一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构的制作方法

1.本实用新型涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构。


背景技术：

2.在水利水电工程中，均设置了大量的地下洞室用来布置设备，以满足设施运行需要，这其中也包括了较多的供水系统、渗漏或检修排水系统。这些供排水系统受下游河道尾水位的影响或者限制，均将供排水管路设置在下游最高尾水位以上，由于地下洞室到下游尾水位之间均被厚实的岩体所隔离。为了找到一条简便而顺畅、且安全的排水线路，有时候不得不在厚厚的岩体内凿出落差达几十米甚至达上百米的垂直竖井用来布置供排水管路。为了岩体开挖施工过程中的安全，同时也为了节省投资造价，这些竖井的开挖断面尺寸往往仅考虑能布置得下排水管路，这样，人员或者设备无法对竖井在安全上做更多的保障措施。高落差竖井内可能存在落石、人员进入还存在高空坠落风险，尤其装设完后的竖井空间，人员根本无法进入。这给管路的安装以及混凝土的回填造成了极大的困难，同时管路的施工质量和长期运行也无法得到全面的保障。亟需找到一条安全、有效的办法来保证在管路敷设时人员的安全，减少施工难度，也能保障敷设管路的可靠性，保障供排水系统管路的长期安全、平稳运行。
3.以往有些项目采用了反钻井单独开挖小口径竖井，井内不做衬砌，管路在管井内明敷，这样带来的好处就是人员不用在管井内安装作业，带来的问题就是供排水管路较多时，需要开挖较多的小口径竖井用来满足管路敷设需要，经济代价比较大；若受地质条件影响，则需要设置平面尺寸更大的泵房用来与管井内的管路相对应，且长期运行，竖井内可能落石坠落对管井内的管路或者设备造成损伤或者破坏。
4.因此在总结已有高落差管井设置的不足之处后，本技术实用新型尝试采用设置大型机械开挖大口径竖井减少竖井数量，用来布置较多供排水的管路，为保证管路运行安全，采用整体吊装、分节焊接、机械浇筑分段分层混泥土的方法解决管路敷设安全和长期稳定运行，查阅文献，类似的做法尚未见有报道。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构，旨在解决高落差竖井空间小，人员无法进入竖井内安装管路难题，保障管路安装过程中人员的安全和管路的焊接质量以及试验方案的可行性；同时在管路安装完成后，设计出合理和安全的高落差竖井回填混凝土结构，确定混凝土浇筑的顺序和时机，以保证安装的排水管路和井体结构安全。
6.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构，包括上层设备房、下部设备间、高落差竖井、若干供排水钢管，所述高落差竖井于上层设备房和下部设备间之
间开挖，所述排水钢管竖直布置于高落差竖井内，所述高落差竖井内设有回填混凝土结构。
8.作为优选，所述回填混凝土结构自上而下包括“t”字型混凝土结构的竖井一段混凝土、圆筒形混凝土结构的竖井二段混凝土、倒“t”字型混凝土结构的竖井三段混凝土。
9.作为优选，所述排水钢管由若干节钢管管节收尾连接构成，下部设备间内设有支撑底端的钢管管节的钢管支撑筒，上层设备房在高落差竖井顶端位置设有用于安装固定顶端的钢管管节的上部钢架平台。
10.作为优选，所述下部设备间的顶部敷设有下部设备间混凝土层，在竖井三段混凝土底部与下部设备间混凝土层相接触的四周分别架设钢支撑板，并在钢支撑板的下部支撑有圆管支柱；竖井三段混凝土的混凝土层内设置联系钢管，所述联系钢管同时插入竖井三段混凝土的混凝土层和下部设备间混凝土层。
11.作为优选，所述下部设备间设有交通洞。
12.本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构的施工方法，所述方法包括以下步骤：
13.步骤1，首先开挖上层设备房和下部设备间、交通洞，完成高落差竖井的开挖设备的布置房间，开挖高落差竖井；
14.步骤2，在上层设备房架设起吊设备，利用起吊设备吊起若干钢管管节，并将钢管管节焊接安装构成供排水钢管；
15.步骤3，对开挖的高落差竖井进行分段混凝土回填。
16.作为优选，所述步骤2，进一步包括：
17.步骤201，开挖高落差竖井开挖完成以后，在上层设备房架设起吊设备；
18.步骤202，利用起吊设备吊起钢管管节，并在下部设备间内架设管路临时支撑平台支撑底部的钢管管节，起吊设备吊起钢管管节并将钢管管节依次焊接构成供排水钢管；
19.步骤203，在高落差竖井的顶端架设钢平台，利用钢架平台将供排水钢管水平和竖井方向固定；
20.步骤204，将供排水钢管的上下端分别封闭，进行水压试验。在确认水压试验通过以后，在供排水钢管底部设置钢管支撑筒；
21.步骤205，重复步骤202、步骤203和步骤204，完成高落差竖井内所有供排水钢管的安装。
22.作为优选，所述步骤3，进一步包括：
23.步骤301，将高落差竖井内回填混凝土分为三段，分别为“t”字型混凝土结构的竖井一段混凝土、圆筒形混凝土结构的竖井二段混凝土、倒“t”字型混凝土结构的竖井三段混凝土；
24.步骤302，进行下部设备间顶部的下部设备间混凝土层的浇筑同时架设联系钢管12，待下部设备间混凝土层完成后，在竖井三段混凝土底部与下部设备间混凝土层相接触的四周分别架设钢支撑板，并在钢支撑板的下部支撑好圆管支柱；
25.步骤303，在高落差竖井中架设导料管，通过导料管依次对竖井一段混凝土、竖井二段混凝土和竖井三段混凝土进行分段混凝土浇筑。
26.作为优选，所述方法还包括：步骤4，将高落差管井划分为若干段结构，每一个段结构采用步骤1-3的方法进行施工直至完成整个高落差管井内的管路敷设、混凝土结构的施
工。
27.本技术实用新型方案的主要成果为在高落差竖井上、下端均设置了可供设备操作和安装的设备间，解决了高落差竖井开挖过程中设备布置需要的空间，下部设备间还能够作为竖井开挖过程的出渣运输通道，同时还可以作为高落差竖井内管路安装的操作和支撑平台，解决了高落差管井的施工场地问题，同时对于超高落差竖井的管路施工，下部设备间同时也可以作为下段竖井的上部设备间，能够重复利用空间，同时采用分段方法又解决了超高落差竖井的管路施工问题。本技术实用新型方案采用了利用起吊设备上部悬吊安装好的管路与下部设备间的钢管管节对接方式，解决了人员在竖井内施工空间局促的困难，避免在施工过程中竖井内落石、高空坠落、有毒气体环境作业等施工安全上的风险。
28.本技术实用新型方案将高落差竖井分成了三段进行混凝土施工，并针对不同设置了不同的混凝土结构，并在竖井下部与下部设备间顶部混凝土之间采用钢管联系在一起，采用时间上错开的施工工序，既解决了高落差竖井内的混凝土回填施工底层模板承重较大的问题，又保障了高落差竖井结构能够承受由于供排水管路在运行过程中所产生的较大荷载。本技术实用新型方案已在某大型工程上经过实践运用证明是可行的，同时还大大节省了安装过程的投资，值得推广应用。
附图说明
29.图1为本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构示意图。
30.图2为本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构的局部放大图。
31.图3为本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构的施工方法的步骤2的管路安装状态图。
32.图4为本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构的施工方法的步骤3中竖井三段混凝土的浇筑状态图。
33.图5为本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构的施工方法的步骤3中竖井二段混凝土的浇筑状态图。
34.图6为本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构的施工方法的步骤3中竖井一段混凝土的浇筑状态图。
35.图中标注：
36.1、起吊设备；2、混凝土运输车；3、吊钩；4、导料管；5、法兰式起吊盖； 6、供排水钢管；7、钢架平台；8、上层设备房；9、竖井一段混凝土；10、竖井二段混凝土；11、竖井三段混凝土；12、联系钢管；13、下部设备间混凝土层；14、下部设备间；15、交通洞；16、钢支撑板；17、圆管支柱；18、钢管支撑筒；19、钢管管节；20、管路临时支撑平台。
具体实施方式
37.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步描述。
38.如图1、图2所示，本实用新型的一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构，包括上层设备房8、下部设备间14、高落差竖井、若干供排水钢管6、所述高落差竖井于上层设备房8和下部设备间14之间开挖，所述排水钢管6竖直布置于高落差竖井内，所述高落差竖
井内设有回填混凝土结构。
39.所述回填混凝土结构自上而下包括“t”字型混凝土结构的竖井一段混凝土 9、圆筒形混凝土结构的竖井二段混凝土10、倒“t”字型混凝土结构的竖井三段混凝土11。
40.所述下部设备间14设有交通洞15。所述下部设备间14的顶部敷设有下部设备间混凝土层13，在竖井三段混凝土11底部与下部设备间混凝土层13相接触的四周分别架设钢支撑板16，并在钢支撑板16的下部支撑好圆管支柱17；竖井三段混凝土11的混凝土层内设置联系钢管12，所述联系钢管12同时插入竖井三段混凝土11的混凝土层和下部设备间混凝土层13。
41.下部设备间14、交通洞15可以为供排水管路6下部安装、焊接以及水压试验时提供足够的空间，同时也能够作为管路安装好的竖井内混凝土回填时，作为下支撑钢模板16搭建时的安装空间使用。对于落差比较大的竖井内敷设管路和进行混凝土回填时，可以对竖井进行分段，在分段处仿照下部设备间14、交通洞15设置较多的中间设备安装平台，能够降低落差比较大的竖井管路敷设难度，提高超高落差竖井内回填混凝土结构难度，提高供排水管路系统的安全性。
42.所述供排水钢管6由若干节钢管管节19首尾连接构成，下部设备间14内设有支撑底端的钢管管节19的钢管支撑筒18，上层设备房8在高落差竖井顶端位置设有用于安装固定顶端的钢管管节19的上部钢架平台7。
43.本实用新型实施例同时提供一种高落差管井内管路敷设和混凝土回填结构的施工方法，所述方法包括以下步骤：
44.步骤1，首先开挖上层设备房8和下部设备间14、交通洞15，完成高落差竖井的开挖设备的布置房间，开挖高落差竖井。
45.步骤2，在上层设备房8架设起吊设备1，利用起吊设备1吊起若干钢管管节19，并将钢管管节19焊接安装构成供排水钢管6。
46.如图3所示，所述步骤2，进一步包括：
47.步骤201，开挖高落差竖井开挖完成以后，在上层设备房8架设起吊设备1。
48.步骤202，利用起吊设备1吊起钢管管节19，并在下部设备间14内架设管路临时支撑平台20支撑底部的钢管管节19，起吊设备1吊起钢管管节19并将钢管管节19依次焊接构成供排水钢管6。具体的操作中起吊设备1和起吊设备的吊钩3主要用于竖井内管路安装时吊装使用，通过法兰式起吊盖5与钢管管节19相连接。
49.步骤203，在高落差竖井的顶端架设钢平台7，利用钢架平台7将供排水钢管6水平和竖井方向固定。
50.步骤204，将供排水钢管6的上下端分别封闭，进行水压试验。在确认水压试验通过以后，在供排水钢管6底部设置钢管支撑筒18。
51.步骤205，重复步骤202、步骤203和步骤204，完成高落差竖井内所有供排水钢管6的安装。
52.步骤3，对开挖的高落差竖井进行分段混凝土回填。
53.步骤4，将高落差管井划分为若干段结构，每一个段结构采用步骤1-3的方法进行施工直至完成整个高落差管井内的管路敷设、混凝土结构的施工。
54.如图4、图5、图6所示，所述步骤3，进一步包括：
55.步骤301，将高落差竖井内回填混凝土分为三段，分别为“t”字型混凝土结构的竖井一段混凝土9、圆筒形混凝土结构的竖井二段混凝土10、倒“t”字型混凝土结构的竖井三段混凝土11；
56.步骤302，进行下部设备间14顶部的下部设备间混凝土层13的浇筑同时架设联系钢管12，待下部设备间混凝土层13完成后，在竖井三段混凝土11底部与下部设备间混凝土层13相接触的四周分别架设钢支撑板16，并在钢支撑板 16的下部支撑有圆管支柱17。以确保混凝土浆水不会从下部设备间混凝土层13 与钢支撑板16接触的边缘渗出。
57.步骤303，在高落差竖井中架设导料管4，通过导料管4依次对竖井一段混凝土9、竖井二段混凝土10和竖井三段混凝土11进行分段混凝土浇筑。
58.所述步骤303的具体实施步骤为：
59.确定供排水钢管6与上部钢架平台7以及下部的钢管支撑筒18固定牢固以后，放置导料管4至竖井三段混凝土11的中下区域，利用混凝土运输车2将混凝土骨料顺着导料管11倒入竖井三段混凝土11，设置的导料管4能够在钢架平台7上沿各个方向移动，并在高程方向也可调整，以方便将混凝土骨料均匀地浇筑在竖井三段混凝土11各个区域。
60.待竖井三段混凝土11浇筑的混凝土达到等强强度后，并可作为竖井二段混凝土2的支撑模板后，放置导料管4至竖井二段混凝土10的中下区域，利用混凝土运输车2将混凝土骨料顺着导料管4倒入竖井二段混凝土10，将混凝土骨料均匀地浇筑在竖井二段混凝土10各个区域。
61.待竖井二段混凝土10浇筑的混凝土达到等强强度后，放置导料管4至竖井一段混凝土9的中下区域，利用混凝土运输车2将混凝土骨料顺着导料管4倒入竖井一段混凝土9，将混凝土骨料均匀地浇筑在竖井一段混凝土9各个区域。待到竖井一段混凝土9的混凝土强度达到等强强度以后，即完成了整个高落差竖井的混凝土回填工作。