CN109898558B - 用于沉管的冲沉装置及沉管冲沉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于沉管的冲沉装置及沉管冲沉方法，其涉及沉管施工技术领域，旨在解决在软土地基的大型河道上开挖管槽，由于土质较软，管槽难以挖成且容易塌陷的技术问题，其技术方案要点包括设置在沉管下侧的若干个用于射出高压水流的冲泥器，若干个所述冲泥器沿所述沉管的轴向设置，所述冲泥器连接有水泵，将沉管冲沉时，将沉管和冲泥器同时放入水内，水泵将水输入冲泥器内，冲泥器将高压水射向沉管底部的土层，使得沉管底部的土液化，丧失承载能力，沉管从而可以顺利埋入软土地基的水底，以此可以代替开挖管槽的方式，有利于提高工程效率。

Description

用于沉管的冲沉装置及沉管冲沉方法

技术领域

本发明涉及沉管施工技术领域，更具体地说，它涉及一种沉管冲沉设备及方法。

背景技术

传统沉管采用水下开挖管槽并抛石平整，钢管拼装后浮运就位，灌水下沉，水下抛石压重，回填土恢复河床标高，最后河岸两侧防汛河堤按原标准恢复。管线走向应结合地形、工程地质，布置在平缓、河水主流线摆动不大的顺直河段上。

采用传统水下大开挖法施工沟槽，其主要施工工序为：参数计算-测量放线-管道组焊-无损检测-试压-防腐补口-管沟开挖-抽污泥-沟底测量-漂管沉降-管道测量-稳管-回填-护岸及地貌恢复。施工过程大部分在水上进行，要用到挖泥船，清槽及稳管阶段要有潜水员进行辅助作业。沉管法对两岸场地没有要求，有利于管道高程控制，不影响两岸的景观，施工周期短。适合于周围没有桥梁依托时、穿越较大且景观通航要求较高的河流。

但是，当遇到软土地基的大型河道时，该层土承载力较低，采用传统沉管方案，在开挖管槽时，管槽难以开挖且容易塌陷，降低施工效率，有待改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一目的在于提供一种用于沉管的冲沉装置，能顺利将沉管沉入水底，提高施工效率。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种用于沉管的冲沉装置，包括设置在沉管下侧的若干个用于射出高压水流的冲泥器，若干个所述冲泥器沿所述沉管的轴向设置，所述冲泥器连接有水泵。

通过采用上述技术方案，将沉管冲沉时，将沉管和冲泥器同时放入水内，当沉管和冲泥器沉到水底后，水泵将水输入冲泥器内，冲泥器将高压水射向沉管底部的土层，使得沉管底部的土液化，丧失承载能力，沉管从而可以顺利下沉至设计标高，以此可以代替开挖管槽的方式，有利于提高工程效率。

进一步地，所述冲泥器包括至少两个设置在所述沉管下侧的花管，所述花管一端封闭、另一端连接有软管，所述软管远离所述花管的一端与所述水泵的出水口连接，所述花管远离所述沉管的一侧均布有若干个喷孔，所述喷孔的侧壁上安装有单向阀。

通过采用上述技术方案，将沉管沉入水底，通过水泵将水输入花管内，最后通过单向阀将高压水喷向水底土层，将土液化，使得水底土层丧失承载能力，以此可以将沉管沉入水底，代替了开挖管槽的方式，有利于提高工程效率。

进一步地，相邻所述花管之间的角度为20度-50度。

通过采用上述技术方案，当花管下沉时，利用花管之间的角度在20度-50度之间，花管喷出的水压相等，减少花管产生偏斜的可能性。

进一步地，所述喷孔的孔径为2-30mm，相邻所述喷孔的纵向间距为0.5-1m，相邻所述喷孔之间的角度为20度-40度。

通过采用上述技术方案，利用均匀分布喷孔喷出的水，将沉管下方的土层液化，降低土层的承重能力，沉管从而可以顺利沉入水底。

进一步地，所述沉管远离所述冲泥器的一侧均布有若干个配重块。

通过采用上述技术方案，利用配重块，以此可以减少冲击水底土层给沉管带来的反冲力，便于沉管顺利下沉。

本发明的另一个目的在于提供一种沉管冲沉方法，包括1-6任意一项权利要求所述的特征，具体施工步骤为：

（1）将应变片和配重块分别安装在沉管的上侧壁上，将冲泥器安装在沉管的下侧壁上；

（2）将冲泥器和沉管一起沉入水内，当沉管和冲泥器沉到水底后，通过水泵将水输入软管中，软管再将水输入冲泥器内，单向阀将高压水射向沉管底部土层，使沉管底部土液化，应变片实时检测沉管承受的应变，并将数据传递给应力检测仪，如果应变超过设定值，通过水泵控制冲泥器喷出的水压，调整沉管下沉的深度，控制沉管下沉中产生的沉降差；

（3）直至沉管下沉至设计标高；

（4）将水泵更换为泥浆泵，将水泥将注入软管内，软管将水泥浆输入冲泥器内，冲泥器再将水泥浆喷出，形成管道基础。

通过采用上述技术方案，在沉管前，将应变片、配重块以及冲泥器安装在沉管的侧壁上，将沉管沉入水内，当沉管和冲泥器沉到水底后，水泵将水输入软管内，水流再沿着软管进入冲泥器内，单向阀输出较大水压，将沉管下方的土层液化，降低土层承重能力，从而可以顺利将沉管下沉到设计标高处，再将水泵更换为泥浆泵，将水泥将依次输入软管和冲泥器内，冲泥器再将水泥浆喷出，形成管道基础，从而可以固定管道；在下沉的过程中，通过应变片实时检测沉管下沉受到的应变，以此可以及时调整冲泥器，调整沉管下沉的深度，减少沉管下沉不均匀，引起沉管破裂。

进一步地，在实施步骤（2）时，采用河面吸泥船的吸泥器将冲泥器冲起的泥浆吸走。

通过采用上述技术方案，利用河面吸泥船的吸泥器将冲泥器充气的泥浆吸走，减少呈液化状的泥浆对沉管下沉产生的干扰，有助于沉管稳定的下沉。

进一步地，在实施步骤（2）时，位于中央段的冲泥器带着沉管先下沉不大于20cm的深度，位于中央段的冲泥器向沉管两端的冲泥器依次下沉不大于20cm的深度，循环往复，直至沉管下沉至设计标高。

通过采用上述技术方案，先将位于中央段的冲泥器下沉，中央段两侧的冲泥器再向其两端依次下沉，以此可以及时调整沉管下沉的姿势，减少沉管下沉承受较大的应变，引起沉管破裂的情况。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、利用水泵将水输入冲泥器内，冲泥器将沉管下方的土层液化，土层失去承重能力，从而可以将沉管下沉至设计标高，代替了开挖管槽的方式，有利于提高工程效率；

2、利用应变片实时监控沉管承受的应变，当应变超过设定值，调整冲泥器，调整沉管下沉的深度，减少沉管下沉不均匀的情况，降低沉管承受较大的应变产生破裂的可能性；

3、利用河面吸泥船的吸泥器将泥浆吸走，减少泥浆对沉管下沉产生的干扰，有利于沉管平稳的下沉。

附图说明

图1为体现实施例一的结构示意图。

图2为体现实施例一中冲泥器的结构示意图。

图3为体现图2中A部放大图。

图中：1、沉管；2、冲泥器；20、花管；21、软管；22、喷孔；23、单向阀；3、水泵；5、配重块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

参照图1，一种用于沉管的冲沉装置，包括设置在沉管1下侧的若干个用于射出高压水流的冲泥器2，优选七个，若干个冲泥器2沿沉管1的轴向设置，冲泥器2连接有水泵3；将沉管1和冲泥器2沉入水内，当沉管和冲泥器沉到水底后，将水泵3将水输入冲泥器2内，冲泥器2将高压水射向沉管1下方的土层，土层被液化，降低土层的承重能力，沉管1从而可以顺利沉入水底，代替在水底开挖管槽的方式，提高施工效率。

参照图1，沉管1远离冲泥器2的一侧均布有若干个配重块5，优选600Kg配重块5；通过在沉管1上安装配重块5，以此可以减少冲击水底土层给沉管1带来的反冲力，有利于沉管1稳定的下沉。

参照图2，冲泥器2包括至少两个设置在沉管1下侧的花管20，优选三个花管20，相邻花管20之间的角度为20度-50度，优选45度；花管20一端封闭、另一端连接有软管21，软管21远离花管20的一端与水泵3的出水口连接。

参照图3，花管20远离沉管1的一侧均布有若干个喷孔22，喷孔22的孔径为2-30mm，相邻喷孔22的纵向间距为0.5-1m，相邻喷孔22之间的角度为20度-40度，优先30度；喷孔22的侧壁上安装有单向阀23；水泵3将水沿着软管输入花管20内，高压水从单向阀23喷出，高压水的压力在0.8~2.0Mpa之间，单向阀23可以避免水内的杂质进入花管20内，高压水流将沉管1下方的土层液化，降低土层的承重能力，沉管1从而可以顺利埋入水底，以此代替在土层开挖管槽的方式，提高施工效率。

上述实施例的实施原理为：通过水泵3将水输入冲泥器2内，冲泥器2将高压水冲向沉管1下方的土层，土层进行液化，土层从而丧失承重能力，沉管1从而可以沉入水底，代替了开挖管槽的方式，提高了施工效率。

实施例二：

一种沉管冲沉方法，具体施工步骤为：

（1）将应变片和配重块分别安装在沉管的上侧壁上，将冲泥器安装在沉管的下侧壁上；

（2）将冲泥器和沉管一起沉入水内，当沉管和冲泥器沉到水底后，通过水泵将水输入软管中，软管再将水输入冲泥器内，单向阀将高压水射向沉管底部土层，使沉管底部土液化，应变片实时检测沉管承受的应变，并将数据传递给应力检测仪，如果应变超过设定值，通过水泵控制冲泥器喷出的水压，调整沉管下沉的深度，控制沉管下沉中产生的沉降差；采用河面吸泥船的吸泥器将冲泥器冲起的泥浆吸走;位于中央段的冲泥器带着沉管先下沉不大于20cm的深度，位于中央段的冲泥器向沉管两端的冲泥器依次下沉不大于20cm的深度，循环往复；

（3）直至沉管下沉至设计标高；

（4）将水泵更换为泥浆泵，将水泥将注入软管内，软管将水泥浆输入冲泥器内，冲泥器再将水泥浆喷出，形成管道基础。

施工方法具体:首先将冲泥器、应变片和配重块安装在沉管上，当沉管和冲泥器沉到水底后，水泵将水沿着软管输入冲泥器，第四段的冲泥器将高压水冲向沉管下方的土层，土层被液化，河面吸泥船的吸泥器将冲泥器冲起的泥浆吸走，第三段和第五段的冲泥器带着沉管下沉，河面吸泥船的吸泥器将冲泥器冲起的泥浆吸走，第二段和第六段的冲泥器再带着沉管下沉，河面吸泥船的吸泥器将冲泥器冲起的泥浆吸走，冲泥器每次下沉的深度不大于20cm，应变片实时检测沉管承受的应变，当沉管承受的压力超过设定值，调整冲泥器射出的水压，减少沉管下沉的不均匀，以此可以将沉管沉入水底。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种用于沉管的冲沉装置，其特征在于：包括设置在沉管（1）下侧的若干个用于射出高压水流的冲泥器（2），若干个所述冲泥器（2）沿所述沉管（1）的轴向设置，所述冲泥器（2）连接有水泵（3）；

所述冲泥器（2）包括至少两个设置在所述沉管（1）下侧的花管（20），所述花管（20）一端封闭、另一端连接有软管（21），所述软管（21）远离所述花管（20）的一端与所述水泵（3）的出水口连接，所述花管（20）远离所述沉管（1）的一侧均布有若干个喷孔（22），所述喷孔（22）的侧壁上安装有单向阀（23）。

2.根据权利要求1所述的用于沉管的冲沉装置，其特征在于：相邻所述花管（20）之间的角度为20度-50度。

3.根据权利要求1所述的用于沉管的冲沉装置，其特征在于：所述喷孔（22）的孔径为2-30mm，相邻所述喷孔（22）的纵向间距为0.5-1m，相邻所述喷孔（22）之间的角度为20度-40度。

4.根据权利要求1所述的用于沉管的冲沉装置，其特征在于：所述沉管（1）远离所述冲泥器（2）的一侧均布有若干个配重块（5）。

5.一种沉管冲沉方法，其特征在于：包括1-4任意一项权利要求所述的冲沉装置，具体施工步骤为：

（1）将应变片和配重块分别安装在沉管的上侧壁上，将冲泥器安装在沉管的下侧壁上；

（2）将冲泥器和沉管一起沉入水内，当沉管和冲泥器沉到水底后，通过水泵将水输入软管中，软管再将水输入冲泥器内，单向阀将高压水射向沉管底部土层，使沉管底部土液化，应变片实时检测沉管承受的应变，并将数据传递给应力检测仪，如果应变超过设定值，通过水泵控制冲泥器喷出的水压，调整沉管下沉的深度，控制沉管下沉中产生的沉降差，第四段的冲泥器将高压水冲向沉管下方的土层，第三段和第五段的冲泥器带着沉管下沉，第二段和第六段的冲泥器再带着沉管下沉，冲泥器每次下沉的深度不大于20cm，循环往复，当冲泥器靠近水底后，冲泥器将沉管下方的土液化后，河面吸泥船的吸泥器将泥浆吸走；

（3）直至沉管下沉至设计标高；

（4）将水泵更换为泥浆泵，将水泥浆注入软管内，软管将水泥浆输入冲泥器内，冲泥器再将水泥浆喷出，形成管道基础。

6.根据权利要求5所述的沉管冲沉方法，其特征在于：在实施步骤（2）时，采用河面吸泥船的吸泥器将冲泥器冲起的泥浆吸走。

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