专利名称：一种钢管水中施工方法
技术领域：
本发明涉及一种钢管水中施工方法，属水下工程技术领域。
背景技术：
钢管在水下施工中，常常要涉及到钢管的运输、安装。钢管要分成许多节，在 水下进行法兰联接或哈弗联接，需要浮吊、驳船及拖轮等许多大型船机设备的配合。若 是在浅水区域内施工，这些船机设备无法投入使用。 钢管在水下联接，需要潜水员在水下作业，要受到地形、水流和气候的很大影 响，在水流急和浪涌大的水域作业其难度就更大。 一旦联接失败，就要在钢管联接处 做围堰，采取浇灌混凝土封闭联接处或水下焊接等补救措施。施工困难、工期长、风险 大、成本高，始终困扰着钢管水下施工。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是要完全改变目前钢管水下施工的方法，提供一 种避免水下作业，减小作业风险，高效率的施工方法。
本发明的一种钢管水中施工方法的总体方案是 1、将首节钢管的前端封堵住，在封堵物体或钢管壁上设有进、排水口 ；
2、令首节钢管的前段入水，其后段在岸上与其他钢管组装焊接；
3、下水时，将岸上段的钢管口封堵住； 4、通过充、排气口向钢管内充气，钢管里的水在气压的作用下从进、排水口被 挤出，钢管浮起； 5、托起岸上段的钢管，推动或牵引钢管向水中移动；
6、当到达预定位置时，岸上留有一段钢管； 7、给钢管排气，水会从进、排水口进入钢管内，在水中的钢管会下沉到水 底； 8、去除岸上段钢管口上的封堵物体(用于隔舱的气囊可以留在钢管内)，在岸上
段的钢管继续与其他钢管组装焊接。 重复本方案的3 8。 本发明采用以下具体的技术方案 —种钢管水中施工方法，首节钢管的前端和岸上段的钢管口的封堵可以采用盲 板，也可以采用气囊，半球形和椭圆形封头的气囊的长径比为1.5 3，圆锥形或类似于 圆锥形封头的气囊的长径比为2 4。 —种钢管水中施工方法，封堵用的盲板上设置进、排水口或充、排气口，也可 以将两者设置在同一个盲板上；封堵用的气囊可带有穿心管，可通过穿心管向钢管内 注、排水或充、排气。 —种钢管水中施工方法，封堵用的气囊在未充气时的周长为被封闭的内腔周长
3的80 97%。 —种钢管水中施工方法，封堵用的气囊工作压力为0.15 0.5MPa。 —种钢管水中施工方法，封堵用的气囊带有穿心管，用于进、排水的穿心管的
直径应为气囊直径的5 15%。 —种钢管水中施工方法，进、排水口和充、排气口应连接阀门。
—种钢管水中施工方法，钢管中可放置多个气囊，将钢管内分隔成多个舱。
—种钢管水中施工方法，钢管纵向下水时，岸上段的钢管可以采用搬运气囊或 滑车或滑靴或支架将其托起送下水。 —种钢管水中施工方法，钢管焊接需要翻转时，可将水中段的钢管浮起，岸上 段的钢管放在支架上可以翻转，下水时，用搬运气囊托起钢管离开支架，搬运气囊滚 动，将钢管送下水。 —种钢管水中施工方法，首节钢管前端可采用远程控制的进排水阀门。 —种钢管水中施工方法，可在钢管铺设线路上设置定位桩或定位锚，也可以采
用定位船定位。 有益效果 本发明所述的一种钢管水中施工方法，改变了现有钢管水中施工方法，变水下 作业为岸边作业，省去了钢管的水上运输，不会占用码头、使用起重设备和驳船，节省 了水运成本；钢管逐节焊接、下水，不再需要许多套昂贵的联接法兰；不再需要潜水员 的水下作业；不需要浮吊、驳船及拖轮等许多大型船机设备的配合；能适合各种水域施 工；整条钢管成为一体，施工质量远高于现有技术；施工风险和施工成本低。
—种钢管水中施工方法，封堵用的气囊，半球形和椭圆形封头的气囊的有效工 作长度相对较长，其长径比为1.5 3，圆锥形或类似于圆锥形(圆锥形的母线基本上是直 线，所谓类似于圆锥形的母线由于气压的作用呈弧线)封头的气囊的有效工作长度相对较 短，其长径比为2 4，工作压力为0.15 0.5MPa，气囊与管状构件的内壁的作用面积、 压力要足够大，才能保证密封，并与管内壁有足够的摩擦力，才能保证气囊不会受钢管 内的充气压力作用而滑动，但其长径比过大会造成成本高、充、排气时间长，工作效率 低的缺陷；气囊在未充气时的周长是被封闭内腔周长的80 97%，有利于放置气囊，这 种气囊一般是含有骨架的，其伸长率一般不大于25%，气囊未充气时的周长过小不利于 密封。 —种钢管水中施工方法，特别适合大型、超重管道水下施工，例如海底隧道的 沉管，可能会使海底隧道、过江隧道的施工工艺发生巨大的改变。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明
附图1为本发明首节钢管下水示意图；
附图2为本发明钢管浮起时的状态示意图； 附图3为本发明多个气囊将钢管分隔成多舱浮起时的状态示意图。 图中l是钢管，2是盲板，3是进、排水口， 4是封堵气囊，5是穿心管6是搬
运气囊
具体实施例方式
实施例l，如图1所示，排污钢管水中施工方法。钢管l直径为2m，总长度为 lOOOm，原设计是将钢管1分为二十节，现改为按本发明技术方案施工，方法如下
1、将首节钢管1的前端采用盲板2封堵，在盲板2上设有进、排水口 3的直径 为200rmn，并安装了远程控制阀门； 2、令首节钢管1的前段入水，其后段在岸上与其他钢管组装焊接；
3、下水时，将岸上段的钢管1管口用椭圆形封头的封堵气囊4封堵，气囊4的 总长度为3m，其公称直径为2m，其长径比为1.5，在未充气时，气囊4的周长为5m，是 钢管内周长的80% ;给气囊4的充气压力为0.5MPa。 4、通过封堵气囊4的穿心管5可以向钢管内充气，盲板2上的进、排水口3的 阀门开启，钢管l里的水在气压的作用下从进、排水口3被挤出，钢管1浮起，关闭进、 排水口 3的阀门； 5、用两条搬运气囊6托起岸上段的钢管1，钢管l向水面倾斜，用较小的推力或 牵引力就能使钢管1向水中移动； 6、当到达预定位置时，钢管1的尾部搭在岸上的焊接支架上； 7、开启盲板2上的进、排水口3的阀门，给钢管1和封堵气囊4排气，水会从
进、排水口 3进入钢管1内，在水中的钢管1下沉到水底； 8、从岸上段钢管1管口中取出封堵气囊4，在岸上段的钢管l继续与其他钢管组 装焊接。 重复本方案的3 8。 实施例2，如图3所示，取水钢管水中施工方法。钢管直径为2.5m，总长度为 4000m，本发明技术方案施工步骤 1、将首节钢管1的前端采用封堵气囊4封堵，封堵气囊4带有穿心管5，穿心管 的直径为375mm，穿心管5上的进、排水口 3安装了远程控制阀门，没有紧急情况，前 端的封堵气囊4 一般不能排气； 2、令首节钢管1的前段入水，其后段在岸上与其他钢管组装焊接；
3、下水时，将岸上段的钢管1管口用封堵气囊4封堵； 气囊4的总长度为7.5m，两端带有半球形封头，其公称直径为2.5m，其长径比 为3，在未充气时，气囊4的周长为7.61m，是钢管内周长的97%;给气囊4的充气压力 为0.15MPa。 4、通过岸上段钢管1管口内的封堵气囊4的穿心管5向钢管1内充气，进、排 水口3的阀门开启，钢管l里的水在气压的作用下从进、排水口3被挤出，钢管浮起，关 闭进、排水口 3的阀门； 5、用四条搬运气囊6托起岸上段的钢管1，钢管l向水面倾斜，用较小的推力或 牵引力就能使钢管1向水中移动； 6、当到达预定位置时，钢管1的尾部搭在岸上的焊接支架上； 7、开启进、排水口3的阀门，给钢管1和封堵气囊4排气，水会从进、排水口
3进入钢管内，在水中的钢管下沉到水底；
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8、当钢管l焊接长度达到400m时，由于水集中在钢管1的前端，钢管1在起 浮和下沉过程中会发生弯曲，见附图2，可能会超过钢管的抗曲挠强度而导致钢管断裂， 所以每400m处要放置一个封堵气囊4，全长共放置九个这种气囊4，将钢管分隔成十个 舱，每个气囊都带有穿心管5，通过这些穿心管给里面的各个舱调整压舱水，减小钢管l 起浮和下沉时的弯曲，可以防止钢管1多次起浮和下沉引起疲劳断裂。
9、取出岸上段钢管口中封堵气囊4，钢管1中的其他封堵气囊4不动，在岸上段 的钢管1继续与其他钢管组装焊接。 10、在整条钢管l安装完工时，通过各个封堵气囊4的穿心管5给气囊4排气， 钢管l内充满水，气囊4在水的推动下，拥到岸上的管口处。
重复本方案的3 9步骤。 钢管1前端的封堵气囊4在遭遇突发的恶劣气候时排气，钢管1可以在最短的时 间内下沉，有利于施工安全。 也可以在钢管l壁上设置多个进、排水口和充、排气口，来调整气囊4的压力和 压舱水。 每个封堵气囊4都有多条贯通气囊两端的穿心管5，可以给钢管内的多个气囊 充、排气，能同时给各个舱充、排水。 为了防止风力、浪涌和水流等造成钢管漂移，可在钢管铺设线路上设置定位桩 或定位锚，也可以采用定位船定位。 在遇到风浪和遭遇恶劣气候影响时要开启进、排水阀门并给封堵气囊排气，令 钢管沉入水底。 为了使钢管起浮和下沉的速度快，进、排水口的直径要大于充、排气口的直径5 倍以上。
权利要求
一种钢管水中施工方法，其特征是一种钢管水中施工方法的方案是(1)将首节钢管的前端封堵住，在封堵物体或钢管壁上设有进、排水口；(2)令首节钢管的前段入水，其后段在岸上与其他钢管组装焊接；(3)下水时，将岸上段的钢管口封堵住；(4)向钢管内充气，钢管里的水在气压的作用下从进、排水口被挤出，钢管浮起；(5)托起岸上段的钢管，推动或牵引钢管向水中移动；(6)当到达预定位置时，岸上留有一段钢管；(7)给钢管排气，水会从进、排水口进入钢管内，在水中的钢管会下沉到水底；(8)去除岸上段钢管口上的封堵物体(用于隔舱的气囊可以留在钢管内)，在岸上段的钢管继续与其他钢管组装焊接。重复本方案的(3)～(8)。
2. 根据权利要求1所述的一种钢管水中施工方法，其特征是首节钢管的前端和岸 上段的钢管口的封堵可以采用盲板，也可以采用气囊，半球形和椭圆形封头的气囊的长 径比为1.5 3，圆锥形或类似于圆锥形封头的气囊的长径比为2 4。
3. 根据权利要求1或2所述的一种钢管水中施工方法，其特征是封堵用的盲板上设 置进、排水口或设置充、排气口，也可以将两者设置在同一个盲板上。
4. 根据权利要求1或2所述的一种钢管水中施工方法，其特征是封堵用的气囊可带有穿心管，可通过穿心管向钢管内注、排水或充、排气。
5. 根据权利要求1、 2、 4其中之一所述的一种钢管水中施工方法，其特征是封堵 用的气囊在未充气时的周长为被封闭的内腔周长的80 97%。
6. 根据权利要求1、 2、 4其中之一所述的一种钢管水中施工方法，其特征是封堵 用的气囊工作压力为0.15 0.5MPa。
7. 根据权利要求1所述的一种钢管水中施工方法，其特征是钢管中可放置多个气 囊，将钢管内分隔成多个舱。
8. 根据权利要求1所述的一种钢管水中施工方法，其特征是钢管纵向下水时，岸 上段的钢管可以采用搬运气囊或滑车或滑靴或支架将其托起送下水。
9. 根据权利要求1所述的一种钢管水中施工方法，其特征是钢管焊接需要翻转时，可将水中段的钢管浮起，岸上段的钢管放在支架上可以翻转，下水时，用搬运气囊 托起钢管离开支架，搬运气囊滚动，将钢管送下水。
10. 根据权利要求1所述的一种钢管水中施工方法，其特征是可在钢管铺设线路上 设置定位桩或定位锚，也可以采用定位船定位。
全文摘要
本发明所述的一种钢管水中施工方法，属水下工程技术领域。用气囊或盲板将首节钢管的前端和岸上段的钢管口的封堵，通过向钢管内充气，使钢管浮在水面上，可以方便地将钢管送入水中；向钢管内充水，钢管沉入水下，可实现钢管的连续焊接施工。变水下作业为岸边作业，省去了钢管的水上运输；钢管逐节焊接、下水，不再需要潜水员的水下作业和浮吊、驳船及拖轮等许多大型船机设备的配合；能适合各种水域施工；整条钢管成为一体，施工质量远高于现有技术；施工风险和施工成本低。
文档编号F16L1/26GK101691893SQ20091001652
公开日2010年4月7日 申请日期2009年6月17日 优先权日2009年6月17日
发明者钟爱民 申请人:钟爱民