或海床上。水底直接敷设的管道抗震性能也较水下沟槽埋设要好。,第二节水下沟槽开挖,管道水下沟槽敷设一般有3种情况，一是先挖槽后埋管，二是挖槽与埋管同时进行；三是先放管后沉入土内。这些方法的选择取决于水底土质、水系宽度和深度等因素。先挖水下沟槽的优点是施工设备简单；缺点是管线定位不易准确，槽底平整度差，沟槽准宜度低，而且易于回淤。为此应该增加槽底余宽和开挖深度。底宽一般为管外径加0.81m。开挖深度根据回淤情况而定，边坡为1：21：4。粘土河床回淤并不严重，砂土回淤迅速。常用为水下沟槽开挖方法和设备有爆,破法、岸式索铲、挖泥船、高压泵船等。爆破开挖适用于岩石河床。岸式索铲布置如图8-1所示，适用于狭窄水系。铲斗用岸上卷扬机曳引。铲斗顺滑道上拉，随着挖深增加而下放滑道。为了便于卸土，岸式索铲头部构造如图8-2所示，土斗自动倾翻卸土。这种挖土设备可以比较准确地控制沟槽的平面位置和准直度。水系宽阔，常用抓斗式或多斗式挖泥船开挖水下沟槽，土方卸在沟槽水流下游一侧，或,由驳船运至远处。河床土质松散，可用高压泵船以高压水流冲射水底土层进行开挖，如图8-3所示。用船或其他浮动设备开挖时，挖泥船等应该临时锚舶，以保证沟槽中心位置准确。水下沟槽中心线用岸标(图8-4)或浮标显示，并用经纬仪或激光准直仪测量。条件允许时，可在两岸标之间拉设管道中心线，或者由固定位置的挖泥船与岸标之间拉设管道中心线，以中心线为，准用标尺或锤球可测水下沟槽的位置与,槽底高程。为了防止回淤影响，可以采用分段开挖铺管的施工方法，以缩短水下晾槽时间。,第三节水下管道的材料、接口和防腐,水下铺设的管材大多为钢管、管壁厚度应保证由于管内压力引起的圆周切向应力不大于允许应力。内压的产生，周向应力为：h=PD/2t(8-1)式中h内压P引起的周向应力；P管子内压;D管子公称直径；t管壁厚。,选择管壁厚度和管子强度应考虑动水压力、床底土壤稳定性，土运动、床底凹凸不平，冲刷和水蚀等环境因素引起的影响。动水压力作用下的最小水中管重W为：(8-2)式中管子表面与海床间的摩擦系数。,对于水平海床，0，则WFL+(FD+F1)/。最小水中管重可采取下列方法进行调节，增加壁厚或用于压载的管道深层，或者两者兼用；增加管道强度和刚度；在管道上设置砂砾、混凝土垫块、砂浆等。还经常采用混凝土包裹管道，既调节管子重量又作防腐保护层。还可用调节比w确定最小水中管重：W=wB(8-3),式中W包括覆盖层或保护层在内的最小水中管子重量；B浮力。w取值一般为1.21.5，常用的混凝土覆盖层(图8-5)在管段焊接后浇灌。管道运输、铺设过程中产生的混凝土裂缝一般不会导致覆盖和隔绝失效。,水流横向流过管道时，在管子下出现涡流。涡流使管子上净、动水压力产生周期性变化，导致悬空管子发生振荡，这种振荡如与管子共振，则有可能使管子损坏。风浪和潮汐有可能使半埋或全埋管道发生上浮或下沉。土壤对管子的作用力(漂浮力和阻力)取决于管子重量，土密度和土的湿抗剪强度。土壤阻力R可由下式求出：R=2C/D(8-4),式中R对单位容积的管子漂浮或下沉的阻力；C土的剪切强度；D管外径。而WR(8-5)式中等效土壤密度；W单位体积的管子和管内介质重量。,上式两边除水密度，则管子相对密度的许可范围为：/+2C/D/-2C/D(8-6)式中/为土壤相对密度。根据，即可计算出管子所需的稳管相对密度。在浪袭区和海底大流速区，海底土可能到处剥蚀，上浮和沉积，导致管子失去支承、悬空和裸露，从而使管子位移，受振和破坏。海底沉积物冲刷和水蚀的规律是很复杂的。为了防止冲刷和水蚀，应将管子埋到有足够深度的,范围。为了提高管段整体强度，电焊钢管焊接时相邻两管的纵向焊缝至少错开45，见图8-6所示。管道应进行防腐处理，通常采用煤焦油玻璃布或沥青玻璃布隔绝层，有时也采用环氧玻璃钢、改性环氧玻璃钢等隔绝层。但是，只采用隔绝层而要做到不蚀在经济上是不合理的。为此，在隔绝层外再建立附加保护，如阴极保护。牺牲阳极可附在水下管线上，也可采用,岸上牺牲接地法。采用阴极保护时，由于水下管道与水上管道的防腐电流相差很大，在交界部分要作隔绝处理。通常做法是在交界处用法兰连接，绝缘材料作垫圈。水底管道由于受到风浪、潮汐、冲刷等作用，要求刚性接口具有一定的强度，而且还应比陆地铺设更多的柔口，要求柔性接口有必要的强度和柔密性。接口大多是在陆地或敷管船上焊接，但有一定数星的水下焊接口和法兰接口。刚性接口有焊接口和法兰接口，焊接口一般部在陆地上或船上焊接，也可进行水面,焊接，将两个管口提升到水面，焊接后放入水底。但当无法将管口捉到水面时，就需进行水下焊接。焊接分常压焊接和高压焊接两种。法兰接口主要用于两个管段之间的联结，因此一般为水下作业。柔性接口有橡胶圈人字法兰接口、伸缩法兰接口(图8-7)和球形接口(图8-8)。地震时，过河管由于两岸滑移而破坏，破坏都在倒虹吸管水下与岸边连接的弯头部位，而且往往只发生一个弯头接口破坏。这是因为能量在最薄弱的一处释放后，使其他接口不致,破坏。因此，在过河倒虹吸管弯头处安装柔性或球形接口是必要的。在非震情况下，防止地基不均匀沉陷的影响，也应安装柔性或球形接口。铺设在水底的管道，尤其是深水底的管道，不易检查和维修，因此要保证管材和接口的强度，并建立管道防腐。每个焊接口都应检查，例如用X射线检查。管段应作水压试验，试验压力为工作压力的1.52倍，按规范,要求验收，或按24h不降压验收。,第四节管道水下铺设方法,一、浮漂拖航铺管浮漂拖航铺管方法是先在岸边把管子连接成一定长度的管段，管段两端堵板，浮漂拖航到铺管位置，灌水入管，下沉到水底或沟槽内，解脱堵板，然后各管段之间在水下接口。若水系较窄，有纵深岸边，岸边与水面高差不大，可在过河管中心延长线的岸边原地面制备管段；或者岸边与水面高差较大，就需开挖岸边，减少与水面高差，并在开挖区内降低地下水位后再制备管段。预制管段用船只或用,设在对岸的曳引设备(卷扬机、拖拉机等)浮拖(见图8-9)。但多数情况是岸边预制的管段与水系平行，管段制备后装上浮筒推入水中，在水面由船浮票拖航，见图8-10所示。管段也可用浮筒系住而在水面下浮漂拖航。水面或水面下浮航所需拖力较小，但易受水面风浪和其他情况的影响。采用这种浮航方法，预制场不必有较大的纵深，与敷管地点的距离不受限制，以制备100200m、甚至更长的管段。,管的两端采用法兰盘螺栓堵板或焊接堵板。在堵板上设有直径1/2”1”的放气孔和进水孔。如果管段所承受浮力还不足以使管段漂浮，可在管两旁系结刚性浮筒，柔性浮囊，或捆绑竹、木等，使管子浮起。管段在水面浮航到沟槽上方，由定位起重船用放入槽，如团8-11所示。起重船锚舶在事先经过校正的地点，由若干船锚定位。自堵板上预留孔向管内注水和解脱浮筒后，管段下沉,到构槽或水底。管段水下定位和接口均由潜水工操作。潜水工用通讯工具与定位起重船联系，调正定位船锚舶位置和船上起重臂操作，使下沉管段与已铺管段对口。浅水中管道的铺设高程可用标尺，如图8-12所示。如果沟槽回淤或深挖超过允许范围，可以从堵板的预留孔压入空气使管段重新浮包进行整槽工作。定位正确底潜水工解脱堵板，进行水下焊接口或法兰接口。浮漂拖航的方法很多。可以根据浮航的,基本特点来设计具体的施工设备和方法。二、水底拖曳铺管大长度管段采用浮航困难时，可在水底拖曳，如图8-13所示。拖运时受风浪、潮汐等影响较小，作业安全，不需牵制船，但拖运马力较大，管子防腐有可能破坏，而且通到水底凸起障碍物时管子不易拖曳。这种方法适用于长距离深水铺管，如向海中排污干管的铺设。如管道分段预制，则应在拖曳过程中将管道逐段接口，增长拖曳长度。管道一次拖曳长度可达数十米。,管段因拖曳而产生应力。应进行验算，以保证管段不受损坏。管段在水底拖曳，当浮管一端开始沉没时，管段有3种受力状态，如图8-14所示。假设荷重是沿管子纵向分布，为集中反力，该点弯矩为零，则对管子应力的计算如下：第一种受力状态是管的一端接触水底，如图8-14(a)所示：,(8-7)(8-8)(8-9)式中和图中q1管子的全没浮力(dN/m)；q2管在水中的重量(dN/m)；H水深(m)；,J管断面惯性矩(cm4)；E管材的弹性系数(dN/m2)l管子淹没时的影响长度(m)：a浮力作用的管段长度(m)；M弯矩；R反力；q1+q2；管变住(挠度)。三、铺管船铺管,在铺管船上有防腐、接口、起重等设备。管段在船上接口，并进行接口防腐、延长管段、沿敷管船上的滑道、管托架等装置，下入水底，如图8-15所示。管子用运管船运至铺管船上。这种方法适用于长距离管段远离岸边的铺管工作。铺管船上的管段生产线可设置在船中心线，也可设置在船两侧。如在两测设置可充分利用船中央部位的场地。,四、冲沉土层铺管水底铺设的管道，如采用预先挖沟的方法，管线定位、沟槽准直、沟底平整等质量不易保证。为了避免预先挖沟引起的缺点，可采用冲沉法铺管。冲沉法铺管是先把管子放到水底，然后用冲泥器把高压水射向管底土层，如图8-17所示，使管底土液化，丧失承载能力，管道就埋入水底。液化土层的厚度一般为管径的34,倍。冲沉施工如图8-18所示，用多个冲泥器安装在水底与水面之间S形管段。与管子沉入土的同时，驳船向前开行，继续铺管。图8-19所示为简易的冲泥器。但是这种设备的缺点是管道下沉后高压水平管无法取出。在较短的水下管道铺设时，可以采用。采用冲沉水下敷管的条件应为管底土层为可被液化的。,五、综合作业船铺管预挖水下沟槽铺管方法的缺点是沟槽可能发生回淤，弃土和回填土工作量大。为了克服这种缺点，可采用如图8-20所示的方法铺管。构槽由水泵喷射高压水冲挖，挖出的土由砂泵抽升到后部回填沟槽，使沟槽晾槽时间减少至最短而且取消了回填土的远距离搬运。,