一种球墨铸铁管的锁定安装装置及安装方法与流程

本发明属于管道施工，特别涉及一种球墨铸铁管的锁定安装装置及安装方法。

背景技术：

1、当前，采用专用自锚式球墨铸铁管道在水平定向非开挖铺管中的运用，解决了以前hdpe管材运行中的不稳定和钢管管材防腐问题以及施工中对曲率半径过小的问题，是非开挖拉管施工在管材方面的一大进步。但是其缺点也相当明显：自锚接口的球墨铸铁管道涉及施工安装时对技术要求也是硬性要求，材料供应商会安排专业技术人员来施工现场指导管道接口的安装，特别是要检查挡环恢复弹性时锁住的位置是否到位；承插接口的外防护有一定要求，通常采用金属皮外包或聚乙烯热熔等材料防护；非开挖拉管在整个管道拖管到位后，对专用牵引管帽的拆除非常困难，在泥浆坑中解除管帽锁扣锁住的状态，需要采用专用工具和非常娴熟的技工在短时内都很难拆卸；最主要是这种自锚接口球墨铸铁管材目前市场供不应求俏，而且价格昂贵，专用球墨铸铁拉管市场每吨13000元左右，普通球墨铸铁管材市场每吨4500元左右，折合工程造价单位延米综合单价太高。

2、因此如何降低水平定向非开挖施工成本，成为摆在人们面前非常棘手的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供普通球墨铸铁管在非开挖施工中的运用方法及管道锁定装置来解决自锚接口球墨铸铁管施工价格过高、技术要求高、操作繁琐的问题。

2、本发明的第一方面，提供一种球墨铸铁管的锁定安装装置，包括管帽，所述管帽为圆锥形中空结构，其端部设置有用于连接扩孔器的连接件，所述连接件上设有连接孔，所述管帽的开口端与管道的一端密封连接；

3、密封闷板，所述密封闷板为圆盘状结构，其密封连接在管道另一端的端口，所述密封闷板上还贯穿活动连接有外牙螺丝杆，所述外牙螺丝杆上螺纹连接有螺帽，所述螺帽设置在所述密封闷板的外侧；

4、锁定钻杆，所述锁定钻杆置于管道内部，所述锁定钻杆一端与所述管帽连接，另一端固定连接在所述外牙螺丝杆上。

5、优选的，还包括报警系统，所述报警系统包括设置在锁定钻杆与管帽连接处及锁定钻杆与外牙螺丝杆连接处的撕裂传感器、贴附在所述锁定钻杆上的应力传感器，所述撕裂传感器、应力传感器电连接在同一个控制电路的输入端，所述控制电路的输出端还分别电性连接有第一报警器和第二报警器，所述控制电路将所述撕裂传感器、应力传感器的两路检测信号经过滤波处理后，转换为数字方波信号，经过两个稳压二极管稳压后传输到第一报警器和第二报警器。

6、本发明的第二方面，提供一种球墨铸铁管的安装方法，包括以下步骤：

7、s1前期准备步骤，施工前了解施工地地层情况，设计确定管道路径；

8、s2导向开孔步骤，采用钻孔机在施工地的地下钻出导向孔，导向孔的路径沿着预先确定的管道路径；

9、s3扩孔钻进步骤，待钻孔机的钻杆完成导向孔的开孔后，利用扩孔器的回拉对导向孔进行多级扩展，形成孔径大于导向孔的管道路径；

10、s4铺管检测步骤，将由普通球墨铸铁管连接而成的管道连接在扩孔器上，在扩孔器回拉的过程中完成管道铺设，铺设完毕后进行气密性检测。

11、优选的，步骤s2具体包括以下子步骤：

12、s21根据选定的导向轨迹的起始点和终点在地面起伏现状图的位置，开挖入孔坑和出孔坑；s2.2钻孔机的钻杆从入孔坑开始，沿导向轨迹进行钻孔直至从出孔坑伸出为止，形成导向孔。

13、优选的，步骤3具体包括以下子步骤：

14、s31钻杆从出孔坑伸出后，在钻杆上连接扩孔器；

15、s32待扩孔器连接完毕后，回拉钻杆，在回拉过程中，扩孔器对导向孔进行扩孔钻进。

16、优选的，步骤s4具体包括以下子步骤：

17、s41将普通球墨铸铁管在岸上进行“一字型”连接，形成完整的管道；

18、s42在管道上安装管道锁定装置，即在管道内部组装锁定钻杆，将锁定钻杆一端连接管道头部的管帽，另一端连接到管道尾部的密封闷板上的外牙螺丝杆上；

19、s43将管道头部的管帽通过连接件与扩孔器连接，在扩孔钻井的同时进行管道铺设；

20、s44待管道铺设完毕后，拆除管帽和钻杆；

21、s45待管道上的多余物拆除完毕后，对管道进行气密性检测，将测试气压设置为工作压力的1.5倍，管道在此气压状态下保持30分钟为合格。

22、优选的，在气密性检测完成后向管道内部进行冲水清理，冲洗时按照不小于1.5m/s的流速进行连续冲洗。

23、优选的，步骤s1具体包括以下子步骤：

24、s11了解工作现场的地面及地下情况，绘制地面起伏现状图；

25、s12根据不同管径在曲线安装时允许的偏转角，设计绘制标准轨迹曲线库；

26、s13将所绘制的地面起伏现状图与所绘制的标准轨迹曲线库进行叠合比对，选择满足施工需求的最佳导向轨迹。

27、优选的，最佳导向轨迹的确定具体包括如下步骤：

28、s1选定穿越障碍物的深度；

29、s2将穿越轨迹曲线分为穿入曲线段l1、缓和曲线段l2和穿出曲线段l3，其中穿入曲线段l1和穿出曲线段l3均为曲率变化的曲线段，缓和曲线段l2为基本呈直线的曲线段；

30、s3将普通球墨铸铁管的管长设为单位跨度，将每段单位跨度的普通球墨铸铁管以一固定变化角度构成单位曲线单元；

31、s4多段单位曲线单元构成穿入曲线段、穿出曲线段，与平滑的缓和曲线段形成一个穿越轨迹曲线并存储记录；

32、s5将不同管径普通球墨铸铁管的单位跨度的固定变化角度以一恒定值逐次增加直至普通球墨铸铁管允许最大偏转角，形成新的穿越轨迹曲线并存储记录，从而建立一标准轨迹曲线库；

33、s6将绘制的地面起伏现状图与标准轨迹曲线库的穿越轨迹曲线进行叠合比对，获得能够将障碍物包纳其中且最短曲线长度为最佳导向轨迹。

34、优选的，在建立一标准轨迹曲线库时，针对每种穿越障碍物构建一个标准轨迹曲线，并确定所述曲线的穿入曲线段l1、缓和曲线段l2、穿出曲线段l3，构建标准轨迹曲线具体包括以下步骤：

35、a1、将穿入曲线段l1的开始位置作为一个坐标原点，以需要穿越障碍物所处的水平方向作为x轴方向，以竖直向下的方向作为y轴方向，以一个单位跨度为坐标系的单位长度，构建一个坐标系；

36、a2、获取所需穿越障碍物离原点最近处的坐标点a1，所需穿越障碍物离原点最远处的坐标点a3，将坐标点a1和坐标点a3的中点作为障碍物圆心点ao，获取所述圆心点ao在坐标系上的坐标ao＝(xao,yao)，将所需穿越障碍物上离障碍圆心点ao最远的一个点标注为障碍区域点a4，获取所述障碍区域点a4在坐标系上的坐标a4＝(xa4,ya4)，并将所述圆心点ao和障碍区域点a4构建一个障碍函数(1)；

37、

38、其中，r为得到的障碍距离，f(x)为构建的障碍函数，x为构建的障碍函数的自变量，且x的取值区间为[xao-r,xao+r]，f(x)得到的结果为当自变量x取不同值时的障碍函数能得到的障碍的深度；

39、a3、获取所述穿出曲线段l3结束处的坐标点b1，获取所述坐标点b1在坐标系上面的坐标b1＝(xb1,yb1)，并将带入公式(2)，构建穿越函数；

40、

41、其中，g(x)为构建的穿越函数，x的取值区间为[0,xb1]，且当x取所有值时，对应的g(x)形成的抛物线则为最佳导向轨迹；

42、步骤a4、将所述最佳导向轨迹带入公式(3)，从而确定穿入曲线段l1、缓和曲线段l2、穿出曲线段l3；

43、

44、其中，g′(x)为对穿越函数g(x)求导，xl为最终确定穿入曲线段l1、缓和曲线段l2、穿出曲线段l3时的分割点，当g′(x)取值为-0.1时，计算得到相应的xl标记为xl1，当g′(x)取值为0.1时，计算得到相应的标记为xl2；

45、a5、当x的取值区间为[0,xl1]时，g(x)形成的抛物线则为穿入曲线段l1，当x的取值区间为(xl1,xl2)时，g(x)形成的抛物线则为缓和曲线段l2，当x的取值区间为[xl2,xb1]时，g(x)形成的抛物线则为穿出曲线段l3。

46、相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

47、本发明提供的一种球墨铸铁管的锁定安装装置及安装方法，通过对非开挖施工工艺的研究，充分利用球墨铸铁管良好材料性质和物理力学，采用改变非开挖拉管管材轴向受力方向，科学的设计管道拉管轨迹曲线，解决了给排水管道安装穿越道路、河道以及建筑物等障碍物水平定向非开挖铺管技术工艺施工时球墨管道需要采用专用管材(自锚管道接口)的问题，实现了普通k9级球墨铸铁管道(ductile iron pipes)在水平定向非开挖拉管中的创新运用。