本发明属于管道施工技术领域，具体涉及一种套管内穿功能性管道的施工方法。
背景技术：
随着城市建设的加速发展，城市中各种管网(供水管道、燃气管道等功能性管道)建设穿越现状道路及居住密集区时加设套管越来越普遍。因套管内施工作业面狭小，功能性管道距离长、自重大，功能性管道的运输、连接及安装等工序受到很大限制，不能进行流水作业，大大降低工作效率。
技术实现要素：
本发明要解决的是长距离套管内穿功能性管道时施工不方便甚至无法施工的技术问题，提供了一种安全、可靠的水浮法长距离套管内穿管施工方法，使狭小空间功能性管道安装工序衔接紧密高效，同时改善作业人员施工环境。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种水浮法长距离套管内穿管施工方法，通过在所述套管内注水的方式将功能性管道浮起一定高度，并将所述功能性管道逐节推进，实现所述套管内安装所述功能性管道，具体按以下步骤进行：
(1)在所述套管的功能性管道入口端固定弧形钢板，所述弧形钢板与所述套管之间设置有第一橡胶垫，所述第一橡胶垫将所述弧形钢板与所述套管之间缝隙密封并且将所述弧形钢板上口包裹；
在所述套管的功能性管道出口端固定半圆形钢板，所述半圆形钢板与所述套管之间设置有第二橡胶垫，所述第二橡胶垫将所述半圆形钢板与所述套管之间缝隙密封；
(2)将第一节所述功能性管道的一端用封堵板密封；
(3)在第一节所述功能性管道的封堵端安装一组导向轮，之后每隔一定间隔距离安装一组导向轮；
(4)安装第一节所述功能性管道，第一节所述功能性管道的封堵端朝向所述套管的功能性管道出口端；
(5)所述套管内注水至所需水位高度处，并将第一节所述功能性管道由所述套管的功能性管道入口端推入，直至所述套管内水可以将第一节所述功能性管道浮起；
(9)将第二节所述功能性管道与第一节所述功能性管道连接，并按照间隔距离继续在所述第二节功能性管道上安装所述导向轮，接口检测合格后继续推进，直至所述套管内水可以将第二节所述功能性管道浮起，接着施工第三节所述功能性管道……如此重复，直至第一节所述功能性管道由所述套管的功能性管道出口端推出。
其中，步骤(1)中所述弧形钢板的平面相同于所述套管外壁、浮起后的所述功能性管道内壁和所述弧形钢板的高度所在水平线这三者所围成的下半部分纵断面，所述弧形钢板的高度大于所需水位高度。
其中，步骤(1)中所述第一橡胶垫与所述弧形钢板形状相同，其轮廓大于所述弧形钢板10cm-15cm。
其中，步骤(1)中所述半圆形钢板的平面相同于所述套管外壁和所述半圆形钢板的高度所在水平线这两者所围成的下半部分纵断面，所述半圆形钢板的高度要求大于所需水位高度.
其中，步骤(1)中所述第二橡胶垫与所述半圆形钢板形状相同，其轮廓大于所述半圆形钢板10cm-15cm。
其中，所需水位高度＝(r-cosθ*r)+h+t，其中r为所述功能性管道的半径，h为所述功能性管道的上浮高度，t为所述套管的壁厚，θ为所需水位高度所在水平线与所述功能性管道外壁两个交点之间圆弧所对应的圆心角的二分之一；
θ-cosθ*sinθ＝3.925*π*(d2-d2)/r2；
其中d为所述功能性管道的外径，d所述功能性管道的内径。
其中，步骤(3)中所述导向轮通过支撑杆固定于所述功能性管道，且所述导向轮与所述套管的内壁相接触；所述导向轮在多节所述功能性管道上每间隔20-30m设置一组，每组包括两个对称设置的所述导向轮，每个所述导向轮的支撑杆与竖直方向夹角为55°-65°。
本发明的有益效果是：
本发明的水浮法长距离套管内穿管施工方法，可通过水的浮力将套管内的功能性管道浮起一定高度，并逐节推进，实现长距离套管内功能性管道的安装，该施工方式操作简便，可有效提高施工效率，并避免人工进入套管施工，减少了施工过程中的安全隐患。
附图说明
图1是本发明所提供的水浮法长距离套管内穿管施工方法的管道安装横断面图；
图2是本发明所提供的水浮法长距离套管内穿管施工方法的管道安装纵断面图；
图中：1：套管；2：功能性管道；3：导向轮；4：弧形钢板；5：第一橡胶垫；6：半圆形钢板；7：第二橡胶垫；8：封堵板。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1和图2所示，本实施例提供了一种水浮法长距离套管内穿管施工方法，套管1为dn2000mm钢筋混凝土管，其内套的功能性管道2为dn1400mm给水涂塑复合钢管，因套管1内施工作业面狭小，管道自重大，单靠人力无法运输、安装，管道安装的各个工序受到很大限制，不能进行功能性管道2流水施工。本发明通过水的浮力将套管1内的功能性管道2浮起一定高度，并逐节推进，实现长距离套管1内功能性管道2的安装，因此能够克服上述困难，操作简单，安全可靠，使狭小空间管道安装工序衔接紧密高效，不仅完成狭小空间的管道焊接，保证焊接合格率，同时改善作业人员施工环境。
水浮法长距离套管内穿管施工方法所用到的辅助装置，主要包括导向轮3、弧形钢板4、第一橡胶垫5、半圆形钢板6、第二橡胶垫7、封堵板8等。
导向轮3通过支撑杆(钢管、钢筋等)焊接固定在功能性管道2上部，且导向轮3与套管1内壁相接触，一方面对功能性管道2起到导向作用使其顺利推进，另一方面防止功能性管道2在推进过程中碰撞套管1内壁。导向轮3在多节功能性管道2上每隔30m设置一组，每组包括两个对称设置的导向轮3，每个导向轮3的支撑杆与竖直方向的夹角为60°。
弧形钢板4固定安装在套管1的功能性管道2安装进口处。弧形钢板4加工为套管1外壁与浮起后的功能性管道2内壁之间在所需水位高度范围内的纵断面形状和大小，也就是说弧形钢板4的平面相同于套管1外壁、浮起后的功能性管道2内壁、弧形钢板4的高度所在水平线这三者所围成的下半部分纵断面，弧形钢板4的高度应满足大于所需水位高度。弧形钢板4与套管1之间设置有第一橡胶垫5，且第一橡胶垫5将弧形钢板4上口完全包裹，从而起止水和保护功能性管道2的作用。第一橡胶垫5与弧形钢板4形状相同，其轮廓稍大于弧形钢板4轮廓10cm-15cm，这样使弧形钢板4与套管1之间密封良好，同时防止功能性管道2推进过程中其表面划伤。
半圆形钢板6固定安装在套管1上的功能性管道2安装出口处。半圆形钢板6加工为套管1外壁在所需水位高度范围内的纵断面形状和大小，也就是说半圆形钢板6的平面相同于套管1外壁和半圆形钢板6的高度所在水平线这两者所围成的下半部分纵断面，半圆形钢板6的高度要求大于所需水位高度。半圆形钢板6与套管1之间设置有第二橡胶垫7，起止水和保护功能性管道2的作用。第二橡胶垫7与半圆形钢板6的形状大小完全相同，其轮廓稍大于半圆形钢板6轮廓10cm-15cm，使半圆形钢板6与套管1之间密封良好。
第一节功能性管道2的一端设置有将该端端口密封的封堵板8，防止推进过程中提供浮力的水进入功能性管道2。
上述所需水位高度＝(r-cosθ*r)+h+t，其中r为功能性管道2的半径，h为功能性管道2的上浮高度，t为套管1壁厚，θ为所需水位高度所在水平线与功能性管道2外壁两个交点之间圆弧所对应的圆心角的二分之一。
θ角的计算过程如下：
设定功能性管道2外径为d(单位：m)，内径为d(单位：m)，半径为r＝d/2(单位：m)；功能性管道2每节长度为l(单位：m)；要求功能性管道2安装完成后距离套管2内壁最低位置(根据设计确定的功能性管道2的上浮高度)为h(单位：m)。
每节功能性管道2重为：
g＝ρ钢*v*g＝ρ钢*π*(d2-d2)*l*g/4
钢的密度——ρ钢＝7850kg/m3；
取重力加速度——g＝10m/s2。
由于
f浮＝g
即浮起一节功能性管道2所需要的浮力为f浮＝ρ钢*π*(d2-d2)*l*g/4。
浮力为f浮所需排开水的体积为：
v＝m/ρ水＝f浮/(g*ρ水)＝3.925*π*(d2-d2)*l
水的密度——ρ水＝1000kg/m3；
因此，功能性管道2浮起需在其2θ角度范围内充满水；
v＝v排＝s*l＝(θr2-cosθ*sinθ*r2)*l
故当θ角满足下面的公式时即可将功能性管道2浮起：
θ-cosθ*sinθ＝3.925*π*(d2-d2)/r2
所以，要想功能性管道2的上浮高度为h，只需当水位满足2θ角度要求后，继续往套管内注水，使水位上涨h即可。
水浮法长距离套管内穿管施工方法的具体步骤如下：
(1)首先根据设计确定功能性管道2的上浮高度h；然后计算所需水位高度所在水平线与功能性管道2外壁两个交点之间圆弧所对应的圆心角的二分之一θ；接着计算出水位高度＝(r-cosθ*r)+h+t，其中r为功能性管道2的半径，h为功能性管道2的上浮高度，t为套管1壁厚；最后根据计算结果，确定弧形钢板4和半圆形钢板6高度，弧形钢板4和半圆形钢板6高度应大于所需水位高度，弧形钢板4的上口弧度与功能性管道2弧度一致。
(2)按照套管1和功能性管道2的尺寸，结合弧形钢板4和半圆形钢板6的高度要求，加工弧形钢板4、第一橡胶垫5、半圆形钢板6、第二橡胶垫7、封堵板8等。
(3)在功能性管道2出口端，利用膨胀螺栓将半圆形钢板6及第二橡胶垫7固定在套管1管壁上，第二橡胶垫7在半圆形钢板6与套管1之间，保证三者贴合紧密，起止水作用。
(4)在功能性管道2入口端，利用膨胀螺栓将弧形钢板4及第一橡胶垫5固定在套管1管壁上，第一橡胶垫5在弧形钢板4与套管1之间，保证三者贴合紧密，起止水作用。
(5)将第一节功能性管道2的一端用封堵板8密封，保证其不透水。
(6)在第一节功能性管道2的封堵端安装一组导向轮3，之后每隔30m安装一组导向轮3，防止推进过程中功能性管道2碰撞套管1。
(7)安放第一节功能性管道2，其封堵端朝向套管1的功能性管道2出口端。
(8)套管内注水至计算得到的所需水位高度处，并将第一节功能性管道2由入口端推入，直至套管1内水可以将第一节功能性管道2浮起。
(9)将第二节功能性管道2与第一节功能性管道2连接，并在第二节功能性管道2上安装导向轮3，接口检测合格后继续推进，直至套管1内水可以将第二节功能性管道2浮起，接着施工第三节功能性管道2……如此重复，直至能够将第一节功能性管道2从另一端推出即可。如在施工过程中套管1内水流失，则及时补充。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。