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：
一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。
一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。
一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的80～97％。
一种钢管水中施工方法，封堵用的气囊工作压力为0.15～0.5MPa。
一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％。
一种钢管水中施工方法，进、排水口和充、排气口应连接阀门。
一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。
一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。
一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。
一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。
一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。
一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。
一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地改变。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
【附图说明】
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：1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
【具体实施方式】
实施例1，如图1所示，排污钢管水中施工方法。钢管1直径为2m，总长度为1000m，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200mm，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1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1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1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1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1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；
8、当钢管1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1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1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1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1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。