组合式箱型管道的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种组合式箱型管道，包括由单元板片沿周向拼装形成箱型管节，该箱型管节沿轴向拼装形成箱型管道；其中，该单元板片由板材和位于其两端的中空的管材组成，且该管材为箱型管节轴向拼接端，同时在拼装形成箱型管道中，相邻管材相互连接形成箱型管道的骨架结构。该管道中增设管材组成矩形框架作为梁架，承担主要载荷，提高管道承载能力；在管材内可填充混凝土，运用管土共同受力原理，提高承载能力，相同填土高度下，该结构墙板更薄；板材横截面惯性矩高，承载能力提高，其壁厚大大减薄，降低成本，且当板材的强度高时，管材之间的间距可以加大，减少了材料的使用，也减少了混凝土用量和管道重量，降低成本，提高了施工进度。
【专利说明】
组合式箱型管道
技术领域
[0001]本实用新型公开了一种管道，尤其涉及一种组合式箱型管道。【背景技术】
[0002]目前，城市地下综合管廊大部分是由钢筋混凝土制成，其结构形式有现场整体浇筑和预制拼装，截面形状有矩形和圆形，但钢筋砼结构造价很高，接缝多，一般每2?5米一个接缝，接缝的密封是个难题，施工技术要求高，施工周期长，在使用过程中很容易开裂、漏水，维护成本高，且整个工程大量使用水泥，不利于环保。其中矩形结构管道，其两侧墙体， 除了要承受上部的竖向载荷，还要承受侧边土层的横向载荷，而顶部的板片直接承受动载荷与静载荷，但因只采用了普通的钢筋砼技术，为了抵抗弯矩及扰曲，增强其承载能力，防止失稳，墙壁需要设置的很厚，费用极高。而圆形钢筋砼管道，存在管道底部楔形角难以回填，而且其板片都是大曲率弧度板片，其净空利用率特别低。
[0003]
【申请人】一直致力于钢结构和钢-混凝土组合式结构的研究、应用及基础设施工程。 已申请专利号为2015106007884《预制拼装钢混复合式钢管及其制作方法》、专利号为 201510598743.8《预制拼装组合式箱型管道及其制作方法》及专利号为201510600759.8《带螺旋加强环的钢-混凝土组合结构管道及其制作方法》的实用新型专利，上述专利中管道截面都为圆形截面形式，当以此种管道截面形式应用于城市地下综合管廊时，存在如下缺点 ①、管廊内部底部是弧形的，不是平的，不便于维修人员及维修设备的通行，需要在管廊内部底部修筑专用平台；②、管廊两侧墙面也是弧形的，不利于管架及管线排布设置;③、对于整体式圆形截面管道，存在运输困难，管径大于3.5米及超限;④、对于分片式圆弧截面也存在运输不利，由于其板片是弧形结构，在叠层运输时，叠层越高板片运输过程中板片受力叠加越多，容易造成板片不可估计的弧度变形，严重时运输到现场无法对接拼装，需返工;⑤、 圆弧板片相对平直板片，其圆弧度、弧长等加工控制难度大，加工成本高;⑥、矩形管道截面可以通过简单的改变长宽比，以适应不同的层高要求;⑦、相对圆形截面管道，矩形截面管道施工难度小。⑧、弧形单元板片的柔性比平直单元板片大;⑨、上述实用新型专利均应用了管土共同受力效应，此原理需要管道与周围土体协同变形来实现，但对于城市地下综合管廊，管道的变形过大时，可能会造成管廊内部管架及管线的变形或破坏;⑩、根据住建部标准《城市综合管廊工程技术规范》2015年标准要求，圆形管廊相对箱形管廊而言其空间利用率低，圆形管廊只利用到圆形管廊内接矩形的净空空间；也就是这个原因，圆形管廊的高度就要比箱形管廊高，需要埋地更深，增加了基础的开挖深度和工程量。已申请专利号为 201510960789.X《钢质城市地下综合管廊》其材质为单纯钢质材质制成，其承载能力有限， 不能应用于大口径截面和高填方。
[0004]因此，亟待解决上述技术难题。【实用新型内容】
[0005]实用新型目的:本实用新型的目的是提供一种承载能力强、墙壁薄、抗震性能好、抗沉降性能好且承重能力高的组合式箱型管道。
[0006]技术方案:本实用新型公开了一种组合式箱型管道，包括由单元板片沿周向拼装形成箱型管节，该箱型管节沿轴向拼装形成箱型管道;其中，该单元板片由板材和位于其两端的中空的管材组成，且该管材为箱型管节轴向拼接端，同时在拼装形成箱型管道中，相邻管材相互连接形成箱型管道的骨架结构。
[0007]其中，位于所述箱型管节顶面或底板上的管材沿箱型管节高度方向叠设至少一个管材;或者位于所述箱型管节侧面上的管材沿箱型管节宽度方向叠设至少一个管材。
[0008]进一步，所述管材内填充混凝土。
[0009]优选的，所述板材的外侧和/或内侧有凸起，所述板材由金属板构成，该金属板自身弯折形成凸起;或金属板弯折形成凸起形状，用板材或管材与该凸起组合形成空心腔体结构;或由金属板和金属管拼接而成;或者由C型钢、槽钢、工字钢、弧形钢、角钢或波纹板与金属板扣合形成带有空心腔体结构的板材。
[0010]进一步，所述凸起的截面为单一截面形式或由多种截面形式组合而成。
[0011]特别的，所述箱型管节由两侧单元板片和上下单元板片构成，其中所述单元板片中的板材为弧形片或平直片。
[0012]其中，所述单元板片沿周向拼装形成箱型管节时，相邻单元板片的接触端部具有折边，且相邻折边的接触面为拼接连接面。
[0013]进一步，所述单元板片沿周向拼装形成箱型管节时，相邻单元板片之间通过一对连接板连接，其中，每个单元板片的端部均设有一个连接板，且各连接板从单元板片的端部向外延伸，延伸部分作为拼接连接面。
[0014]优选的，所述箱型管节沿轴向拼接时，相邻单元板片的接触端部管材上开设轴向连接孔，且相邻管材的接触面为拼接连接面。
[0015]进一步，所述箱型管节沿轴向拼接时，相邻单元板片的接触端部管材上开设轴向连接安装操作孔。
[0016]其中，所述单元板片上的板材为多块时，相邻板材之间并排设有管材，该管材周向连接形成箱型管节的骨架结构。[〇〇17]实用新型原理:首先本实用新型管材周向连接形成箱型管节的骨架结构可以防止侧向失稳，增加整体强度；
[0018]其次管材内灌注混凝土采用混凝土钢管原理，混凝土钢管的工作原理是在空心的管材内充填混凝土，利用混凝土优越的承压能力和钢管的对混凝土的包围作用，使钢管的承压能力极大的增强；
[0019]再者带凸起的板材采用了大惯性矩原理，大惯性矩原理是通过将平直板成型为截面带有凸起结构的板片，使得其截面惯性矩大大提高，抗弯、抗扭及抗变形的能力显著提升，继而使板片承载能力相比平直板大大提高，其性能提升程度取决于凸起的形状及尺寸；
[0020]然后组合式箱型管道施工时，将其作为地下管廊时，采用管土共同受力原理，管土共同受力原理是借助管道周围土石与管道构件协同受力，将施加在管道上的载荷转化为管道壁的环向内压力；
[0021]本实用新型将管材、混凝土及带凸起结构的板材三者结合为一体，并充分发挥各自的特点及优势，在整体结构中分别承担不同的作用。
[0022]有益效果:与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0023](1)该组合式箱型管道中的管材组成矩形框架作为梁架，承担主要载荷，提高承载能力；[〇〇24](2)在管材内填充混凝土，运用管土共同受力原理，进一步提高其承载能力，相同填土高度下，则该结构墙板更薄，节省材料；[〇〇25](3)该组合式箱型管道的板材横截面惯性矩高，承载能力提高，其壁厚可以大大减薄，降低了材料的成本，且当波纹板材的强度高时，管材之间的间距可以加大，减少了材料的使用，也减少了混凝土用量和管道重量，大大降低了制造成本，提高了施工进度；
[0026](4)该组合式箱型管道的组合式箱型管道的结构与圆形截面管道相比提高了内部净空的利用率和通行净宽与净高，且与圆形截面管道相比在保证同等内部净空空间的情况下，管道的高度显著降低，从而可以减少基础开挖深度，减少土建工程量；
[0027](5)该管道的底部平直面或小曲率弧面，不用铺平就可以使用，且其内部管线布置更方便，可直接作为过人或过车通道，解决了圆形截面管道回填时最重要也是最困难的底部楔形夹角的回填施工及压实度的问题；
[0028](6)该管道为半柔性结构，抗震性能好，抗沉降性能好，可吸收微量变形，而且不易开裂;且相邻单元板片之间可采用特殊的连接构件，有利于提高密封性能且方便安装； [〇〇29](7)该管道为分片拼装式结构，施工速度快、施工工期短，单节管道可以长达15?25米(只要运输条件许可，可以更长)管道接缝少，易于密封。【附图说明】
[0030]图l(a)-l(b)为本实用新型第一类凸起的横截面示意图；
[0031]图2(a)_2(i)为本实用新型第二类凸起的横截面示意图；[〇〇32]图3(a)_3(b)为本实用新型第三类凸起的横截面示意图；
[0033]图4(a)_4(c)为本实用新型第四类凸起的横截面示意图；
[0034]图5(a)为本实用新型开设周向连接孔的板材结构示意图；
[0035]图5(b)为本实用新型开设周向连接孔的板材端面示意图；
[0036]图5(c)为本实用新型单元板片第一种周向拼接的横截面示意图；
[0037]图5(d)为本实用新型单元板片第二种周向拼接的横截面示意图；
[0038]图6(a)为本实用新型带连接板的单元板片的结构示意图；
[0039]图6(b)为本实用新型带连接板的单元板片周向拼接时的横截面示意图；
[0040]图7为本实用新型管材的结构示意图；[0041 ]图8(a)为本实用新型无周向连接孔的板材结构示意图；
[0042]图8(b)为本实用新型无周向连接孔的板材端面示意图；
[0043]图9(a)为本实用新型带弧度的板材结构示意图；
[0044]图9(b)为本实用新型带弧度的板材端面示意图；
[0045]图10为本实用新型无连接板的单元板片的结构示意图；
[0046]图11为本实用新型箱型管节的结构示意图；
[0047]图12为本实用新型组合式箱型管道的第一种结构示意图；
[0048]图13为本实用新型组合式箱型管道的第一种截面示意图；
[0049]图14为本实用新型灌注混凝土时的结构示意图；
[0050]图15为本实用新型组合式箱型管道的第二种截面示意图；[0051 ]图16为本实用新型组合式箱型管道的第三种截面示意图。【具体实施方式】[〇〇52]下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。
[0053]本实用新型公开的一种组合式箱型管道100,包括由单元板片101沿周向拼装形成箱型管节102,该箱型管节102由两侧单元板片和上下单元板片构成，所述单元板片中的板材均为平直状，如图11所示。其中，所述单元板片中的板材为弧形片或平直片，如图15所示。 其中弧形片板材使得单元板片的抗扭刚度更高、抗竖向失稳能力更强，同时可以在一定程度上提高焊缝质量，减少应力集中。当下单元板片的板材为平直状时，不用铺平就可以使用，且其内部管线布置更方便，可直接作为过人或过车通道。[〇〇54]如图11所示的箱型管节为矩形，同时，单节管道可以长达15?25米，只要运输条件许可，长度可以更长，这样整个管道接缝减少，密封性更好;将得到的箱型管节102沿轴向拼装形成组合式箱型管道100;其中，该单元板片101由板材104和位于其两端的中空的管材 103组成，且该管材103为箱型管节102轴向拼接端，同时在拼装形成箱型管道100中，相邻管材103相互连接形成箱型管道100的骨架结构。其中，位于所述箱型管节102顶面或底板上的管材103沿箱型管节102高度方向叠设至少一个管材103。同时位于所述箱型管节102侧面上的管材103沿箱型管节102宽度方向亦可叠设至少一个管材103。其中管材103沿周向首尾相接形成矩形框架，封堵该管材管口，并在管材103内填充混凝土 106。该板材104的外侧和/或内侧有凸起105。该板材104至少为一块，为了增加单元板片101的长度，也可由多块板材拼接而成，且相邻板材104之间并排设有管材103。在管材内填充混凝土，运用管土共同受力原理，进一步提高其承载能力，相同填土高度下，则该结构墙板更薄，节省材料。本实用新型中管材组成矩形框架作为骨架结构，承担主要载荷，提高承载能力；该管道为箱型结构，且具有凸起，因此管道具有一定的竖向承压能力。该组合式箱型管道的板材横截面惯性矩高，承载能力提高，其壁厚可以大大减薄，降低了材料的成本，且当波纹板材的强度高时，管材之间的间距可以加大，减少了材料的使用，也减少了混凝土用量和管道重量，大大降低了制造成本，提高了施工进度。
[0055]本实用新型组合式箱型管道的底部为平直面或小曲率弧面，不需要铺装水平台即可直接作为过人或过车的通道，而且易于修筑管道基础，最为重要的是它解决了管道回填时底部楔形夹角的回填施工及压实度的难题。
[0056]上述凸起105可以单独扣设在板材104上，如图1(a)、l(b)所示。上述板材104由金属板107构成，其中凸起105可以由该金属板107自身弯折形成，折弯的横截面形状可以是槽型、弧形、半圆形、波浪线形、梯形等，该凸起105的横截面周边具有开口，如图2(a)?2(g)所示;其中单元板片由金属板107构成，形成凸起105可以是横截面周边闭合的空心腔体结构， 空心腔体结构可以由该金属板107自身弯折形成，弯折的横截面形状可以为矩形、圆形等， 并将空心腔体结构与金属板107之间形成的缝隙焊接，如图2(h)、2(i)所示。也可以由金属板107弯折形成凸起105形状，所述凸起105的截面为单一截面形式或由多种截面形式组合而成。当凸起105的截面为多种截面形式组合而成时，可由半矩形截面和半圆形截面相间隔组合而成。同时可用板材或管材与该凸起105组合形成空心腔体结构，如图3(a)、3(b)所示， 其中，弯折形成的腔体形状可以为槽型、弧形、半圆形等，所用板材可以为平直板、槽钢、C型钢、弧形板材等。
[0057]本实用新型中的板材104还可以由金属板107和金属管108拼接而成，如图4(a)_4 (c)所示；或者由C型钢、槽钢、工字钢、弧形钢、角钢或波纹板与金属板107扣合形成带有空心腔体结构的板材104。以上将平直的板材弯折形成带有弧形、波纹型、槽型等形状的板材可以增加单元板片的竖向承载力。[〇〇58]本实用新型中单元板片101拼装形成箱型管节102时，相邻单元板片101的接触端部具有折边109,且相邻折边109的接触面为拼接连接面，所述折边可以向管道外侧方向翻折，亦可以向管道内侧方向翻折，在拼接连接面上开设周向连接孔112,采用螺栓连接，如图 5(a)_5(d)所示。
[0059]上述单元板片101拼装形成箱型管节102时，相邻单元板片101之间通过一对连接板110连接，如图6(a)、6(b)所示。其中，每个单元板片101的端部均设有一个连接板110,且各连接板110从单元板片101的端部向外延伸，延伸部分作为拼接连接面。例如可以将一对连接板11 〇的延伸部分开设周向连接孔112，采用螺栓连接，其中，图6(b)所示的拼接连接面为水平方向，有利于钻孔，也可采用与水平方向呈一定角度的其余拼接连接面，如此可提高管节在施工中的刚度及强度。利用上述连接板可以找平两侧单元板片的端部位置，有利于安装和密封;底部单元板片上的连接板方便了两侧单元板片的找正，起到了导向卡槽的作用;组合式箱型管道外侧螺栓连接，方便安装;相邻单元板片接触面密封的同时，又增加了延伸部分的密封，双重密封，提高了密封性能。当然，也可以将相邻单元板片的接触端部切成斜角，例如45度，然后焊接等。
[0060]所述箱型管节102沿轴向拼接时，相邻单元板片101的接触端部开设轴向连接孔 111，且相邻管材的接触面为拼接连接面。例如可采用法兰螺栓连接，为了便于螺栓的连接操作方便，在管材靠近轴向连接孔111的附近开设轴向连接安装操作孔113,以及在管材上预留用于灌注混凝土 106的流浆孔114,如图7所示。当然，也可以将相邻管材的接触面直接焊接。
[0061]本实用新型的组合式箱型管道可以为单仓结构，如图8所示，也可并列拼装形成具有双仓室或多仓室的复合式管道。
[0062]制作方法:下面对上述一种组合式箱型管道的制作方法作详细说明。
[0063]如图1所示，首先根据所需制作管道规格要求，截取所需管材103,在管材相应位置开设轴向连接孔111和轴向连接安装操作孔113,以及开设管材灌注混凝土时的流浆孔114， 如图7所示。
[0064]根据所需制作管道规格要求，平直板经成型设备辊压成所需截面的波纹板片，再经剪切设备剪切成所需长度的带折边109的板材104,如图8(a)、8(b)所示。在该折边109上开设周向连接孔112,如图5(a)、5(b)所示。
[0065]第二种组合式箱型管道的制作方法与上述第一种组合式箱型管道类似，不同之处为:第二种结构时，在上述工序后的带折边109的板材104还需经过专用设备卷制成小曲率圆弧状，如图9(a)、9(b)、15所示。
[0066]将上述步骤所制得的一定数量的管材103间隙平行排列，将板材104放置于管材103之间，并与管材103垂直焊接形成单元板片101，保证管材103与板材104处于同一平面内，如图10所示。第三种组合式箱型管道的制作方法与上述第一种组合式箱型管道类似，不同之处为:第三种结构时，在部分或全部单元板片101的管材外侧叠加一个或多个管材103， 并在其管材103内灌注混凝土，如图16所示；
[0067]采用螺栓连接时，将上述单元板片101沿周向拼装形成箱型管节102,如图11所示。
[0068]采用螺栓连接时，将上述箱型管节102沿轴向拼接，直至拼接形成所需长度的组合式箱型管道100,并用轴向连接安装操作孔盖封堵轴向连接安装操作孔113,如图12所示； [〇〇69] 通过混凝土灌注孔115往管材103内灌注混凝土，直至混凝土从溢出孔116，直至灌满所有管材，继而得到组合式箱型管道，如图13、图14所示。
[0070]施工方法:在设计方案确定后，根据所需制作管道规格要求确定组合式箱型管道的各部分参数，包括管材103的长度和厚度;板材104的尺寸和弧度；凸起105的截面形状以及截面尺寸;填充混凝土 106的强度等级以及配合比等。本实用新型组合式箱型管道，箱型管节沿轴向进行安装时，安装人员可以在管道内侧进行安装，解决管廊外侧无施工空间的难题，安装人员在管道内侧，通过在单元板片上开设的轴向连接孔111和轴向连接安装操作孔113,即可完成箱型管节之间的连接及紧固，拼装形成组合式箱型管道，拼装完成后用轴向连接安装操作孔盖封堵安装轴向连接安装操作孔114,根据需要灌注混凝土，通过混凝土灌注孔往管材103内灌注混凝土，直至混凝土从溢出孔，直至灌满所有管材，继而完成组合式箱型管道的施工，如图13、图14所示。
[0071]本实用新型的组合式箱型管道的组合式箱型管道的结构与圆形截面管道相比提高了内部净空的利用率和通行净宽与净高，且与圆形截面管道相比在保证同等内部净空空间的情况下，管道的高度显著降低，从而可以减少基础开挖深度，减少土建工程量;其次该管道的底部平直面或小曲率弧面，不用铺平就可以使用，且其内部管线布置更方便，可直接作为过人或过车通道，解决了圆形截面管道回填时最重要也是最困难的底部楔形夹角的回填施工及压实度的问题;再者该管道为半柔性结构，抗震性能好，抗沉降性能好，可吸收微量变形，而且不易开裂;且相邻单元板片之间可采用特殊的连接构件，有利于提高密封性能且方便安装。该组合式箱型管道一般可运用于地下共用沟、市政共用管道、地下集水管、给排水管、人行或车行通道、地下管线的保护用管。
【主权项】
1.一种组合式箱型管道，其特征在于:包括由单元板片(101)沿周向拼装形成箱型管节 (102)，该箱型管节(102)沿轴向拼装形成箱型管道(100);其中，该单元板片(101)由板材(104)和位于其两端的中空的管材(103)组成，且该管材(103)为箱型管节(102)轴向拼接 端，同时在拼装形成箱型管道(100)中，相邻管材(103)相互连接形成箱型管道(100)的骨架结构。2.根据权利要求1所述的组合式箱型管道，其特征在于:位于所述箱型管节(102)顶面 或底板上的管材(103)沿箱型管节(102)高度方向叠设至少一个管材(103);或者位于所述 箱型管节(102)侧面上的管材(103)沿箱型管节(102)宽度方向叠设至少一个管材(103)。3.根据权利要求1或2所述的组合式箱型管道，其特征在于:所述管材(103)内填充混凝 土 (106)〇4.根据权利要求1所述的组合式箱型管道，其特征在于:所述板材(104)的外侧和/或内 侧有凸起(105)，所述板材(104)由金属板(107)构成，该金属板(107)自身弯折形成凸起(105);或金属板(107)弯折形成凸起(105)形状，用板材或管材与该凸起(105)组合形成空 心腔体结构；或由金属板(107)和金属管(108)拼接而成;或者由C型钢、槽钢、工字钢、弧形 钢、角钢或波纹板与金属板(107)扣合形成带有空心腔体结构的板材(104)。5.根据权利要求4所述的组合式箱型管道，其特征在于:所述凸起(105)的截面为单一 截面形式或由多种截面形式组合而成。6.根据权利要求1所述的组合式箱型管道，其特征在于:所述箱型管节(102)由两侧单 元板片和上下单元板片构成，其中，所述单元板片中的板材为弧形片或平直片。7.根据权利要求1所述的组合式箱型管道，其特征在于:所述单元板片(101)沿周向拼 装形成箱型管节(102)时，相邻单元板片(101)的接触端部具有折边(109)，且相邻折边 (109)的接触面为拼接连接面。8.根据权利要求1所述的组合式箱型管道，其特征在于:所述单元板片(101)沿周向拼 装形成箱型管节(102)时，相邻单元板片(101)之间通过一对连接板(110)连接，其中，每个 单元板片(101)的端部均设有一个连接板(110)，且各连接板(110)从单元板片(101)的端部 向外延伸，延伸部分作为拼接连接面。9.根据权利要求1所述的组合式箱型管道，其特征在于:所述箱型管节(102)沿轴向拼 接时，相邻单元板片(101)的接触端部管材上开设轴向连接孔(111)和轴向连接安装操作孔 (113 )，且相邻管材的接触面为拼接连接面。10.根据权利要求1所述的组合式箱型管道，其特征在于:所述单元板片(101)上的板材 (104)为多块时，相邻板材(104)之间并排设有管材(103)，该管材(103)周向连接形成箱型 管节(102)的骨架结构。
【文档编号】E02D29/045GK205576969SQ201620320455
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】战福军
【申请人】南京联众建设工程技术有限公司