大直径管道无损穿越管涵的施工方法与流程

1.本发明涉及管涵施工技术领域，具体涉及大直径管道无损穿越管涵的施工方法。


背景技术：

2.近年来长输供热发展迅速，在大直径供热管道安装过程中，管道安装环境的创造是最基本，也是最困难的一个环节，即实现管沟开挖，特殊段穿越等，其中在穿越管涵时，大多管涵都大致呈“u”字型，即两边高，中间低的情况，在管道按照管涵走向施工后，管道内开始注入高温高压液体，这时，管道因内部流体工况改变，管道会有一个向上的应力，这种向上的应力进一步导致了管道会向两侧伸长，类似于一根长条状的气球，在未充气时保持原装，一旦充满气，则会有一个伸直的趋势，为了精准的克服这种管道应力，应力位置点的计算方法就是重点；目前已知的穿越管涵的施工方法流程为：根据管涵图纸设计管道高程路由，再根据管道内工况，以及管道可能受到的最大应力，进行支架固定，该种方法未经过科学计算，且支架形式落后，无法很好的固定管道，仍可能导致管道偏位，产生较大位移。


技术实现要素：

3.本发明为了解决现有技术中穿越管涵施工过程中管道会产生较大位移的问题，提供了大直径管道无损穿越管涵的施工方法，该方法通过精准的计算与把控，减少了支架的使用，降低了施工成本。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：大直径管道无损穿越管涵的施工方法，包括以下步骤：步骤一，根据管道图纸进行bim建模和管涵建模，并赋予管道直径和壁厚参数，将管道模型导入sys模拟软件中，赋予管道材料抗拉强度和抗屈服强度参数；步骤二，模拟管道在两端固定，中间段无固定状态下的工况，在模型的端口赋予管道介质的工况，不考虑沿途阻力损失与温度变化，运行计算；步骤三，计算后得出在步骤三工况下的管道最大应力段和最大变形段，最大应力段和最大变形段的区段吻合，最大形变达到2.14m必须设置管道支架，管道最大应力处的管道截面应力分布情况，确定该应力的方向和大小，在管道应力最大管段区域，设置固定支架抵消管道内部应力，固定支架设置方法为：在管道折弯位置设置固定点，此外每隔20m设置一处，再次计算；步骤四，仍有部分自由段未设置固定点，管道发生位移形变，再该处位置按照30m一处设置固定点，再次计算得知，管道应力小于管道保护壳最大承受应力，全部符合管道材料要求；步骤五，对固定点进行删减或调整，保证管道能够承伤应力的同时尽量减少固定点数量，将固定点参数导出，对参数进行统计，得出固定点数量，固定点应力大小及方向，以该参数设计对应的固定支架，根据管涵图纸进行建模，并与管道模型进行链接绑定，参数共享，在cfd模拟软件中确定的支架位置并进行支架设计，确定支架方向，所需承担应力大小
和方向；步骤六，施工过程中，完成管道焊接后，在固定点处安装固定支架，管道应力较大和位移较大处，按照每20m一个支架的原则，补全管道系统中的限位支架，拆除管涵内多余支撑设备。
5.通过上述技术方案，本发明的有益效果为：1.本发明通过bim技术模拟管道穿越管涵后所受应力区段，计算出需要设置支架的固定点，根据应力大小和方向提前设计好固定支架，使支架对管道的固定更加可靠，避免管道因应力较大发生位移，实现对管道应力精准的计算与把控，减少了支架的使用，降低了施工成本和施工时间。
6.2.本发明施工方法避免了施工对管涵造成的结构性损坏的等隐患，实现了精准抵消应力下的无损穿越该工法设计理论直接有效，施工方便，设备机械简单，施工速度快，施工成本低，运行更稳定可靠，为项目的顺利开栓供暖打下了基础，同时本工法可广泛应用于类似项目中。
7.3.本发明通过固定支架和限位支架现象对管道的无损固定，支架与管道和管涵没有任何连接关系，不会对管道或管涵造成损坏，减少对管道或管涵的修复时间，缩减施工时间。
附图说明
8.图1是本发明大直径管道无损穿越管涵的施工方法工艺流程图；图2是本发明龙门架的结构示意图；图3是图2中a处放大图；图4是本发明固定支架的结构示意图；图5是本发明限位支架的结构示意图。
9.附图中标号为：1为架体立杆、2为架体横梁、3为架体支座、4为斜撑、5为制动万向轮、6为吊环、7为起重器、8为调节螺杆、9为固定块、10为调节螺母；11为防潮垫、12为底板、13为三角肋板、14为管道固定板、15为固定顶杆、501为固定板顶杆、502为支撑板顶杆、16为螺栓杆、17为顶杆套筒、18为涵壁支撑板、19为辅助支撑杆、110为调节螺栓、111为管道；31为涵洞、33为支撑杆、34为垫板、35为斜撑杆。
具体实施方式
10.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：如图1所示，大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据管道图纸进行bim建模，在模型中体现管道的材质、外径、壁厚等参数，并1:1还原管道路由情况，将管道模型导入至sys模拟软件中，为管道材质赋予参数，本项目采用20号钢作为管道材料，需考虑参数有：抗拉强度，抗屈服强度等参数等。
11.步骤二，模拟管道在两端固定，中间段无固定状态下的工况；在模型的端口赋予管道介质的工况，本项目边界条件为：介质为水，温度130摄氏度，流速为2.4m/s，管道压力为2.5mpa；不考虑沿途阻力损失与温度变化，运行计算。
12.步骤三，计算后得出在步骤三工况下的管道最大应力段，与最大形变段，发现该两种不利情况的区段吻合，得出管道最大应力处的管道截面应力分布情况，确定该应力的方向和大小，最大形变达到2.14m，存在严重的安全隐患，因此不设置管道支架是不可行的，在管道应力最大管段区域，设置固定支架抵消管道内部应力，阻止管道位移形变，设置放方法为：在管道折弯位置设置固定点，此外每隔20m设置一处，再次计算。
13.步骤四，计算后发现管道最大应力处应力变小，基本符合管道材料承受要求，但仍有部分自由段未设置固定点，管道发生位移形变，再该处位置按照30m一处固定点，再次计算。
14.步骤五，经过步骤五计算得知，管道应力小于3mpa，该数值为管道保护壳最大承受应力，全部符合管道材料要求。
15.步骤六，对固定点进行删减或调整，尽量减少固定点数量。
16.步骤七，将固定点参数导出，对参数进行统计，得出固定点数量，固定点应力大小及方向，该数据为支架设计数据。
17.步骤八，根据管涵图纸进行建模，并与管道模型进行链接绑定，参数共享，在cfd模拟软件中确定的支架位置处进行支架设计，确定支架方向，所需承担应力大小和方向。
18.步骤九，在固定支架设计完成后，按照每20m一个支架的原则，补全管道系统中的限位支架，限位支架作用为限制管道过量位移。
19.步骤十，固定支架和限位支架出图，图纸表达信息有：支架位置，支架形式和材料，制作方法及安装施工方法。
20.步骤十一，管道施工中，为了使管道与管涵底部的相对位置稳定，需要将大型管道与所在管涵平行安装，设计龙门架作为管道调整高度时所用工具，并使用水平尺进行与管涵的平行测量，确认就位后固定管道并完成管道焊接。
21.步骤十二，安装管道固定支架与限位支架。
22.步骤十三，拆除龙门架，临时支撑等措施将管道完全由无损支架支撑。
23.如图2～图3所示，本实施例中龙门架使用一种简易的龙门架吊装装置，包括两个架体支座3，两个所述架体支座3平行设置，两个所述架体支座3下方均设有制动万向轮5，所述制动万向轮5位于架体支座3两端处，两个所述架体支座3上均设有架体立杆1，所述架体立杆1与架体支座3垂直设置，所述架体立杆1顶端设有架体横梁2，所述架体横梁2连接两个架体立杆1，所述架体横梁2上设有吊环6，所述吊环6套设在架体横梁2上，所述吊环6与横梁2滑动连接，所述吊环6下端连接有起重器7，所述起重器7上设有挂钩与待吊装物品连接。通过将吊环6在架体横梁2上滑动来改变起重器7的位置，将起重器7滑动到合适位置后，通过起重器7将管道进行吊起。本实施例起重器7使用手板葫芦起重器。
24.所述架体横梁2上设有调节机构，所述调节机构调节吊环6在架体横梁2上滑动。调节机构用于调节吊环6在架体横梁2上滑动。
25.所述调节机构包括调节螺杆8、两个固定块9和调节螺母10，两个所述固定块9均固定在架体立杆1上、且分别位于吊环6两侧，所述调节螺杆8穿过固定块9和吊环6，所述调节螺杆8两端均设有调节螺母10。所述调节螺杆8与固定块9转动连接，所述调节螺杆8与吊环6螺纹连接。通过转动调节螺母10使调节螺杆8转动，从而使吊环6在丝杆上移动，达到调节吊环6位置的目的。
26.所述架体立杆1上设有斜撑4，所述斜撑4一端与架体立杆1连接、另一端与架体支座3端部连接。
27.使用时，通过转动调节螺母10使调节螺杆8转动，从而使吊环6在丝杆上移动，调节起重器7的位置，将起重器7滑动到合适位置后，通过起重器7将管道进行吊起。
28.如图4所述，本实施例固定支架采用一种穿越防护设施大直径供热管道的可调节无损固定装置，包括底板12，所述底板12上设有管道111，所述底板12上设有管道固定板14，所述管道固定板14位于管道111两侧、且与管道固定板14固定连接，所述管道固定板14一侧设有固定顶杆15，所述固定顶杆15包括固定板顶杆501和支撑板顶杆502，所述固定板顶杆501一端与管道固定板14连接、另一端外侧套设有顶杆套筒17，所述支撑板顶杆502一端位于顶杆套筒17内、另一端连接有涵壁支撑板18，所述顶杆套筒17上设有垂直穿过顶杆套筒17的螺栓杆16，所述固定板顶杆501和支撑板顶杆502分别位于螺栓杆16两侧，所述螺栓杆16两端均设有调节螺栓110，所述调节螺栓110一端设有螺栓套，所述螺栓套与调节螺栓110转动连接有，所述螺栓套外侧铰接辅助支撑杆19，所述调节螺栓110上设有两个辅助支撑杆19，两个所述辅助支撑杆19分别与固定板顶杆501和支撑板顶杆502铰接。通过两个管道固定板14对管道111进行固定，转动调节螺栓110在螺栓杆16上移动，通过辅助支撑杆19调节固定顶杆15在顶杆套筒内伸缩，从而调节管道111到两侧管涵内壁的距离，支撑板顶杆502一端连接涵壁支撑板18增大管涵混凝土受力面积，避免混凝土结构受损。
29.所述管道固定板14与底板12连接处设有三角肋板13。防止管道固定板14受管道111变形横向应力断裂。
30.所述涵壁支撑板18根据涵壁形状设置。涵壁支撑板18增大管涵混凝土受力面积，避免混凝土结构受损。
31.所述底板12下方设有防潮垫11。防止管道111底部保温外表皮与管涵底部混凝土产生摩擦破损。
32.使用时，通过防潮垫11防止管道111底部保温外表皮与管涵底部混凝土产生摩擦破损，通过涵壁支撑板18增大管涵混凝土受力面积，避免混凝土结构受损，通过两个管道固定板14对管道111进行固定，转动调节螺栓110在螺栓杆16上移动，通过辅助支撑杆19调节固定顶杆15在顶杆套筒内伸缩，从而调节管道111到两侧管涵内壁的距离。
33.如图5所示，本实施例限位支架包括支撑杆33，管道111位于管涵31内，所述管道111的两侧和上方均设有支撑杆33，支撑杆33位于管道111与管涵31之间，所述支撑杆33两端均设有垫板34，位于管道111上方的支撑杆33上设有斜撑杆35，所述斜撑杆35一端与支撑杆33连接、另一端连接有垫板34，所述斜撑杆35一端的垫板34顶在管涵33的内壁上。限位支架与管道111和管涵31均无连接关系，通过三个方向的支撑杆33对管道111进行固定。
34.以上所述之实施例，只是发明的较佳实施例而已，并非限制本发明实施范围，故凡依本发明专利范围所述技术方案所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

技术特征：
1.大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据管道图纸进行bim建模和管涵建模，并赋予管道相关参数，将管道模型导入sys模拟软件中，为管道材质赋予参数；步骤二，模拟管道在两端固定，中间段无固定状态下的工况，在模型的端口赋予管道介质的工况，不考虑沿途阻力损失与温度变化，运行计算；步骤三，计算后得出在步骤三工况下的管道最大应力段，管道最大应力处的管道截面应力分布情况，确定该应力的方向和大小，在管道应力最大管段区域，设置固定支架抵消管道内部应力，再次计算；步骤四，仍有部分自由段未设置固定点，管道发生位移形变，再该处位置设置固定点，再次计算得知，管道应力小于管道保护壳最大承受应力，全部符合管道材料要求；步骤五，对固定点进行删减或调整，保证管道能够承伤应力的同时尽量减少固定点数量，根据步骤四中计算结果及管涵模型设计对应的固定支架；步骤六，施工过程中，完成管道焊接后，在固定点处安装固定支架，在管道上安装限位支架。2.根据权利要求1所述大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，所述步骤一中赋予管道直径和壁厚参数，赋予管道材料抗拉强度和抗屈服强度参数。3.根据权利要求1所述大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，所述步骤三中计算后得出在步骤三工况下的管道最大应力段和最大变形段，最大应力段和最大变形段的区段吻合，最大形变达到2.14m必须设置管道支架。4.根据权利要求1所述大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，所述步骤三中固定支架设置方法为：在管道折弯位置设置固定点，此外每隔20m设置一处。5.根据权利要求1所述大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，所述步骤四中固定点按照30m一处设置。6.根据权利要求1所述大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，所述步骤五中将固定点参数导出，对参数进行统计，得出固定点数量，固定点应力大小及方向，以该参数设计对应的固定支架。7.根据权利要求6所述大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，根据管涵图纸进行建模，并与管道模型进行链接绑定，参数共享，在cfd模拟软件中确定的支架位置并进行支架设计，确定支架方向，所需承担应力大小和方向。8.根据权利要求7所述大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，在固定支架设计完成后，管道应力较大和位移较大处，按照每20m一个支架的原则，补全管道系统中的限位支架。9.根据权利要求1所述大直径管道无损穿越管涵的施工方法，其特征在于，步骤六中施工完成后拆除管涵内多余支撑设备。

技术总结
本发明涉及管涵施工技术领域，具体涉及大直径管道无损穿越管涵的施工方法，通过BIM技术模拟管道穿越管涵后所受应力区段，计算出需要设置支架的固定点，根据应力大小和方向提前设计好固定支架，使支架对管道的固定更加可靠，避免管道因应力较大发生位移，实现对管道应力精准的计算与把控，减少了支架的使用，降低了施工成本和施工时间。低了施工成本和施工时间。低了施工成本和施工时间。


技术研发人员：郭融鹏 何亚军 杨统元 卑立静 吕东泊 王熙博
受保护的技术使用者：宝冶（郑州）建筑工程有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/28