输水管道设计论文Word格式.docx

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2.3.5螺旋钢管用途7

2.2.6螺旋钢管的发展前景7

2.3输水管的柔性接口口技术7

2.3.1输水管一般接口技术8

2.3.2柔性接口8

2.3.2.1柔性接口的共性与个性8

2.3.2.2胶圈接口的分类及特点8

2.3.2.3柔性接口的优点10

2.3.2.4柔性接口与钢管的现场对焊焊接接口对比分析11

2.3.2.5柔性接口的现状与发展11

第三章输水管施工工艺实例分析12

3.1工程概况12

3.2管沟开挖13

3.3布管17

3.4破口加工及管道对接17

3.5管道焊接18

3.6施工中出现的问题21

3.7顶管施工22

3.8现场防腐补扣补伤31

3.9检查验收32

第四章结论与建议33

4.1小结33

4.2管道相关建议34

致谢35

参考文献36

摘要

本文主要分析管道的基本概念性能特征以及管道施工的基本工艺流程，从管道的定义、分类、作用和生产工艺性能、用途、施工工艺等几个方面分析，重点分析了螺旋钢管及其柔性接口技术、顶管施工，其中施工质量影响因素及其控制方式是重点内容。

结合中能取水口改造工程实例分析，从基本的工程概况、管沟开挖、布管、坡口加工及管道对接、管道焊接、施工中出现的问题、顶管施工、现场防腐补伤补扣、检查验收等九个方面较为详细的介绍了输水管道施工步骤及其方法。

对于顶管施工，本文重点介绍其中的顶管机及其泥水设备安装以及顶管的过程。

另外，对于对管道施工、应用中的管道保护、防腐等问题提出了一些建议。

关键词：

管道螺旋钢管柔性接口顶管

ABSTRACT

Thisarticleanalyzestheperformancecharacteristicsofthebasicconceptsofpipeline,andpipelineconstructioninthebasicprocess,fromthepipelinedefinition,classification,functionandmanufacturingprocessperformance,usage,andotheraspectsoftheconstructionprocess,focusingonanalysisofthespiralpipeandflexibleinterfacetechnology,pipejacking,whichaffectconstructionqualitycontrolisthekeyfactorinitscontent.Transformationinenergyintakecombinedwithengineeringexamples,frombasicengineeringsituation,trenchexcavation,piping,processingandpipelinedockinggroove,pipewelding,constructionproblems,pipejacking,siteanticorrosioninjurycompensationdeduction,inspectionandacceptanceninemoredetailedintroductiontothewaterpipelineconstructionproceduresandmethods.Forpipejacking,thisarticlefocusesononeofthetopofthemachineanditsequipmentinstallationandslurrypipejackingprocess.Inaddition,thepipelineconstruction,applicationofthepipelineprotection,corrosionandotherissuesputforwardsomesuggestions.

Keywords:

PipelineSpiralsteelpipeFlexibleinterfaceTopmanagement

绪论

1.1对管道的相关认识

随着现代科技的飞速发展，工业化进度不断增强，管道在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。

城市里的给水、排水、供热、供煤气的管道干线和长距离的输油、气管道等等种种相关于人们生活的各个方面都有着管道的身影。

管道运输，被称为五大运输行业之一，与铁路、航空、公路、海运相平行，是巨大的能源运输工具。

管道运输又被称为文明运输，因为国家发展到相当的文明程度之后，才有管道运输的出现，它又是一种不产生噪声的运输，相对于五大运输中的其他四种运输，管道运输的噪生污染最小。

对一个工业国来说，工业越发达，人民生活水平越高，耗用能源越大，依靠管道运输的程度就越大，由此可见管道在一个国家经济生活运作中的重要地位。

由此，了解相关管道方面的基本知识对于人们来说显得相对重要。

1.2本文主要内容

本文将要研究管道的基本概念和接口技术以及管道工程的一般施工工艺流程，从管道的概念、分类、一般用途及重点介绍螺旋钢管和柔性接口技术来一般性的总体性的介绍管道工程，并结合工程实例对管道施工的一般步骤进行分析，最后注明本文小结及对管道工程施工的一般性建议。

第一章管道工程概述

1.1管道及其类型

1.1.1管道基本概念

管道，英文是pipe;

conduit，其定义是用各种材料制成的管子的通称或是一种保护电（光）缆的设施，通常指已经建设可以自用、出租、出售的实体。

管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。

通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。

1.1.2管道的分类

管道一般按以下集中分类方法可以分为:

按用途：

输气管道、输水管道、输油管道；

按材质：

钢质、混合金、铝制、PVC、等等；

按压力：

承压管道、不承压管道；

按承压级别：

低压管道、高压管道；

按口径尺寸：

应按直径分类。

其中，压力管道涉及各行各业，对它的基本要求是“安全与使用”，安全为了使用，使用必须安全，使用还涉及经济问题，即投资省、使用年限长，这当然与很多因素有关。

1.2管道的工程应用

管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。

下面仅从管道输送能源的角度简要做举例说明。

（1）管道是巨大的能源运输工具

①管道运输，被称为五大运输行业之一，与铁路、航空、公路、海运相平行，是巨大的能源运输工具。

例如，阿拉斯加原油管道年运原油9000万吨，相当双轨铁路的年运量。

管道输送石油和天然气这种危险品，特别是大量天然气的输送，是别的运输工具所不能代替的。

这样的能源运输功能，是其他运输工具难以完成的。

②管道运输又被称为文明运输，因为国家发展到相当的文明程度之后，才有管道运输的出现，它又是一种不产生噪声的运输，故称为文明运输。

对一个工业国来说，工业越发达，人民生活水平越高，耗用能源越大，依靠管道运输的程度就越大。

以意大利1955年、1965年、1975年、1985年年耗用能源为例：

成品油所占比例分别为33%、63%、67%、69%；

天然气所占比例分别为8%、8%、15%、17%。

由此可以看出，成品油和天然气的耗用在逐年增加，其中绝大部分是经管道运输的。

这同样说明，对一个发达的工业国，管道能源运输所起的作用是巨大的。

（2）．管道运输起着调剂世界能源的作用

①天然气是未来世界的第二能源，在陆上大量输送天然气只能依靠管道输送。

管道在这一领域里起着调剂国际之间，甚至洲际之间的天然气的作用。

如原苏联修建的亚马尔（Yamel）管道穿过北极圈的永冻土地带和上千千米的沼泽地带通向欧洲，全长9000千米，管径1420毫米，年输天然气320亿立方米，除供原东欧8个国家外，每年还供德国100亿立方米、法国100亿立方米、意大利80亿立方米，起到了国际间的能源调剂作用。

②在洲际之间，如北非国家阿尔及利亚的管径为1220毫米的天然气管道长1200千米，年输量为125亿立方米，穿过水深600米的地中海，输到意大利北部，是著名的穿越地中海管道。

最近将修建成的阿尔及利亚经摩洛哥穿过地中海的直布罗陀海峡，经西班牙到法国，能跨越洲际调剂天然气，显示了管道这种既能翻山越岭，又能穿越深海的功能是任何交通工具所达不到的。

第二章输水管及其柔性接口技术分析

2.1输水管简介

输水管（deliverypipe）指的是从水源地到水厂（原水输水）或当水厂距供水区较远时从水厂到配水管网（净水输水）的管。

输水管一般可分为以下几种，如混凝土输水管、水泥输水管、钢丝网水泥输水管、石棉水泥输水管、橡胶输水管、钢质输水管等等。

其中，混凝土输水管有包括自应力混凝土输水管和预应力输水管，钢质输水管有薄壁不锈钢水管、螺旋钢管、夹砂玻璃钢管等等。

本工程为中能取水口输水工程，输水管道采用压力螺旋钢管，以下主要对螺旋钢管作简单介绍。

2.2螺旋钢管简析

2.2.1螺旋钢管

螺旋钢管是以带管卷板为原材料,经常温挤压成型,以自动双丝双面埋弧焊工艺焊接而成的螺旋缝钢管.直缝焊管生产工艺简单，生产效率高，成本低，发展较快，而螺旋焊管的强度一般比直缝焊管高，能用较窄的坯料生产管径较大的焊管，还可以用同样宽度的坯料生产管径不同的焊管。

但是与相同长度的直缝管相比，焊缝长度增加30～100%，而且生产速度较低。

因此，较小口径的焊管大都采用直缝焊，大口径焊管则大多采用螺旋焊。

图1螺旋钢管

2.2.2螺旋钢管及其标准分类

承压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管SY5036-83主要用于输送石油、天然气的管线；

承压流体输送用螺旋缝高频焊钢管SY5038-83，用高频搭接焊法焊接的，用于承压流体输送的螺旋缝高频焊钢管。

钢管承压能力强，塑性好，便于焊接和加工成型；

一般低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管SY5037-83，采用双面自动埋弧焊或单面焊法制成的用于水、煤气、空气和蒸汽等一般低压流体输送用埋弧焊钢管。

现在螺旋钢管的常用标准一般分为:

SY/T5037-2000（部标、也叫普通流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管）、GB/T9711.1-1997（国标、也叫石油天然气工业输送钢管交货技术条件第一部分：

A级钢管（到目前要求严格的有GB/T9711.2B级钢管））、API-5L（美国石油协会、也叫管线钢管；

其中分为PSL1和PSL2两个级别）、SY/T5040-92（桩用螺旋缝埋弧焊钢管）。

2.2.3螺旋钢管生产工艺

螺旋钢管基本生产工艺：

（1）原材料即带钢卷，焊丝，焊剂。

在投入前都要经过严格的理化检验。

（2）带钢头尾对接，采用单丝或双丝埋弧焊接，在卷成钢管后采用自动埋弧焊补焊。

（3）成型前，带钢经过矫平、剪边、刨边，表面清理输送和予弯边处理。

（4）采用电接点压力表控制输送机两边压下油缸的压力，确保了带钢的平稳输送。

（5）采用外控或内控辊式成型。

（6）采用焊缝间隙控制装置来保证焊缝间隙满足焊接要求，管径，错边量和焊缝间隙都得到严格的控制。

（7）内焊和外焊均采用美国林肯电焊机进行单丝或双丝埋弧焊接，从而获得稳定的焊接规范。

（8）焊完的焊缝均经过在线连续超声波自动伤仪检查，保证了100％的螺旋焊缝的无损检测覆盖率。

若有缺陷，自动报警并喷涂标记，生产工人依此随时调整工艺参数，及时消除缺陷。

（9）采用空气等离子切割机将钢管切成单根。

（10）切成单根钢管后，每批钢管都要进行严格的首检制度，检查焊缝的力学性能，化学成份，溶合状况，钢管表面质量以及经过无损探伤检验，确保制管工艺合格后，才能正式投入生产。

（11）焊缝上有连续声波探伤标记的部位，经过手动超声波和X射线复查，如确有缺陷，经过修补后，再次经过无损检验，直到确认缺陷已经消除。

（12）带钢对焊焊缝及与螺旋焊缝相交的丁型接头的所在管，全部经过X射线电视或拍片检查。

（13）每根钢管经过静水压试验，压力采用径向密封。

试验压力和时间都由钢管水压微机检测装置严格控制。

试验参数自动打印记录。

（14）管端机械加工，使端面垂直度，坡口角和钝边得到准确控制。

2.2.4螺旋钢管的工艺性能

（1）弯曲性能

按下表规定的弯心直径弯曲180度后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。

（2）反向弯曲性能

根据需方要求，钢筋可进行反向弯曲性能试验。

反向弯曲试验的弯心直径比弯曲试验相应增加一个钢筋直径。

先正向弯曲45度，后反向弯曲23度，后反向弯曲23度。

经反向弯曲试验后，钢筋受弯曲部位表面不得产生裂纹。

（3）表面质量

钢筋表面允许不得有裂纹、结疤和折叠。

钢筋表面允许有凸块，但不得超过横肋的高度，钢筋表面上其他缺陷的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允许偏差。

（4）尺寸、外形、重量和允许偏差

①公称直径范围及推荐直径

钢筋的公称直径范围为6～25mm，标准推荐的钢筋公称直径为6、8、10、12、16、20、25、32、40、50mm。

②带肋钢盘的表面形状及尺寸允许偏差

a.带肋钢筋横肋应符合下列基本规定：

b.横肋与钢盘轴线的夹角β不应小于45度，当该夹角不大于70度时，钢筋相对两面上横肋的方向应相反；

c.横肋与间距l不得大于钢筋公称直径的0.7倍；

d.横肋侧面与钢筋表面的夹角α不得小于45度；

e.钢筋相对两面上横肋末端之间的间隙（包括纵肋宽度）总和不应大于钢筋公称周长的20%；

f.当钢筋公称直径不大于12mm时，相对肋面积不应小于0.055；

公称直径为14mm和16mm，相对肋面积不应小于0.060；

公称直径大于16mm时，相对肋面积不应小于0.065。

③长度及允许偏差

a、长度：

钢筋通常按定尺长度交货，具体交货长度应在合同中注明；

钢筋以盘卷交货时，每盘应是一条钢筋，允许每批有5%的盘数（不足两盘时可有两盘）由两条钢筋组成。

其盘重及盘径由供需双方协商规定。

b、长度允许偏差：

钢筋按定尺交货时的长度允许偏差不得大于＋50mm。

c.弯曲度和端部：

直条钢筋的弯曲变应不影响正常使用，总弯曲度不大于钢筋总长度的40%；

钢筋端部应剪切正直，局部变形应不影响使用。

2.2.5螺旋钢管用途

螺旋钢管主要应用于自来水工程、石化工业、化学工业、电力工业、农业灌溉、城市建设，是我国开发的二十个重点产品之一。

（1）作液体输送用：

给水、排水。

作气体输送用：

煤气、蒸气、液化石油气。

（2）作结构用：

作打桩管、作桥梁；

码头、道路、建筑结构用管等。

2.2.6螺旋钢管的发展前景

螺旋钢管在输送燃气，运输方面发挥了很大的作用。

随着国内外多项重大管道工程的规划及建设，大变形管线钢、高强度级别热煨弯管和厚规格低温管件等高附加值产品，显现出良好的市场竞争能力和较大的市场需求，而国内企业在开发该系列产品方面进度比较缓慢。

为了尽快开发出适用于工业应用的高附加值大变形管线钢、热煨弯管用钢、管道站场用低温管件用钢，X100直缝埋弧焊管、螺旋缝埋弧焊管和热煨弯管，螺旋钢管，国内公司企业开始了积极的合作与创新。

如近日，首钢总公司与中石油渤海装备钢管制造公司经多次洽谈、协商，就联合开发高附加值石油天然气干线配套板材达成了合作意向。

由此可见，螺旋钢管在日常生活中有着重要的作用和广阔的发展前景。

2.3输水管道的柔性接口技术

2.3.1输水管的一般接口分类

根据接口的刚度不同，可将输水管接口大体分为柔性接口和刚性接口两种。

或按照连接的方式不同分为承插式、划入式等。

2.3.2柔性接口

柔性接口在输水管线中的地位经过曲折道路，得到了肯定。

各种柔性接口的特点、性能水平各有不同。

柔性接口作为管道的主要接口之一，以下对柔性接口做简单介绍。

2.3.2.1柔性接口的共性与个性

（1）胶圈柔性接口的共性

胶圈柔性接口一般都为承插口方式,在承插口的环形间隙中压缩一个胶圈,由受压胶圈的反弹力完成接口的密封。

这种连接允许承口管和插口管在连接处可以有轴向的相对移动,可以有以接口为支点的转动,所以,它可以释放因热胀冷缩起的轴向力,因不均匀沉降引起的弯曲应力,使埋设管线具有优秀的强度特性和水密特性。

（2）胶圈柔性接口的个性

虽然都是胶圈柔性接口,但性能是有很大差别的,特别是在适应不均匀沉降的能力这一点上。

各个管材标准都列出了接口的允许转动角。

但要注意的是即使列出的允许转动角相同,实际能力也是不同的。

因各个设计采用的富裕度是不同的,有的设计其转动角的允许值仅仅取用实际极限能力的一半甚至更少,有很高的安全保证,但也有转动角允许值很接近极限能力的设计,有的役计甚至只有在标准边界条件时才能土作,一些不利条件出现时就会失效。

各种胶圈反弹密封机制的柔性接口在口径较小时均表现出优越的性能,但随着口径的增大,对于不均匀沉降的适应能力就不同,这是管线设计工程师必须注意的。

2.3.2.2胶圈接口的分类及特点

目前,胶圈接口大致可分为以下几种：

（1）机械式压紧接口

20世纪30年代这种接口率先在煤气管线上得到应用。

现供水事业中,在球铁管上有一定应用。

通常称为K型接口。

由承口、插口、压盖（法兰圈）三者构成。

一个环形填料函,胶圈置于其中,其承插口间隙不能自行产生胶圈压缩反弹,是靠螺栓收紧才达到胶圈压缩反弹的,这是与其他胶圈柔性接口的一个重大的不同点。

它需要压盖和许多的螺栓,用料多,造价较高,安装操作虽较简便,但紧固螺栓的工作量很大,且有一定的技术要求。

口径大时管重、水重、复土重三者相当大,胶圈单位面积受力非常大,大口径时可以是小口径的几十倍,另一方面,水重加复土重两者较管重大得多,管线运行时的状态同安装时有较大的差别,因此,这种接口的大口径管线,通水运行时,这些有方向性的荷载有可能会形成胶圈局部压缩增大,这时相应也会有部分胶圈松弛,其结果是在胶圈松弛部,内水压将胶圈外推,接口漏水,这已有工程实践证实。

本文认为,应加大投人开发更有效率的接口,将能取得更好的效益。

（2）滚人式接口

滚入式接口主要在混凝土压力管上应用。

插口端放上胶圈,承口有一斜面,形成喇叭口。

安装时当插口向承口推人,胶圈由喇叭口导人承插口间隙,受压缩并在内滚动,由插口处的止台挡着定位。

因承插口间隙较胶圈直径小,由受压缩胶圈自行反弹提供水密。

由于内水压将胶圈向承口外侧推,胶圈靠近承口外端部,口径大时,稍有沉降胶圈就易被挤出失效。

随着对管线工程质量的重视,混凝土压力管的升级,其应用越来越少。

（3）插口槽滑入式接口

应用此种接口的管道种类较多，如一种美国大面积生产应用而在我国还没有应用接口，暂且称它为O型接口；

还有在我国因引黄工程得到推广的在PCCP管中应用的接口等。

因其种类较多且尚未得到大面积应用这里不做详细介绍。

（4）承口滑人式接口

①承口滑入式接口的优点

这是近年来在球墨铸铁管上迅速发展并采用的接口。

通常将这种接口称为T型接口,现美国球墨铸铁管销售中95%以上是这种接口的球墨铸铁管。

这种接口,胶圈预置于承口内,承口外端部同插口有很精密的配合,所以接口发生转动或轴向位移时,胶圈不可能被挤出承口,且内压有使胶圈压缩量增大的倾向。

承插口间隙设计成在各种不利条件迭加下仍能保证胶圈处于受压反弹状态,因此对不均匀沉降和高内压有极好的适应能力。

这种接口只要安装合格,运行中难以找到使接口失效的理由,所以至今未见用这种接口的管线在运行时发生接口漏水的报道。

②.承口滑入式接口的缺点

这种接口对尺寸公差有较高要求,球墨铸铁管插口的尺寸精度受浇注工艺制约,要达到钢材辗轧、挤压加工那样的精度是有一定难度的,甚至可以说,是不可行的。

目前,规模世界第二、中国第一的球墨铸铁管公司,这种接口的产品最大口径可做到DN1400,更大口径的产品还是用机械式压紧接口。

2.3.2.3柔性接口的优点

（1）认识柔性接口得以开始接口所承担的任务,不仅是通常所说的完成管节之间的连接并确保水密。

应注意的是接口还有一个重大任务,就是释放埋设管线在运行中所遇到的种种设计中未预见的、难以计算的外来荷载所引起的应力,如沉降、位移、温度变化等等因素引起的应力。

大量爆管实例的跟踪和分析表明,绝大部分的爆管是非正常荷载作用在管线局部构成特定受力模式而造成的,如是柔性接口,受力模式将会改变、荷载作用有所释放,爆裂发生条件就大大减少,爆裂就不一定发生。

（2）通过对柔性接口和刚性大的接口比较研究可得出一些刚性接口的问题原因。

如：

铸铁管大量爆裂的一个主要原因是石棉水泥接口、膨胀水泥接口的应用。

水泥接口刚性极大,将连接的两根管子牢固地结合成一体,不能释放不均匀沉降引起的弯曲应力、温度变化引起的拉伸应力,膨胀水泥接口因用了胶圈,所以即使水泥填料在承插口间隙内有所滑动,也不会有漏水先兆,一出问题就是爆裂。

2.3.2.4柔性接口与钢管的现场对焊焊接接口对比分析

（1）使用范围比较

柔性接口使埋设管线具有优秀的强度特性和水密特性,这是这些管材得到应用并取得长足发展的重要技术支持。

对于柔性接口新颁布国家行业标GJJ92--2002《市供水管网漏损控制及评定标准》,其中4.2.4条款规定:

新敷管道的接口应采用橡胶圈密封的柔性接口；

国家标准GB50332--2002《给水排水工程管道结构设计规范》,其中5.0.1条款规定：

对圆形管道的接口宜采用柔性连接。

在条文说明中,又做了进一步的说明：

给水排水工程中,各种材质的圆形管道广泛应用,这些管道可能出现的不均匀沉陷不可避免。

……这些圆形管道接口,宜采用柔性连接,以适应各种不同因素产生的不均匀沉陷,并至少应该在地基土质变化处设置口。

但是相对于许多管道的柔性接口，目前唯有钢管,其采用的代表性连接方法是现场沟槽中对接焊接。

（2）钢管焊接接口的独特原因及其弊端

钢管采用沟槽中对接焊接是有其历史原因和技术原因的。

对接焊是钢管的一种很有效的连接方法,在输水钢管线的建设中曾有很好的应用,但随着输水管线的发展,口径越来越大,距离越来越长,管线所经过的场地地质条件也就越来越复杂,这些发展给输水钢管带来巨大发展空间的同时,也带来一项很严重的负面效应,就是使沟槽对接焊接的难度大大增加,以至于陷人了不合格焊缝难以避免的困境。

2.3.2.5柔性接口的现状和发展

（1）柔性接口的现状

柔性接口在经过几十年的曲折展之后，得到了肯定。

目前已有多种形式，每种形式各有特点。

在我国，球墨铸铁管（DIP）