一种不同地质环境大口径螺旋钢管焊接敷设方法与流程

1.本发明涉及建筑工程施工技术领域，尤其涉及一种不同地质环境大口径螺旋钢管焊接敷设方法。


背景技术：

2.目前，埋地大口径螺旋钢管应用于室外给水、石化、电力、农业灌溉、市政水利等工程建设，对埋地大口径螺旋钢管的焊接、防腐及使用年限提出了更高的要求。现有技术对于埋地大口径螺旋钢管的敷设施工,主要集中于解决大口径螺旋钢管的下放便利性、降低管道受损，焊接的环境问题，以及敷设稳定性等。如cn113757449a大口径无补偿式直埋管道敷设装置及施工方法针对管道下放时管道吊运损伤，提供了一种安全、快速下放至沟槽内的方法，可根据对接管道位置进行局部调整，主要借助了相应的敷设装置结构，在吊运过程中对管道进行调整；cn108916470a一种基于施工保护装置的天然气管线施工方法，公开了小范围短距离移动管道和调节施工管道两端高度的方法，主要解决管道焊接时的防风、防雨、保温、控温控湿等问题，降低焊接问题发生率。这类施工方法虽能实现管道敷设较好的焊接，降低管道受损等，但因外界环境变化对敷设施工影响考虑不足，难以适应不同环境下敷设施工的工艺的调整。尤其，现有技术在特殊环境条件下敷设管道时，一般采用借助相应的装置，如cn206347201u一种水敷法管道敷设设施提供了水敷法管道敷设结构，以此防止支撑件损坏变形，降低浮力作用下管道所受摩阻力。
3.为了更好的在不同地质环境应用大口径螺旋钢管焊接敷设施工，针对埋地大口径螺旋钢管的焊接、防腐、保护问题，提高其使用寿命，做到技术先进、经济合理、安全适用、便于施工和管理、确保质量，将类似工程施工规范化、标准化，现发明公开不同地质环境应用埋地大口径螺旋钢管焊接敷设的施工方法。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种不同地质环境大口径螺旋钢管焊接敷设方法，避免埋地大口径螺旋钢管长期在地下水中出现跑冒滴漏、钢管受腐蚀影响使用寿命、复杂地质条件造价过高的难题，解决了现有技术中存在的问题。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种不同地质环境大口径螺旋钢管焊接敷设方法，包括如下操作步骤:
7.(1)开挖沟槽
8.在地下水位以上开挖沟槽时，无需降水直接开挖；在地表水或地下水位以下开挖沟槽时，提前采用降水措施导流排水后开挖；
9.(2)管道地基与基础
10.针对不同地质环境的管道部位进行地基承载力试验，按设计要求加固；管道基础采用砂垫层基础；
11.(3)管道敷设
12.将管道吊装至管道的砂垫层基础管位上、一节节对口，然后进行分步施焊：
13.第一步是v型坡口对口点焊固定钢管端部，完成后进行第二步使用氩弧焊对管道接口处进行周圈封底，然后第三步使用二保焊对焊口进行整圈填充焊接，第四步继续多层填充焊接，最后一步进行盖面焊接，每层每步焊接厚度3-4mm，全部完成后，表面进行焊渣清除；
14.对管道焊缝检测后，对焊接接口及其他防腐不到的部位进行防腐保护；
15.(4)管道保护与回填
16.根据设计要求，针对管道所处的不同地质环境位置采取不同的施工保护措施，包括：
17.陆地上采用在大口径螺旋钢管的管周边进行砂砾或无石块原土回填后继续原土回填；管顶覆土≧1.5m；
18.河道内采用在大口径螺旋钢管上部不间断油毡紧贴钢管及钢筋砼压顶发包封后继续原土回填；管顶覆土≧2m；
19.水库库区采用在大口径螺旋钢管上部局部油毡紧贴钢管及局部钢筋砼压顶包封后继续原土回填；管顶覆土≧1m。
20.进一步地，步骤(2)砂垫层基础采用中粗砂或石屑；压实度：底部≥90％；管侧：≥95％。
21.进一步地，步骤(3)管道敷设的盖面焊接的焊缝余高控制在2mm以内。
22.进一步地，步骤(3)采用防腐产品对焊接接口及其他防腐不到的部位进行防腐保护；防腐产品采用h55饮水容器防腐涂料。
23.进一步地，步骤(3)中第四步多层填充焊接，根据管道厚度确定多层施焊的层数。
24.进一步地，步骤(4)中大口径螺旋钢管上设置油毡之后,敷设绑扎钢筋网、浇筑混凝土形成钢筋砼压顶。
25.进一步地，步骤(5)所用砂砾或无石块原土回填为粒径小于40mm的砂砾或符合要求的原土；压实度：管侧：≥95％；管顶：≥85％；继续原土回填的压实度≥90％。
26.进一步地，本发明方法在开挖沟槽前还包括以下准备工作：
27.(1)施工测量
28.按照埋地大口径螺旋钢管的平面布置图，根据施工断面图、管道直径、埋深和开槽坡度组织沟槽开挖测量放线，定出管道中心线，放出沟槽开挖范围，并在沟槽两侧放出边桩；
29.(2)既有管线保护
30.对确定需要开挖的沟槽范围进行既有地下管道会签。
31.进一步地，本发明方法还包括步骤(5)水压试验：管道敷设完毕经验收合格，进行管道水压检验；检验合格后进入验收工序。
32.进一步地，步骤(1)降水措施采用明排导流降排水方法；沟槽开挖采用放坡开挖、机械开挖人工配合。
33.进一步地，步骤(1)降水措施根据工程所在地的场地水文地质条件和需要开挖的槽底深度，考虑是否需要采取降水措施；如果需要降水，则要求疏干上层滞水、潜水、层间水，并降低承压水位，优先采用明排、导流降排水方法。
34.进一步地，步骤(2)管道地基与基础的具体操作内容包括：针对不同地质环境的管道部位进行地基承载力试验，对软土地基或者承载力达不到要求、地基存在不均匀沉降的地段，按设计要求进行加固处理；
35.管道基础按设计要求铺设，一般采用砂垫层基础，对一般的土质地段基底只需铺一层砂垫层，其厚度0.2m。对软土地基，槽底又处在地下水位以下时，宜铺垫一层砂砾基础，其厚度不小于0.2m；也可用大碎石粒径为5-40mm，上铺粗砂的方法施工；为方便钢管焊接操作，管道基础在焊接部位应开挖预留足够人员焊接的凹槽，焊接完成经探伤合格、防腐层保护验收合格后，随即用砂填实。
36.本发明的有益效果：
37.1、本发明先在管道底部铺中粗砂垫层，管道敷设完毕检测合格后，针对管道不同位置采取不同的管道保护和回填方式进行施工，在不同地质环境应用大口径螺旋钢管焊接敷设，利用管道自身的机械强度及其附件来共同承受管道内部压力及管顶荷载；大口径螺旋钢管采用工厂化定制，现场安装工程量简单，不需要砌筑地沟，土方及土建工程量较少，施工进度快，可节省管网的投资费用。
38.2、本发明进行防腐处理的防腐产品具有卫生许可批件，并有良好的附着力，施工方便，干燥快，耐酸、碱、盐腐蚀性能好，耐水、耐油、耐候性能优良。
39.3、本发明的大口径螺旋钢管的连接采用“对口分步施焊法”，施工工艺便于质量控制，质量标准明确，管道焊接质量可靠、密封性能好。
40.4、针对管道不同地质环境敷设，如陆地、水库、河道等，本发明采取了不同的管道保护与回填的施工保护措施，尽可能节省投资，解决了复杂地质条件管道工程施工造价过高的难题。
附图说明
41.图1为本发明陆地地质环境的埋管断面图；
42.图2为本发明河道地质环境的埋管断面图；
43.图3为本发明水库地质环境的埋管平面布置图；
44.图4为图3埋管断面图；
45.图5为本发明大口径螺旋钢管v型坡口焊接节点示意图。
46.其中，1.既有通讯光缆，2.大口径螺旋钢管，3.油毡，4.钢筋网，5.c25钢筋砼压顶，6.焊缝，7.管道中心线，8.对口点焊，9.周圈封底，10.整圈填充焊接，11.继续整圈填充焊接，12.盖面焊接，
①
.中粗砂垫层，
②
.砂砾或者无石块原土回填，
③
.原土回填。
具体实施方式
47.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，结合附图，对本发明进行详细阐述。
48.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。
49.在不同地质环境埋地大口径螺旋钢管焊接敷设正式施工之前，需要复查现场施工条件，保证供电、供水、道路、通信、场地平整，测量放线，设立管线平面控制导线，进行高程测量，组织材料进场，保证管道材料质量。
50.本实施例中，在陆地、水库、河道等不同地质条件下进行dn1600埋地输水管道焊接施工。
51.本实施例需要敷设的输水管道内径d＝1600mm、外径d
′
＝1628mm、管两侧操作空间取500mm、施工中使用的管节长度l＝12m、管道垫层的厚度h＝200mm，其中，材料准备包括dn1600钢管2、电焊条、钢筋网片、中粗砂(
①
)、油毡3等；施工机械设备准备包括机械设备的进场、安装和调试，主要有320c反铲挖掘机、zl40装载机、25t-50t汽车吊、电焊机、气割设备、小压路机、潜水泵等。
52.每个施工班组劳动力配备安排如下：7人为一组，其中管道两端两道焊缝同时焊接4人、现场指挥人员1人、挖掘机和汽车吊驾驶员各1人。
53.在本实施例中根据水文地质条件和开挖深度确定放坡系数1：m中的m值，按照埋地大口径螺旋钢管的平面布置图，根据施工位置的断面图、管道直径、埋深和放坡系数组织沟槽开挖，对既有通讯光缆1保护采用槽钢、工字钢和铁丝、钢筋等方法将之吊起。
54.具体实施工艺包括如下操作步骤：
55.1、施工测量
56.按照埋地大口径螺旋钢管的平面布置图，根据施工断面图、管道直径、埋深和开槽坡度组织沟槽开挖，测量放线，定出管道中心线，放出沟槽开挖范围，并在沟槽两侧放出边桩。
57.2、既有管线保护
58.对确定需要开挖的沟槽范围进行既有地下管道会签：插牌标示地下管线种类、尺寸、位置和覆土深度；重要管道请主管单位派人员现场监护，对既有横穿管线、新老管线交叉点重点位置，安排专人开挖探沟，找到既有管道后，做好书面记录和明显标示并拍下照片或者留下影像资料，采取保护措施防止破坏，并做好醒目标志，使施工人员注意；对既有管道悬空可采用槽钢、工字钢和铁丝、钢筋等方法将之吊起。
59.3、沟槽降排水
60.根据工程所在地的场地水文地质条件和需要开挖的槽底深度，考虑是否需要采取降水措施；如果需要降水，则要求疏干上层滞水、潜水、层间水，并降低承压水位，优先采用明排、导流降排水方法。
61.4、沟槽开挖
62.优先采用放坡开挖，根据水文地质条件、开挖深度确定放坡系数。
63.机械开挖时严格控制基底高程，如局部超挖或发生拢动不得回填泥土，可换填最大粒径10-15mm天然级配砂石料或最大粒径小于40mm碎石并整平夯实，槽底宽为：大口径螺旋钢管外径加0.5-0.7m；雨季施工尽可能缩短开槽长度，做到成槽快、回填快、并采取防泡槽的措施，一旦发生泡槽应将水排除，将泡浸土层清除换填砂石料或中粗砂做好基础处理。
64.5、管道地基与基础
65.针对不同地质环境的管道部位，进行地基承载力试验，对软土地基或者承载力达不到要求、地基存在不均匀沉降的地段，按设计要求进行加固处理；
66.管道基础按设计要求铺设，一般采用砂垫层基础，对一般的土质地段基底只需铺一层砂垫层其厚度0.2m；对软土地基，槽底又处在地下水位以下时，宜铺垫一层砂砾基础，其厚度不小于0.2m，也可用大碎石粒径为5-40mm，上铺粗砂的方法施工。为方便钢管焊接操作，管道基础在焊接部位应开挖预留足够人员焊接的凹槽，焊接完成经探伤合格、防腐层保护验收合格后，随即用砂填实。
67.6、管道敷设
68.管道吊装：在本实施例中管道敷设之管道吊装采用25t-50t汽车吊装、人工配合，使用非金属绳索或特制的软带吊装入槽，使管道平稳地放在中粗砂砾基础管位上；
69.管道对口：使用汽车吊对下一节钢管进行细微移动，使钢管的一端与上一节钢管端部对齐、管道对中、坡口处齐平达到焊接条件，在吊车配合下焊工对钢管的坡口处隔一段距离点焊一小段，将两根钢管端部固定，之后汽车吊继续下一节管道的对口工作；
70.管道焊接：根据dn1600大口径螺旋钢管2的壁厚14mm分步施焊，首先第一步是对口点焊9，是v型坡口对口点焊固定钢管端部，然后第二步使用氩弧焊对管道接口处进行周圈封底10，第三部再使用二保焊对焊口进行整圈填充焊接11，第四步继续多层填充焊接12，可根据管道厚度，确定多层焊接的层数，最后一步，进行盖面焊接13，焊缝余高控制在2mm以内，每层每步焊接厚度3-4mm，全部完成后，表面进行焊渣清除，如图5所示。
71.本实施例中管道焊缝检测：按nb/t47013.3-2015进行超声波检验，检验数量为100％，质量等级不低于ⅱ级；按nb/t47013.2-2015进行x射线探伤检验，检验数量为5％(按焊缝总长度计，每条焊缝至少分成上下左右4处检验)，质量等级不低于ⅲ级。
72.管道焊口连接处防腐：管道焊接探伤合格后，采用木方临时对管道进行定位，防止管道中心、高程发生位移变化，并按照设计标高及设计中心线复测，其偏差应控制在允许的误差范围内，然后对焊接接口及其他防腐不到的部位进行防腐保护。防腐产品采用h55饮水容器防腐涂料；色别：底漆无色，内防腐面漆采用灰色，外防腐面漆采用黑色。涂料组成及特性:组份一：环氧改性丙烯酸聚氨脂树脂、无毒防腐颜填料、助剂等；组份二：固化剂以及环保溶剂、助剂等。
73.防腐结构：管道内壁防腐，二底二面(普通防腐)；管道外壁防腐，二布六油(加强级防腐)。
74.防腐保护验收合格后进行下一道工序施工。
75.7、检查井施工
76.按照设计图纸施工，当检查井底板砼强度达到5mpa后，即可进行钢筋混凝土墙身或者砌筑墙身作业；如果是砌筑检查井，其内表面需用1:2砂浆进行抹面，抹面厚度为2cm，抹面砂浆配合比必须准确，以防检查井的渗漏。
77.8、管道保护与回填
78.根据设计要求针对管道不同位置
‑‑
陆地、河道、水库，采取不同的施工保护措施，如图1-4所示。
79.回填分层夯实，每层回填高度不大于0.2m。从管底基础至管顶以上0.5m范围内，采用人工回填，严禁用机械推土回填。回填材料一般采用中、粗砂、碎石屑等。回填时槽内必须无积水、有机物及冻土，胸腔部位可回填砂砾或好的良质土，参见表1。回填从管道、检查井等构筑物两侧同时对称进行，以确保管道和构筑物不发生位移，必要时采取限位措施。
80.表1一般埋管回填
[0081][0082]
陆地上采用中粗砂垫层(
①
) 大口径螺旋钢管 管周边砂砾或者无石块原土回填(
②
) 原土回填
③
，管顶覆土≧1.5m，如图1所示；
[0083]
河道内采用中粗砂垫层(
①
) 大口径螺旋钢管 上部不间断油毡3紧贴大口径螺旋钢管及c25钢筋砼压顶5包封 原土回填
③
，管顶覆土≧2.0m，如图2所示；
[0084]
水库库区内采用中粗砂垫层(
①
) 大口径螺旋钢管 上部局部油毡3紧贴大口径螺旋钢管及局部c25钢筋砼压顶5包封 原土回填(
②
或
③
)，管顶覆土≧1.0m，如图3、图4所示。
[0085]
注意钢筋砼压顶5避开焊缝6不小于0.5m。
[0086]
9、水压试验
[0087]
管道敷设完毕经验收合格后，进行管道水压检验，检验前应回填管道两侧和管顶以上的高度不小于0.5m，接头部位0.2m外露观察。本实施例水压试验按长度1km为一段，根据现场实际情况分段做水压试验，在开口端设置打压管，在管段高处设置排气管和压力表、低处设置泄水管，试验合格工程交付使用前，进行竣工验收，核实竣工验收资料，并进行必要的复验和外观检查，验收合格后交付工程。
[0088]
试压管段封板后的后背设计：根据设计和规范的要求，试压管段封板后的后背设计，一般采用型钢支撑和顶托，管道的末端采用混凝土墩做后背支撑在基坑的土体上。需要进行后背的压力验算：包括设计最大试验压力、封板的面积、后背的总推力、后背的总面积、后背的压力等等，以确定水压管段的盲板设计方案。
[0089]
大口径螺旋钢管盲板后采用原状土加固后背墙或素混凝土后背墙，然后在后背墙上使用多个100t的千斤顶均匀顶住盲板上、下、左、右四个方向，使盲板在打压时不会因管道内压力增加而产生管道轴向方向的位移。
[0090]
水压升至试验压力后，每3分钟记录一次管道压力，持续记录30分钟。且在这30分钟内管道压力有持续上升趋势，则水压试验结果合格。如30分钟内试压管道内剩余水压无上升趋势，再持续观察60分钟。如在整个90分钟内压力下降不超过0.02mpa,则水压试验结果合格。
[0091]
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
[0092]
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。