环境工程施工教学地下管道铺设省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

环境工程施工第第7 7章章 地下管道铺设地下管道铺设第1页 目录n第七章 管道水下铺设管道水下铺设n第一节 概述n第二节 水下沟槽开挖n第三节 水下管道材料、接口和防腐n第四节 管道水下铺设方法第2页 第七章 管道水下铺设 第一节 概述n 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，应依据水下管道长度、水系深度、水系流速、水底土质、航运要求、管道使用年限、潮汐和风浪情况等原因，选择适当施工方法。可供选择方法普通有围堰法和水下铺管法。n 依据技术经济比较，在水系较浅，梳速较小，航运不频繁、筑堰材料能够就地取材，筑堰对水系污染可控制在允许范围以内时，围堰法是能够作为水下管道可行施工方案之一。但第3页 n，当不具备上述条件时，常采取是水下铺管法。n 水下管道普通有两种铺设方式：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，槽内管顶覆土深度普通为管径34倍，以防止船只抛锚，河床冲刷等影响。海下管道埋沟敷设，还应预防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。另外假如水道较深，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发第4页 n破坏，为了防止上述原因影响，则可将管道直接铺没在稳定河床或海床上。水底直接敷设管道抗震性能也较水下沟槽埋设要好。第5页 第二节 水下沟槽开挖n 管道水下沟槽敷设普通有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。这些方法选择取决于水底土质、水系宽度和深度等原因。n 先挖水下沟槽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。底宽普通为管外径加0.81m。开挖深度依据回淤情况而定，边坡为1：21：4。粘土河床回淤并不严重，砂土回淤快速。惯用为水下沟槽开挖方法和设备有爆第6页 n破法、岸式索铲、挖泥船、高压泵船等。n 爆破开挖适合用于岩石河床。n 岸式索铲布置如图8-1所表示，适合用于狭窄水系。铲斗用岸上卷扬机曳引。n 铲斗顺滑道上拉，伴随挖深增加而下放滑道。为了便于卸土，岸式索铲头部结构如图8-2所表示，土斗自动倾翻卸土。这种挖土设备能够比较准确地控制沟槽平面位置和准直度。n 水系宽敞，惯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，或第7页 n由驳船运至远处。河床土质涣散，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所表示。n 用船或其它浮动设备开挖时，挖泥船等应该暂时锚舶，以确保沟槽中心位置准确。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位置与第8页 n槽底高程。n 为了预防回淤影响，能够采取分段开挖铺管施工方法，以缩短水下晾槽时间。第9页 第三节 水下管道材料、接口和防腐n 水下铺设管材大多为钢管、管壁厚度应确保因为管内压力引发圆周切向应力小于允许应力。内压产生，周向应力为：n h=PD/2t (8-1)n式中 h内压P引发周向应力；n P管子内压;n D管子公称直径；n t管壁厚。第10页 n 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，冲刷和水蚀等环境原因引发影响。n 动水压力作用下最小水中管重W为：n (8-2)n式中 管子表面与海床间摩擦系数。第11页 n对于水平海床，0，则WFL+(FD+F1)/。n 最小水中管重可采取以下方法进行调整，增加壁厚或用于压载管道深层，或者二者兼用；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。还经常采取混凝土包裹管道，既调整管子重量又作防腐保护层。n还可用调整比w确定最小水中管重：n W=wB (8-3)第12页n式中 W包含覆盖层或保护层在内最小水中管子重量；n B浮力。n w取值普通为1.21.5，惯用混凝土覆盖层(图8-5)在管段焊接后浇灌。管道运输、铺设过程中产生混凝土裂缝普通不会造成覆盖和隔绝失效。第13页n 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改变，造成悬空管子发生振荡，这种振荡如与管子共振，则有可能使管子损坏。n 风浪和潮汐有可能使半埋或全埋管道发生上浮或下沉。土壤对管子作用力(漂浮力和阻力)取决于管子重量，土密度和土湿抗剪强度。土壤阻力R可由下式求出：n R=2C/D (8-4)第14页n式中 R对单位容积管子漂浮或下沉阻力；n C土剪切强度；n D管外径。n而 WR (8-5)n式中 等效土壤密度；n W单位体积管子和管内介质重量。第15页n 上式两边除水密度，则管子相对密度许可范围为：n /+2C/D/-2C/D (8-6)n式中 /为土壤相对密度。n 依据，即可计算出管子所需稳管相对密度。n 在浪袭区和海底大流速区，海底土可能处处剥蚀，上浮和沉积，造成管子失去支承、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规律是很复杂。为了预防冲刷和水蚀，应将管子埋到有足够深度第16页n范围。n 为了提升管段整体强度，电焊钢管焊接时相邻两管纵向焊缝最少错开45，见图8-6所表示。n 管道应进行防腐处理，通常采取煤焦油玻璃布或沥青玻璃布隔绝层，有时也采取环氧玻璃钢、改性环氧玻璃钢等隔绝层。不过，只采取隔绝层而要做到不蚀在经济上是不合理。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，也可采取第17页n岸上牺牲接地法。采取阴极保护时，因为水下管道与水上管道防腐电流相差很大，在交界部分要作隔绝处理。通常做法是在交界处使用方法兰连接，绝缘材料作垫圈。n 水底管道因为受到风浪、潮汐、冲刷等作用，要求刚性接口含有一定强度，而且还应比陆地铺设更多柔口，要求柔性接口有必要强度和柔密性。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，焊接口普通部在陆地上或船上焊接，也可进行水面第18页n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联结，所以普通为水下作业。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)。n 地震时，过河管因为两岸滑移而破坏，破坏都在倒虹吸管水下与岸边连接弯头部位，而且往往只发生一个弯头接口破坏。这是因为能量在最微弱一处释放后，使其它接口不致第19页n破坏。所以，在过河倒虹吸管弯头处安装柔性或球形接口是必要。在非震情况下，预防地基不均匀沉陷影响，也应安装柔性或球形接口。n 铺设在水底管道，尤其是深水底管道，不易检验和维修，所以要确保管材和接口强度，并建立管道防腐。每个焊接口都应检验，比如用X射线检验。管段应作水压试验，试验压力为工作压力1.52倍，按规范第20页n要求验收，或按24h不降压验收。第21页 第四节 管道水下铺设方法n 一、浮漂拖航铺管n 浮漂拖航铺管方法是先在岸边把管子连接成一定长度管段管段两端堵板，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。n 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，降低与水面高差，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第22页n设在对岸曳引设备(卷扬机、拖拉机等)浮拖(见图8-9)。n 但多数情况是岸边预制管段与水系平行，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所表示。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它情况影响。采取这种浮航方法，预制场无须有较大纵深，与敷管地点距离不受限制，以制备100200m、甚至更长管段。第23页 n 管两端采取法兰盘螺栓堵板或焊接堵板。在堵板上设有直径1/2”1”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。n 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，管段下沉第24页n到构槽或水底。n 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络，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。浅水中管道铺设高程可用标尺，如图8-12所表示。假如沟槽回淤或深挖超出允许范围，能够从堵板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。n 浮漂拖航方法很多。能够依据浮航第25页n基本特点来设计详细施工设备和方法。n 二、水底拖曳铺管n 大长度管段采取浮航困难时，可在水底拖曳，如图8-13所表示。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。这种方法适合用于长距离深水铺管，如向海中排污干管铺设。n 如管道分段预制，则应在拖曳过程中将管道逐段接口，增加拖曳长度。管道一次拖曳长度可达数十米。第26页n 管段因拖曳而产生应力。应进行验算，以确保管段不受损坏。n 管段在水底拖曳，当浮管一端开始淹没时，管段有3种受力状态，如图8-14所表示。n 假设荷重是沿管子纵向分布，为集中反力，该点弯矩为零，则对管子应力计算以下：n 第一个受力状态是管一端接触水底，如图8-14(a)所表示：第27页n (8-7)n (8-8)n (8-9)n式中和图中nq1管子全没浮力(dN/m)；nq2管在水中重量(dN/m)；nH水深(m)；第28页nJ管断面惯性矩(cm4)；nE管材弹性系数(dN/m2)nl管子淹没时影响长度(m)：na浮力作用管段长度(m)；nM弯矩；nR反力；nq1+q2；n管变住(挠度)。n 三、铺管船铺管第29页n 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、沿敷管船上滑道、管托架等装置，下入水底，如图8-15所表示。管子用运管船运至铺管船上。这种方法适合用于长距离管段远离岸边铺管工作。n 铺管船上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场地。第30页n 四、冲沉土层铺管n 水底铺设管道，如采取预先挖沟方法，管线定位、沟槽准直、沟底平整等质量不易确保。为了防止预先挖沟引发缺点，可采取冲沉法铺管。n 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所表示，使管底土液化丧失承载能力，管道就埋入水底。液化土层厚度普通为管径34第31页n倍。n 冲沉施工如图8-18所表示，用多个冲泥器安装在水底与水面之间S形管段。与管子沉入土同时，驳船向前开行，继续铺管。n 图8-19所表示为简易冲泥器。不过这种设备缺点是管道下沉后高压水平管无法取出。在较短水下管道铺设时，能够采取。n 采取冲沉水下敷管条件应为管底土层为可被液化。第32页n 五、综合作业船铺管n 预挖水下沟槽铺管方法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，可采取如图8-20所表示方法铺管。n 构槽由水泵喷射高压水冲挖，挖出土由砂泵抽升到后部回填沟槽，使沟槽晾槽时间降低至最短而且取消了回填土远距离搬运。第33页