野外地埋管道安装系统及安装方法与流程

本发明涉及水利施工技术领域，尤其涉及一种管道系统及安装方法。

背景技术：

在水利工程中，经常需要安装地埋管道（预制管道），如地埋水管（通常采用预应力钢筋混凝土管节拼装而成）。预制管道的安装为节段式拼装，需要顶压最新接入的一节管道，使其与在先装好的管道紧密对接。以管道安装的方向为前向，随着管道安装工作的进行，工作面（最新接入的一节管道的前端处）不断向前延伸，顶压设备随之不断前移，每顶压好一节管道，顶压设备都需要向前移动一段距离，以便为下一节管道腾出空间。反复移动顶压设备需要消耗大量的工作时间，限制了管道安装效率的提升。另外，野外施工时，就地取电困难，往往需要通过很长一段电缆由远处将电能引来使用，这一方面提升了施工难度、降低了施工效率，另一方面还带来长距离电缆的看护问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种效率较高的野外地埋管道安装系统。

为实现上述目的，本发明的野外地埋管道安装系统以管道的安装方向为前向，包括用于紧压管节后端面的垫板装置和移动液压机构；

移动液压机构包括长方形底盘，底盘下安装有行走轮；底盘上表面分布有四个顶升液压缸，各顶升液压缸的伸出杆均向上伸出并连接有支撑板，支撑板上并排间隔设有两个安装用液压缸；各安装用液压缸的伸出杆均朝后伸出，各安装用液压缸后方的支撑板上设有受力板，受力板与垫板装置紧压配合；各安装用液压缸的缸体后端与受力板紧压配合；

各安装用液压缸的伸出杆分别固定连接有拉环，各拉环分别连接有钢丝绳，各钢丝绳均与同一个用于拉动管节的卡板相连接；

底盘上设有动力装置和液压站，液压站包括液压泵，液压站通过液压管路与各顶升液压缸和各安装用液压缸相连接，动力装置与液压泵传动连接。

各安装用液压缸处的支撑板上分别沿前后方向设有滑槽，安装用液压缸的缸体与滑槽相适配并滑动嵌设在滑槽内。

所述受力板在左右方向上的中部位置间隔设有两个滑孔，左侧的安装用液压缸所连接的钢丝绳穿过左侧的滑孔，右侧的安装用液压缸所连接的钢丝绳穿过右侧的滑孔。

所述动力装置为柴油发动机。

所述垫板装置包括并排间隔设置的第一垫板和第二垫板，第一垫板的中部朝向第二垫板连接有外筒，第二垫板的中部连接有内筒，内筒与外筒相适配，内筒插入外筒；

内筒上设有若干内连接孔，各内连接孔均上下贯穿内筒，各内连接孔均匀间隔设置；

外筒上设有若干外连接孔，各外连接孔均上下贯穿外筒，外连接孔与内连接孔一一对应设置，各外连接孔的孔径和各内连接孔的孔径均相同；至少一组相互对应的外连接孔和内连接孔处穿设有定位销。

本发明还公开了采用上述野外地埋管道安装系统的安装方法，管道由多个管节拼装而成，管节包括管体，以管道的安装方向为前向，管体的后端设有承口且其前端设有插口，插口与承口相适配；各管节的插口处设有密封圈；

首先是准备步骤，测量放线并开挖基坑，将用来组装管道的管节、用来吊运管节的吊运装置以及用来安装管节的野外地埋管道安装系统运至作业现场；以300米－1000米作为一个作业段；

对于一个作业段，按以下步骤进行管道安装：

第一步骤是将野外地埋管道安装系统与第一段管节安装在一起；

将野外地埋管道安装系统设置于作业段的后方，使用吊运装置将第一段管节吊运至基坑中预定位置；

拔出定位销，调节内筒插入外筒的深度，使第一垫板和第二垫板抵靠在第一段管节的承口两侧，同时确保至少一组内连接孔和外连接孔上下对应；然后将定位销插入上下对应的内连接孔和外连接孔中，使第一垫板和第二垫板通过内筒、外筒和定位销固定连接；

由后向前推动移动液压机构，使底盘和受力板抵靠在第一垫板和第二垫板上；在两个安装用液压缸的拉环上分别连接钢丝绳，使左侧的安装用液压缸所连接的钢丝绳穿过左侧的滑孔后连接卡板，使右侧的安装用液压缸所连接的钢丝绳穿过右侧的滑孔连接卡板，拉动卡板，使卡板带动两根钢丝绳穿过第一段管节；各钢丝绳在拉环处预留有与作业段相匹配的长度；启动动力装置，动力装置驱动液压泵运转；

第二步骤是安装下一段管节；

使用吊运装置将下一段管节吊运至上一段已安装至预定位置的管节的前方，使下一段管节的承口对准上一段管节的插口；

操作人员放松两根钢丝绳，拉动卡板，使卡板带动钢丝绳穿过下一段管节，使卡板压在下一段管节的插口上，然后拉紧钢丝绳并将钢丝绳拴牢在拉环上；

同步启动各安装用液压缸，使各安装用液压缸的伸出杆同时向后伸出，从而通过钢丝绳和卡板向前拉动位于最前方的管节，使该管节的承口与上一段管节的插口插接配合，直到该管节的承口压紧上一段管节插口处的密封圈；操作人员控制各安装用液压缸的伸出杆同时向前回收，将卡板从管节处取下并放置在管节内，完成本段管节的安装；

重复进行第二步骤，直到当前作业段内的所有管节安装完毕，关闭动力装置。

所述准备步骤中还包括有调节支撑板高度的操作，具体是在启动动力装置、动力装置驱动液压泵运转后，启动各顶升液压缸，控制各顶升液压缸的伸出杆向上伸出的高度，使各安装用液压缸在竖向方向上位于待安装管道的设计高度的中部位置。

本安装方法还包括有管节维护操作；

在一个作业段的管节安装过程中，当已安装完毕的管节之间出现密封圈未被压紧的情况时，进行管节维护操作；相邻管节之间的承口与插口紧压配合时，密封圈压紧在插口的后端面与承口的后端面之间，插口的前端面与承口的前端面之间具有环形空腔，卡板的长度小于环形空腔的直径；

管节维护操作是：拉动卡板，将卡板插入未被压紧的密封圈前方管节的插口处的环形空腔，拉紧两根钢丝绳，使两根钢丝绳分别与相应的拉环拴牢，然后使各安装用液压缸的伸出杆同时向后伸出，通过钢丝绳和卡板将相应的管节向后拉动，压紧未被压紧的密封圈；

该密封圈被压紧后，如果该密封圈前方管节的插口处的密封圈出现松开的情况，针对该处未被压紧的密封圈，重复上述管节维护操作。

第二步骤中，在前方管节的承口与后方管节的插口的插接过程中，前方管节的承口与后方管节的插口之间的间隙不断缩小；

当所述间隙的左侧长度大于右侧长度时，所述间隙的左侧长度与于右侧长度的差值为l毫米；

控制位于左侧的安装用液压缸的伸出杆相对另一安装用液压缸的伸出杆向后多伸出l毫米，从而使所述间隙的长度左右均衡，确保该间隙处的密封圈在周向方向上受力均匀，避免发生密封圈局部被压紧同时局部未被压紧的现象，确保密封效果；

当所述间隙的右侧长度大于左侧长度时，所述间隙的右侧长度与于左侧长度的差值为h毫米；

控制位于右侧的安装用液压缸的伸出杆相对另一安装用液压缸的伸出杆向后多伸出h毫米，从而使所述间隙的长度左右均衡，确保该间隙处的密封圈在周向方向上受力均匀，避免发生密封圈局部被压紧同时局部未被压紧的现象，确保密封效果。

本发明具有如下的优点：

采用本发明的野外地埋管道安装系统，为实现本发明的安装方法提供了基础，在一个作业段的管道（管节）安装过程中，野外地埋管道安装系统无须随着管节向前延伸而不断整体向前延伸，而是只需要钢丝绳和卡板向前延伸，这样就大大节约了移动相关设备所需要的时间，大大提高了管道安装效率，降低了管道安装中的劳动强度，降低管道安装的成本。

移动液压机构能够被方便地推动，移动方便。

以往安装管道时依赖电缆和外接电源。即便在有电区域，由于以往顶压管道的设备在随管道安装的进度需要向前不断推进，因而需要不断更换取电位置，在管路经过的较长的区域中，很容易有部分区域取电困难。而且，不断更换取电位置也决定了反复连接线路和断开线路也会消耗人力和工时。采用本发明的安装方法，动力装置采用柴油发动机，从而摆脱电缆和外接电源的束缚，在无电区域或取电困难区域仍然可以正常工作，节约了反复连接线路和断开线路所耗费的人力和工时。

安装用液压缸的缸体与滑槽相适配并滑动嵌设在滑槽内，这样可以通过滑槽的槽壁约束安装用液压缸在左右方向上的运动倾向，使得安装用液压缸即便在使用中受力钢丝绳在左右方向上的分力，也能够在长期的使用中保持安装用液压缸不会在左右方向上发生位移。

左侧的安装用液压缸所连接的钢丝绳穿过左侧的滑孔，右侧的安装用液压缸所连接的钢丝绳穿过右侧的滑孔。这样可以使钢丝绳沿水平方向穿过受力板，相较钢丝绳向上转折越过受力板的设置，能够减少钢丝绳受力时的摩擦阻力，并使钢丝绳在放松状态和受力状态之间切换时约束钢丝绳不发生大的位移，防止钢丝绳在支撑板上凌乱放置，防止钢丝绳钩挂杂物。

动力装置为柴油发动机，相比采用电动机，摆脱了对外接电源的依赖，非常适合取电困难的野外，能够在远离外接电源的任何场合进行施工。

垫板装置结构简单，通过控制内筒插入外筒的深度，可以控制第一垫板和第二垫板之间的距离，从而适应不同直径的管节。当管节直径较大时，减小内筒插入外筒的深度，从而增大第一垫板和第二垫板之间的距离；当管节直径较小时，增大内筒插入外筒的深度，从而减小第一垫板和第二垫板之间的距离。调节好间距后，通过定位销可以方便地固定第一垫板和第二垫板之间的距离。总之，使用垫板装置能够适应不同直径的管节，管节直径变化时也能通过控制第一垫板和第二垫板之间的距离而使第一垫板和第二垫板均抵靠在管节后端两侧，无须针对不同的管径制作不同的垫板装置。

相邻两段管节的承口和插口的配合处压紧有密封圈，保证了相邻管节之间密封性能良好，避免安装好后出现管道渗漏现象。

左右两个安装用液压缸通过钢丝绳和卡板同时拉动管节，使管节在左右方向上受力较为均匀，防止管节在左右方向上受力不均导致相邻两个管节插接时因摩擦力较大而受损。

安装用液压缸在竖向方向上位于待安装管道的设计高度的中部位置，在向后拉动管节时，管节基本上是水平受力，防止受力方向与水平方向夹角过大使得相邻的两节管节在插接时因摩擦力较大而受损。

管节维护操作能够方便进行的必要条件是，相邻管节之间的承口与插口紧压配合时，插口的前端面与承口的前端面之间具有环形空腔，卡板又短于环形空腔的直径，因而提供了一个可供放入卡板的空间。以往相邻管节之间出现松动时，没有有效的维护补救方法，形成了难以杜绝的渗漏现象。采用本发明的管节维护操作，能够方便有效地使两段管节之间重新压紧，解决相应的渗漏问题。

本发明能够避免发生密封圈局部被压紧同时局部未被压紧的现象，从而确保密封圈在其周向方向上的密封效果均匀稳定，保证管节之间的密封质量。

附图说明

图1是本发明的野外地埋管道安装系统去掉钢丝绳和卡板后的结构示意图；

图2是野外地埋管道安装系统去掉卡板后的结构示意图；

图3是野外地埋管道安装系统工作时的结构示意图；

图4是相邻管节插接在一起时的结构示意图；

图5是相邻管节插接在一起时的剖视示意图；

图6是内筒插入外筒的深度最大时垫板装置的结构示意图；

图7是内筒插入外筒的深度最小时垫板装置的结构示意图；

图8是图6中a处的放大图。

具体实施方式

如图1至图8所示，本发明中以管道的安装方向为前向，本发明的野外地埋管道安装系统包括用于紧压管节后端面的垫板装置和移动液压机构；

移动液压机构包括长方形底盘1，底盘1下安装有行走轮2；底盘1上表面邻近四角处分布有四个顶升液压缸3，各顶升液压缸3的伸出杆均向上伸出并连接有同一支撑板4，支撑板4上并排间隔设有两个安装用液压缸5；各安装用液压缸5的伸出杆均朝后伸出，各安装用液压缸5后方的支撑板4上设有受力板6，受力板6与垫板装置紧压配合；各安装用液压缸5的缸体后端与受力板6紧压配合；

各安装用液压缸5的伸出杆分别固定连接有拉环7，各拉环7分别连接有钢丝绳8，各钢丝绳8均与同一个用于拉动管节的卡板10相连接；

底盘1上设有动力装置11和液压站12，液压站12包括液压泵，液压站12通过液压管路与各顶升液压缸3和各安装用液压缸5相连接，动力装置11与液压泵传动连接。液压站为常规技术，具体结构不再详述，图未示液压泵。

各安装用液压缸5处的支撑板4上分别沿前后方向设有滑槽13，安装用液压缸5的缸体与滑槽13相适配并滑动嵌设在滑槽13内。安装用液压缸5的缸体与滑槽13相适配并滑动嵌设在滑槽13内，这样可以通过滑槽13的槽壁约束安装用液压缸5在左右方向上的运动倾向，使得安装用液压缸5即便在使用中受力钢丝绳8在左右方向上的分力，也能够在长期的使用中保持安装用液压缸5不会在左右方向上发生位移。

所述受力板6在左右方向上的中部位置间隔设有两个滑孔14，左侧的安装用液压缸5所连接的钢丝绳8穿过左侧的滑孔14，右侧的安装用液压缸5所连接的钢丝绳8穿过右侧的滑孔14。这样可以使钢丝绳8沿水平方向穿过受力板6，相较钢丝绳8向上转折越过受力板6的设置，能够减少钢丝绳8受力时的摩擦阻力，并使钢丝绳8在放松状态和受力状态之间切换时约束钢丝绳8不发生大的位移，防止钢丝绳8在支撑板4上凌乱放置，防止钢丝绳8钩挂杂物。

所述动力装置11为柴油发动机。动力装置11为柴油发动机，相比采用电动机，摆脱了对外接电源的依赖，非常适合取电困难的野外，能够在远离外接电源的任何场合进行施工。

所述垫板装置包括并排间隔设置的第一垫板15和第二垫板16，第一垫板15的中部朝向第二垫板16连接有外筒17，第二垫板16的中部连接有内筒18，内筒18与外筒17相适配，内筒18插入外筒17；

内筒18上设有若干内连接孔19，各内连接孔19均上下贯穿内筒18，各内连接孔19均匀间隔设置；

外筒17上设有若干外连接孔20，各外连接孔20均上下贯穿外筒17，外连接孔20与内连接孔19一一对应设置，各外连接孔20的孔径和各内连接孔19的孔径均相同；至少一组相互对应的外连接孔20和内连接孔19处穿设有定位销21。

垫板装置结构简单，通过控制内筒18插入外筒17的深度，可以控制第一垫板15和第二垫板16之间的距离，从而适应不同直径的管节。当管节直径较大时，减小内筒18插入外筒17的深度，从而增大第一垫板15和第二垫板16之间的距离；当管节直径较小时，增大内筒18插入外筒17的深度，从而减小第一垫板15和第二垫板16之间的距离。调节好间距后，通过定位销21可以方便地固定第一垫板15和第二垫板16之间的距离。总之，使用垫板装置能够适应不同直径的管节，管节直径变化时也能通过控制第一垫板15和第二垫板16之间的距离而使第一垫板15和第二垫板16均抵靠在管节后端两侧，无须针对不同的管径制作不同的垫板装置。

本发明还公开了采用上述野外地埋管道安装系统的安装方法，待安装的管道由多个管节拼装而成，管节包括管体9，以管道的安装方向为前向，管体9的后端设有承口22且其前端设有插口23，插口23与承口22相适配；各管节的插口23处设有密封圈24；

首先是准备步骤，测量放线并开挖基坑，将用来组装管道的管节、用来吊运管节的吊运装置（如电动葫芦、手拉葫芦、起重车等装置，优选采用手拉葫芦或起重车，成本低，不依赖于电力）以及用来安装管节的野外地埋管道安装系统运至作业现场；以300米－1000米（包括两端值）作为一个作业段（通常一个作业段长500±100米）；

对于一个作业段，按以下步骤进行管道安装：

第一步骤是将野外地埋管道安装系统与第一段管节安装在一起；

将野外地埋管道安装系统设置于作业段的后方，使用吊运装置将第一段管节吊运至基坑中预定位置；

拔出定位销21，调节内筒18插入外筒17的深度，使第一垫板15和第二垫板16抵靠在第一段管节的承口22两侧，同时确保至少一组内连接孔19和外连接孔20上下对应；然后将定位销21插入上下对应的内连接孔19和外连接孔20中，使第一垫板15和第二垫板16通过内筒18、外筒17和定位销21固定连接；

由后向前推动移动液压机构，使底盘1和受力板6抵靠在第一垫板15和第二垫板16上；在两个安装用液压缸5的拉环7上分别连接钢丝绳8，使左侧的安装用液压缸5所连接的钢丝绳8穿过左侧的滑孔14后连接卡板10，使右侧的安装用液压缸5所连接的钢丝绳8穿过右侧的滑孔14连接卡板10，拉动卡板10，使卡板10带动两根钢丝绳8（安装用液压缸5与钢丝绳8一一对应，两个安装用液压缸5对应两根钢丝绳8）穿过第一段管节；各钢丝绳8在拉环7处预留有与作业段相匹配的长度；启动动力装置11，动力装置11驱动液压泵运转；

第二步骤是安装下一段管节；

使用吊运装置将下一段管节吊运至上一段已安装至预定位置的管节的前方，使下一段管节的承口22对准上一段管节的插口23；

操作人员放松两根钢丝绳8，拉动卡板10，使卡板10带动钢丝绳8穿过下一段管节（当然也穿过下一段管节后方的所有管节），使卡板10压在下一段管节的插口23上，然后拉紧钢丝绳8并将钢丝绳8拴牢在拉环7上；（当然拴牢也可改为通过夹具夹紧。）

同步启动各安装用液压缸5，使各安装用液压缸5的伸出杆同时向后伸出，从而通过钢丝绳8和卡板10向前拉动位于最前方的管节，使该管节的承口22与上一段管节的插口23插接配合，直到该管节的承口22压紧上一段管节插口23处的密封圈24；操作人员控制各安装用液压缸5的伸出杆同时向前回收，将卡板10从管节处取下并放置在管节内，完成本段管节的安装；

重复进行第二步骤，直到当前作业段内的所有管节安装完毕，关闭动力装置11。

重复进行本安装方法，直到所有的作业段内的管节安装完毕。

采用本发明的安装方法，在一个作业段的管道（管节）安装过程中，野外地埋管道安装系统无须随着管节向前延伸而不断整体向前延伸，而是只需要钢丝绳8和卡板10向前延伸，这样就大大节约了移动相关设备所需要的时间，大大提高了管道安装效率，降低了管道安装中的劳动强度，降低管道安装的成本。

以往安装管道时依赖电缆和外接电源。即便在有电区域，由于以往顶压管道的设备在随管道安装的进度需要向前不断推进，因而需要不断更换取电位置，在管路经过的较长的区域中，很容易有部分区域取电困难。而且，不断更换取电位置也决定了反复连接线路和断开线路也会消耗人力和工时。采用本发明的安装方法，动力装置11采用柴油发动机，从而摆脱电缆和外接电源的束缚，在无电区域或取电困难区域仍然可以正常工作，节约了反复连接线路和断开线路所耗费的人力和工时。

相邻两段管节的承口22和插口23的配合处压紧有密封圈24，保证了相邻管节之间密封性能良好，避免安装好后出现管道渗漏现象。

左右两个安装用液压缸5通过钢丝绳8和卡板10同时拉动管节，使管节在左右方向上受力较为均匀，防止管节在左右方向上受力不均导致相邻两个管节插接时因摩擦力较大而受损。

所述准备步骤中还包括有调节支撑板4高度的操作，具体是在启动动力装置11、动力装置11驱动液压泵运转后，启动各顶升液压缸3，控制各顶升液压缸3的伸出杆向上伸出的高度，使各安装用液压缸5在竖向方向上位于待安装管道的设计高度的中部位置（即待安装管道竖向方向的中部位置）。

安装用液压缸5在竖向方向上位于待安装管道的设计高度的中部位置，在向后拉动管节时，管节基本上是水平受力，防止受力方向与水平方向夹角过大使得相邻的两节管节在插接时因摩擦力较大而受损。

本安装方法还包括有管节维护操作；

在一个作业段的管节安装过程中，当已安装完毕的管节之间出现密封圈24未被压紧的情况时，进行管节维护操作；相邻管节之间的承口22与插口23紧压配合时，密封圈24压紧在插口23的后端面与承口22的后端面之间，插口23的前端面与承口22的前端面之间具有环形空腔25，卡板10的长度小于环形空腔25的直径；

管节维护操作是：拉动卡板10，将卡板10插入未被压紧的密封圈24前方管节的插口23处的环形空腔25，拉紧两根钢丝绳8，使两根钢丝绳8分别与相应的拉环7拴牢，然后使各安装用液压缸5的伸出杆同时向后伸出，通过钢丝绳8和卡板10将相应的管节向后拉动，压紧未被压紧的密封圈24；

该密封圈24被压紧后，如果该密封圈24前方管节的插口23处的密封圈24出现松开的情况，针对该处未被压紧的密封圈24，重复上述管节维护操作。实际操作中，由于密封圈24压紧与放松状态之间管节的运动量较为微小，因此一个管节向后压紧其后方的密封圈24，并不必然导致其后方的密封圈24会松开。

管节维护操作能够方便进行的一个必要条件是，相邻管节之间的承口22与插口23紧压配合时，插口23的前端面与承口22的前端面之间具有环形空腔25，卡板10又短于环形空腔25的直径，因而提供了一个可供放入卡板10的空间。以往相邻管节之间出现松动时，没有有效的维护补救方法，形成了难以杜绝的渗漏现象。采用本发明的管节维护操作，能够方便有效地使两段管节之间重新压紧，解决相应的渗漏问题。

在前方管节的承口22与后方管节的插口23的插接过程中，前方管节的承口22与后方管节的插口23之间的间隙不断缩小；

当所述间隙的左侧长度大于右侧长度时，所述间隙的左侧长度与于右侧长度的差值为l毫米；

控制位于左侧的安装用液压缸5的伸出杆相对另一安装用液压缸5的伸出杆向后多伸出l毫米，从而使所述间隙的长度左右均衡，确保该间隙处的密封圈24在周向方向上受力均匀，避免发生密封圈24局部被压紧同时局部未被压紧的现象，确保密封效果；

当所述间隙的右侧长度大于左侧长度时，所述间隙的右侧长度与于左侧长度的差值为h毫米；

控制位于右侧的安装用液压缸5的伸出杆相对另一安装用液压缸5的伸出杆向后多伸出h毫米，从而使所述间隙的长度左右均衡，确保该间隙处的密封圈24在周向方向上受力均匀，避免发生密封圈24局部被压紧同时局部未被压紧的现象，确保密封效果。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。