保证HDPE管道下沉及运行稳定的配重装置、组装方法与流程

保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置、组装方法
技术领域
1.本发明属于建设施工技术领域，尤其涉及一种保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置、组装方法。


背景技术：

2.目前，大口径多根pe管道海上铺设沉放施工是一项对综合性、协调性要求极高的工作，在没有充分的准备的情况下盲目进行铺设沉放，会造成不同程度的损失和浪费，由于施工过程会受到施工环境、水文条件、天气条件、海况条件等情况的影响，目前国内外还没有多根大口径pe管道使用海上铺管船进行铺设沉放施工的实例；管道铺设时，由于多根管道同时接长敷设，体型巨大，同时铺设比较困难，并且海上风大浪急，管道难以固定在船上，很容易随风浪摇摆、晃动，管道容易遭到磕碰损坏，施工起来非常不方便。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.(1)现有技术还没有用铺管船同时进行多根大口径hdpe管道敷设的方法或装置；现有的施工船也不能同时进行多根大口径hdpe管道的敷设作业；
5.(2)现有的张紧器不能实现自动输送和回缩管道，需要单独配置牵引装置；且现有的船舶缺少自动安装配重块系统和精准限位系统，效率低。
6.解决以上问题及缺陷的意义为：对今后的海洋开发、海底各种介质输送管道敷设施工意义重大，特别是一些需要多根管道同时敷设的项目，多跟管道一次性完成敷设施工，减少了自然天气、海况等的影响，对加快施工进度和减少施工成本，控制项目投资规模具有一定的推动作用。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装方法。
8.本发明是这样实现的，一种保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装方法，包括：利用张紧装置固定管道后采用定制的a型配重块将多根管道按照设计的间距进行集束控制；根据管线设计轴线变化选择不同型号配重块进行分组安装，使管道实现转弯长度的自由调整。
9.具体包括：
10.步骤一，根据待铺设的管道选取与多个不同型号的配重块；并于对应中间管道的配重块上设置加药器安装位置；同时根据管道的弯曲状况进行管道分段，并根据各段管道的状况分别匹配能够适应各段管道弯曲调整的配重块；
11.步骤二，根据沟槽回淤深度及泥浆浓度以及其他状况确定配重块的安装间距；按照确定的安装间距对各个配重块的间距进行调整和控制；同时进行管道的固定；
12.步骤三，按照用吊车将配重块下半部分放置到小车上、将小车移动至管道下方、用吊车将底部配重块吊至运输小车侧面的安装平台、将配重块上部吊至管道上方、上下两组
配重块螺栓口对齐、紧固配重块上的螺栓、移动管道的顺序进行配重块的组装；
13.步骤四，通过将加氯管采用热熔的方式接长，并通过螺栓、卡箍将加氯管固定在中间一根管线的配重块顶部的方式于组装完成的配重块上加装两根加氯管。
14.进一步，所述步骤一之前还需进行：
15.基于预先确定的尺寸、规格、数量，通过配模、预制加工、养护、粘贴橡胶垫片进行配重块的预制，同时对预制的配重块进行握裹力和抗滑移的摩阻力的校验，判断是否能够满足预设标准；并利用驳船与吊机将满足预设标准的配重块运输至指定位置。
16.进一步，所述预设标准如下：
17.f*h≥f
摩
；f*h＝g
配
*ctga。
18.进一步，所述步骤三之前还需：于配重块内圆与管材接触面黏贴橡皮垫。
19.进一步，所述进行配重块的组装包括以下步骤：
20.首先，将配重块运输小车通过控制系统、轨道以及其他设备移动至管道外部，利用吊机将配重块的下半部分吊运至运输小车上；
21.其次，启动小车牵引系统，通过运行轨道运抵待组装配重块的管道下方，启动液压举升系统或上部吊装系统，将配重块举升至管道的底面，同时吊机将配重块的上半部分吊放到管道上口，并通过微调与配重块的下半部分重叠，插入紧固螺栓后，采用风动工具对紧固螺栓进行紧固，令配重块的上下两部分连接成整体。
22.进一步，所述运输小车上设置有配重块的前后、左右限位装置。
23.进一步，所述步骤四之前还需进行：采用dn140hdpe管作为加药管进行布置，将埋管段的加药管与引水管道主体一起铺设下沉。
24.进一步，所述于组装完成的配重块上加装两根加氯管包括以下步骤：
25.(1)当管道预定的配重块安装位置到达时，闭合张紧器，将多根管道同时进行固定；利用铺管船上吊机，将配重块的下半部分吊放至转运小车上，通过遥控操控牵引系统将配重块的下半部分拖运到管道的下方；
26.(2)启动液压油缸顶升系统，将配重块的下半部分顶升到安装平台上，然后收缩油缸和小车平台，啓动运输小车的牵引系统让小车移出进行下一组配重块的转运；
27.(3)利用吊机将配重块的上半部分吊放至管道的上方，并调整其与下半部分对齐；将安有垫片以及其他装置的紧固螺栓从下面穿度进螺栓孔内；
28.(4)于螺栓的上端套入垫片、螺母及其他辅助配件，采用供气压力充足且扭矩充足的风动扳手对螺栓进行紧固；
29.(5)利用吊机将熔接加药管的操作平台和熔接机吊放至加药管接头位置，接通电源，对加药管进行处理、连接；并将接好后的加药管采用卡箍固定在配重块上，同时撤离熔接操作平台准管道的备发射牵引；
30.(6)启动张紧器动力站，打开张紧器模块，啓动牵引装置和铺管船锚泊系统，令管道能够自由通过发射架、托管架向海里发射，并于即将到达下一组配重块安装位置时，关闭锚泊控制系统，啓动张紧器闭合按钮，让张紧器模块在液压油缸作用下快速对所有管道提供夹持力，并进行保压进行下一组配重块安装；
31.(7)重复步骤(1)至步骤(7)，直至单端短管发射完毕。
32.进一步，步骤(5)中，所述对对加药管进行处理包括：先对管端进行冼削，然后进行
熔烫和压接。
33.本发明的另一目的在于提供一种实施所述保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装方法的保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置，所述保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装系统包括：
34.管道张紧固定模块，设置有张紧器模块；用于控制管道的张紧固定；
35.配重块安装模块，设置有配重块预制模块、上部配重块安装模块、下部配重块安装模块、配重块安装轨道模块；用于进行配重块组装、运输的控制；
36.加氯管安装模块，用于控制加氯管的组装。
37.本发明另一目的在于提供一种搭载所述保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置多根大口径pe管道使用海上铺管船。
38.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
39.本发明开创了大口径多根pe管道海上铺设沉放施工的配重装置及设计安装的先河，在多根管道同时铺设前，积极参与或提醒管道的配重设计，确保直线段管道的上、下配重块通过锚固连接将多根pe管道整合在一起，曲线段配重块能够根据实际需要进行组合安装，便于调整管道的自由伸缩变形，便于整体沉放，增加了配重块安装间距控制和管道铺设的效率，张紧器装置可以在海上天气状况不利的情况下，将管道稳妥地固定在船上，使配重块安装时管道不会出现左右晃动和前后抽送而发生损坏，更加便于管道铺设期间配重块安装施工安全。
40.本发明能够利用张紧装置固定管道后采用定制的a型配重块将多根管道按照设计的间距进行集束控制；也可以根据管线设计轴线变化选择b型 c型或c型号配重块进行分组安装，让管道能够实现转弯长度的自由调整。
41.本发明根据设计的路由位置和现场施工条件，可以多种形式的配重块组合进行复合安装，以适应多根管道的转弯变向要求。
42.本发明能够利用配重块专用输送台车，在有限空间内完成大型预制件的搬运和安装；本发明采用多根大口径管道同时安装配重块，施工效率可以达到150-180m/班，施工效率较高。
43.本发明将多根管道同时敷设发射作业形成了循环流程，通过集中指挥和机械操作，大大减少的人工的投入，加快了施工进度，基本实现了半机械化和半自动化的施工，节约了施工成本。在进行多根大口径hdpe管道使用铺管船同时铺设时，本发明减少了人员待工时间(一般熔接冷却时间人员待工现象较爲普遍，而本发明可以在熔接施工期间，可以进行配重块安装作业)，从解决成本、加快施工进度、精准控制配重块安装间距方面，是一项值得推广和使用的是个技术。
44.本发明大量利用机械、遥控液压装置(包括张紧器及操控系统、锚泊系统、配重块转运提升系统等)、gps计算机测控定位系统等，使配重块安装、管道发射、管道固定并提供张紧力等，基本实现了少人化、自动化、连续施工、精准控制等目标，大大降低了工序多、人员杂容易带来的安全风险，确保了海上多根管道敷设施工作业的安全。
附图说明
45.图1是本发明实施例提供的保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装方法
流程图。
46.图2是本发明实施例提供的保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装系统结构示意图；
47.图中为：1、管道张紧固定模块；2、配重块安装模块；3、加氯管安装模块；4、张紧器模块；5、配重块预制模块；6、上部配重块安装模块；7、下部配重块安装模块；8、配重块安装轨道模块。
48.图3是本发明实施例提供的张紧器模块示意图。
具体实施方式
49.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
50.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
51.如图1所示，本发明实施例提供的保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装方法包括：
52.s101，根据待铺设的管道选取与多个不同型号的配重块；并于对应中间管道的配重块上设置加药器安装位置；同时根据管道的弯曲状况进行管道分段，并根据各段管道的状况分别匹配能够适应各段管道弯曲调整的配重块；
53.s102，根据沟槽回淤深度及泥浆浓度以及其他状况确定配重块的安装间距；按照确定的安装间距对各个配重块的间距进行调整和控制；同时进行管道的固定；
54.s103，按照用吊车将配重块下半部分放置到小车上、将小车移动至管道下方、用吊车将底部配重块吊至运输小车侧面的安装平台、将配重块上部吊至管道上方、上下两组配重块螺栓口对齐、紧固配重块上的螺栓、移动管道的顺序进行配重块的组装；
55.s104，通过将加氯管采用热熔的方式接长，并通过螺栓、卡箍将加氯管固定在中间一根管线的配重块顶部的方式于组装完成的配重块上加装两根加氯管。
56.本发明实施例提供的步骤s101之前还需进行：
57.基于预先确定的尺寸、规格、数量，通过配模、预制加工、养护、粘贴橡胶垫片进行配重块的预制，同时对预制的配重块进行握裹力和抗滑移的摩阻力的校验，判断是否能够满足预设标准；并利用驳船与吊机将满足预设标准的配重块运输至指定位置。
58.本发明实施例提供的预设标准如下：
59.f*h≥f摩；f*h＝g
配
*ctga。
60.本发明实施例提供的步骤s103之前还需：于配重块内圆与管材接触面黏贴橡皮垫。
61.本发明实施例提供的进行配重块的组装包括以下步骤：
62.首先，将配重块运输小车通过控制系统、轨道以及其他设备移动至管道外部，利用吊机将配重块的下半部分吊运至运输小车上；
63.其次，启动小车牵引系统，通过运行轨道运抵待组装配重块的管道下方，启动液压举升系统或上部吊装系统，将配重块举升至管道的底面，同时吊机将配重块的上半部分吊
放到管道上口，并通过微调与配重块的下半部分重叠，插入紧固螺栓后，采用风动工具对紧固螺栓进行紧固，令配重块的上下两部分连接成整体。
64.本发明实施例提供的运输小车上设置有配重块的前后、左右限位装置。
65.本发明实施例提供的步骤s104之前还需进行：采用dn140hdpe管作为加药管进行布置，将埋管段的加药管与引水管道主体一起铺设下沉。
66.本发明实施例提供的于组装完成的配重块上加装两根加氯管包括以下步骤：
67.(1)当管道预定的配重块安装位置到达时，闭合张紧器，将多根管道同时进行固定；利用铺管船上吊机，将配重块的下半部分吊放至转运小车上，通过遥控操控牵引系统将配重块的下半部分拖运到管道的下方；
68.(2)启动液压油缸顶升系统，将配重块的下半部分顶升到安装平台上，然后收缩油缸和小车平台，啓动运输小车的牵引系统让小车移出进行下一组配重块的转运；
69.(3)利用吊机将配重块的上半部分吊放至管道的上方，并调整其与下半部分对齐；将安有垫片以及其他装置的紧固螺栓从下面穿度进螺栓孔内；
70.(4)于螺栓的上端套入垫片、螺母及其他辅助配件，采用供气压力充足且扭矩充足的风动扳手对螺栓进行紧固；
71.(5)利用吊机将熔接加药管的操作平台和熔接机吊放至加药管接头位置，接通电源，对加药管进行处理、连接；并将接好后的加药管采用卡箍固定在配重块上，同时撤离熔接操作平台准管道的备发射牵引；
72.(6)启动张紧器动力站，打开张紧器模块，啓动牵引装置和铺管船锚泊系统，令管道能够自由通过发射架、托管架向海里发射，并于即将到达下一组配重块安装位置时，关闭锚泊控制系统，啓动张紧器闭合按钮，让张紧器模块在液压油缸作用下快速对所有管道提供夹持力，并进行保压进行下一组配重块安装；
73.(7)重复步骤(1)至步骤(7)，直至单端短管发射完毕。
74.步骤(5)中，本发明实施例提供的对对加药管进行处理包括：先对管端进行冼削，然后进行熔烫和压接。
75.如图2所示，本发明实施例提供的保证hdpe管道下沉及运行稳定的配重装置的组装系统包括：
76.管道张紧固定模块1，设置有张紧器模块4；用于控制管道的张紧固定；
77.配重块安装模块2，设置有配重块预制模块5、上部配重块安装模块6、下部配重块安装模块7、配重块安装轨道模块8；用于进行配重块组装、运输的控制；
78.加氯管安装模块3，用于控制加氯管的组装。
79.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
80.实施例1：
81.1、配重块安装模块
82.1.1、配重块选型
83.根据管道的布置路由轴线情况，为防止采用常规逐根管道沉放时出现重叠和占位，需采取三根管道同时铺设，并确保控制好管道的轴线间距，因此，为了确保管道能够很好地适应设计轴线弯曲变化的要求，本次的配重块分别有a(10t)、b(6.6t)、c(3.3t)三种型号，分别对应三孔、双孔和单孔的型号，中间的配重块上设有加药器安装位置。在整个管线
中，桩号0 200-0 375段因需要适应与顶管接头连接，间距变化较大，因此，该段安装单孔(c型)配重块；桩号0 740-0 970和桩号1 770-1 920段安装双孔 单孔(b型 c型或c型 b型)配重块，以适应管道弯曲调整需要；其余顺直段管段全部安装a型配重块。配重块的安装间距控制暂按照设计的9m间距进行控制，实际施工时，应根据沟槽回淤深度及泥浆浓度等情况，计算或试验确定最终的安装间距(现场根据水质情况的变化，实施时调整为4m)。
84.配重块将根据设计的尺寸、规格、数量等要求，组织专业预制厂家进行配模、预制加工、养护、粘贴橡胶垫片后运抵现场待用。根据总体规划，配重块运输和存放采用驳船，并配备吊机进行过驳和吊运，铺管船只存放3-4天安装使用的数量，其余时间，配重块存放及运输船舶停靠在附近水域。
85.配重块制作时，必须按照设计的尺寸要求进行加工，包括转运前完成橡胶垫片的安装黏贴。确保配重块在安装后能够有足够的握裹力和抗滑移的摩阻力(经设计计算确定能够满足抗滑移要求，即f*h≥f
摩
；f*h＝g
配
*ctga)，避免在遇到台风时弃管、拾管出现滑动对引水管道、加药管造成损伤。
86.1.2、配重块安装
87.配重块安装步骤：管道固定
→
用吊车将配重块下半部分放置到小车上
→
将小车移动至管道下方
→
用吊车将底部配重块吊至运输小车侧面的安装平台
→
将配重块上部吊至管道上方
→
上下两组配重块螺栓口对齐
→
紧固配重块上的螺栓
→
移动管道。
88.配重块安装时按照设计的间距进行调整和控制，满足设计的配重安装要求。每组配重块的上下部分用螺栓连接紧固，配重块内圆与管材接触面黏贴橡皮垫对管道进行保护和增加其在管道外壁的抗滑阻力。
89.根据原设计要求，配重块按照9m的间距进行控制，理论上只要大于单位长度的自身浮力即可行，实际施工过程中，需要考虑的因素较多(在没有得到具体的下列参数前，通常按照单位长度的空管浮力的46％考虑)，根据管道下沉情况(深度、水质)、海况、海流、埋深等条件进行试验和调整为4m，确保管道能够顺利沉放及沉放后能够安全、稳定地投入运行。
90.为了避免沟槽浮淤对管道下沉后稳定性的影响，在管道敷设前，根据水下沟槽内的回淤情况和试铺的结果，及时调整配重块的安装间距，施工条件许可时，提前对沟槽内浮淤进行清理，降低管道沉放时底质容重，确保管道能够稳定沉放到沟底。
91.配重块安装模块包括配重块下半部分的转运、攀升小车、牵引移动装置和结构、运行轨道、电动及液压控制系统、配重块吊装转运设备、配重块紧固工具、风动力源及管路、安全通道和平台等构成。
92.配重块安装模块施工时，首先将配重块运输小车通过控制系统、轨道等移动至管道外部，由吊机将配重块的下半部分吊放到运输小车上，该小车必须设置有配重块的前后、左右限位装置，然后启动小车牵引系统，通过其运行轨道运抵待组装配重块的管道下方，启动液压举升系统或上部吊装系统，将配重块举升至管道的底面，吊机同时将配重块的上半部分吊放到管道上口，并通过微调与配重块的下半部分重叠，插入紧固螺栓后，采用风动工具对紧固螺栓进行紧固，使配重块的上下两部分连接成整体。
93.张紧器模块由张紧器本体(门架式支座、上下防滑夹持块、液压油缸组)电控、液压控制系统构成，主要是为了保证管道发射期间每次能够为配重块安装准确定位提供限位、
为每次管道熔接时提供管道固定、为管道铺设下沉提供张紧力等作用，即当管道到达某一位置时，启动张紧器的液压伸缩油缸，为张紧器上下夹持块提供开启或关闭夹紧力，确保管道组能够按照预设要求进行发射、固定等动作。
94.2、加氯管安装模块
95.本发明加药管采用dn140hdpe管进行布置，埋管段的加药管随引水管道主体一起铺设下沉。
96.引水管的每组配重块安装结束后，按设计要求，在配重块上加装两根加氯管。加氯管同样采用热熔的方式接长，并通过螺栓、卡箍将加氯管固定在中间一根管线的配重块顶部。
97.具体方法如下：
98.(1)当管道预定的配重块安装位置到达时，闭合张紧器，将多根管道同时进行固定，防止管道甩动和滑移；
99.(2)利用铺管船上吊机，将配重块的下半部分吊放到转运小车上，通过遥控操控牵引系统将配重块的下半部分拖运到管道的下方；
100.(3)启动液压油缸顶升系统，将配重块的下半部分顶升到安装平台上，然后收缩油缸和小车平台，啓动运输小车的牵引系统让小车移出进行下一组配重块的转运；
101.(4)利用吊机将配重块的上半部分吊放到管道的上方，并调整其与下半部分对齐，确保能够穿度螺栓；
102.(5)由人工将安有垫片等装置的紧固螺栓从下面穿度进螺栓孔内，然后在螺栓的上端套入垫片、螺母及其他辅助配件，采用风动扳手对螺栓进行紧固；紧固期间，必须保证风动扳手的供气压力，确保足够的扭矩，防止配重块松脱。
103.(6)利用吊机将熔接加药管的操作平台和熔接机吊放到加药管接头位置，接通电源，先对管端进行冼削，然后进行熔烫和压接，接好后的加药管采用卡箍固定在配重块上，同时撤离熔接操作平台准管道的备发射牵引；
104.(7)启动张紧器动力站，打开张紧器模块，啓动牵引装置和铺管船锚泊系统，使管道能够自由通过发射架、托管架向海里发射，即将到达下一组配重块安装位置时，关闭锚泊控制系统，啓动张紧器闭合按钮，让张紧器模块在液压油缸作用下快速对所有管道提供夹持力，并进行保压进行下一组配重块安装；
105.(8)重复上述过程，直至单段短管发射完毕，进入下一段管道熔接盒配重块安装和发射作业。
106.通过上述流程的实例操作，多根管道同时敷设发射作业可以形成循环流程，通过集中指挥和机械操作，大大减少的人工的投入，加快了施工进度，基本实现了半机械化和半自动化的施工，节约了施工成本。在进行多根大口径hdpe管道使用铺管船同时铺设时，本发明减少了人员待工时间(一般熔接冷却时间人员待工现象较爲普遍，而本发明可以在熔接施工期间，可以进行配重块安装作业)，从解决降低成本、加快施工进度、精准控制配重块安装间距方面，是一项值得推广和使用的是个技术。
107.本发明大量利用机械、遥控液压装置(包括张紧器及操控系统、锚泊系统、配重块转运提升系统等)、gps计算机测控定位系统等，使配重块安装、管道发射、管道固定并提供张紧力等，基本实现了少人化、自动化、连续施工、精准控制等目标，大大降低了工序多、人
员杂容易带来的安全风险，确保了海上多根管道敷设施工作业的安全。
108.实施例2：
109.通过在澳门某电厂循环水系统改造项目的引水管道敷设施工项目中应用，获得一次性成功，仅用54天时间即完成了3*1890m管道的敷设施工，其中还包括了18天的等待管材和配重块的时间在内。平均每天完成48组配重块的安装、3*51m的管道接长(3次)、发射和下沉等工作，施工效率高、敷设施工连续、配重块安装间距控制和敷设轴线控制精准，大大降低了海上风浪环境中施工的风险。尽管是首次进行多根大口径管道的同时敷设作业，但未出现一起安全和质量事故，帮助本发明能够满足海底管道铺设施工的各项要求。
110.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
111.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本发明领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。