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n第七章 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 水下管道的材料、接口和防腐n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n 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n，当不具备上述条件时，常采用的是水下铺管 法n 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3~4 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n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n 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n 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0.8~1m 开挖深度根据回淤情况而定，边坡为1：2~1 ：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n破法、岸式索铲、挖泥船、高压泵船等n 爆破开挖适用于岩石河床 n 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n 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n 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n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。

n 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n槽底高程n 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n 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：n h=PD/2t (8-1)n式中 h—内压P引起的周向应力；n P—管子内压;n D—管子公称直径；n t—管壁厚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 ，冲刷和水蚀等环境因素引起的影响n 动水压力作用下的最小水中管重W为：n (8-2)n式中 μ—管子表面与海床间的摩擦系数。

n对于水平海床，θ＝0，则W＝FL+(FD+F1)/μn 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n还可用调节比ρw确定最小水中管重：n W=ρw·B (8-3)n式中 W—包括覆盖层或保护层在内的最小水 中管子重量；n B—浮力n ρw取值一般为1.2~1.5，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：n R=2C/D (8-4)n式中 R—对单位容积的管子漂浮或下沉的阻 力；n C—土的剪切强度；n D—管外径。

n而 ＝W±R (8-5)n式中 —等效土壤密度；n W—单位体积的管子和管内介质重量n 上式两边除水密度ρ，则管子相对密度 ’的许可范围为：n /ρ+2C/ρD<’</ρ-2C/ρD (8-6)n式中 /ρ为土壤相对密度n 根据’，即可计算出管子所需的稳管相 对密度n 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n范围n 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n 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n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。

n 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) n 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n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n 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1.5~2倍，按《规范》n要求验收，或按24h不降压验收。

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n设在对岸的曳引设备(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 100~200m、甚至更长的管段n 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。

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n 浮漂拖航的方法很多可以根据浮航的n基本特点来设计具体的施工设备和方法n 二、水底拖曳铺管n 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n 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n 管段因拖曳而产生应力。

应进行验算，以 保证管段不受损坏n 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，则对管子应力的计算如下：n 第一种受力状态是管的一端接触水底，如 图8-14(a)所示：n (8-7)n (8-8)n (8-9) n式中和图中nq1—管子的全没浮力(dN/m)；nq2—管在水中的重量(dN/m)；nH—水深(m)；nJ—管断面惯性矩(cm4)；nE—管材的弹性系数(dN/m2)nl—管子淹没时的影响长度(m)：na—浮力作用的管段长度(m)；nM—弯矩；nR—反力；nθ—q1+q2；nη—管变住(挠度)n 三、铺管船铺管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。

n 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 n 四、冲沉土层铺管n 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n 冲沉法铺管是先把管子放到水。