專利名稱：水下鋼制管爆裂快速簡易修復方法
技術領域：
本發(fā)明公開了一種水下鋼制管爆裂快速簡易修復方法，適用于水下修復爆裂的自來水管道、排水壓力管道、石油管道、煤氣管道、乙炔管道、壓縮空氣管道、引水管道等帶壓金屬管道。
目前傳統(tǒng)的水下管漏搶修的施工方法大致可分為三類圍堰施工法、沉箱施工法、更換新水管法。圍堰施工法，要將水下爆裂金屬管道周圍一大片水域，采用圍堰方法圍欄起來，將水抽干再補焊，化費時間長，工程投資大。沉箱施工法(水下干法焊接)，采用焊接修補水下管道，此法設備大型化，施工復雜難以達到要求，焊接輔助工作時間長，成本高，耗資大，對于財源不足的中小企業(yè)所難以實現(xiàn)的。更換新水管法，是將成型水下金屬管道用駁船及起重設備吊浮起來，然后更換新的水管，難度大，工期長，費用高。目前，國外焊接水下管道采用水下干法焊接為多。我們也委托有關工程單位在水下補焊修補，采用直接補焊，補焊加辮狀鋼板焊、補焊加鋼制哈夫、補焊加焊弧形鋼板及扁鋼加強等六個修復方案，四位潛水焊工輪流焊接82.6小時，修復竣工后，經(jīng)泵水壓力為1.6～1.95公斤力/平方公分之間，均未達到過河倒虹吸管道的試驗壓力要求。經(jīng)分析，主要是所謂空氣排水電焊法，只是焊縫部位局部排水，焊件的大部分都在水體之中，水的急驟冷卻作用仍然存在，焊接金屬體和基本金屬之間的無過渡保護區(qū)域，焊接表明達不到的要求程度而形成淬火，迫使焊接再度破裂，難以修復。
本發(fā)明目的在于提出一種水下鋼管爆裂快速簡易修復方法，采用法蘭哈夫套筒膨脹氯化鈣水泥砂漿填料修復水下鋼制管道，設備比較簡單，操作簡便，施工可行，速度快，修復費用低廉，效果好。
膨脹氯化鈣水泥砂漿機理與配方，為了使水下爆裂、損壞鋼制管及早修復運行，使填料具有速凝早強性、抗?jié)B性，我們研制了膨脹氯化鈣水泥砂漿，根據(jù)有關資料表明，不摻鋁粉的水泥砂漿收縮率為0.47～0.52%，摻入0.01%鋁粉后，水泥砂漿內(nèi)均布著的鋁粉與水泥水過程中產(chǎn)生的氫氧化鈣起作用，產(chǎn)生密閉氫氣泡，使水泥砂漿在初凝時產(chǎn)生的體膨率為0.93～1.78%。
為了減少水泥砂漿硬結時的收縮，我們進行了水泥砂漿配合比設計。對水下膨脹氯化鈣的材料，經(jīng)配性能及施工方法進行了廣泛的研究和探討。水下水泥砂漿鋁粉摻量按式計算Ac＝ (kα)/(βα) (1.2 (F)/(C) +αo)式中Ac-水泥砂漿中的鋁粉摻量(與水泥重量比);
(F)/(C) -水泥中粉煤灰與水泥塑料之比(約為0.25～0.66);
βα-鋁粉中的純鋁含量;
kα-與水泥品種及標號有關系數(shù);
αo-與水泥砂漿中的砂灰比有關系數(shù);
水深5米摻鋁粉水泥砂漿膨脹，相當1個大氣壓下的膨脹率7.5%
膨脹氯化鈣水泥砂漿(水下84pz粘聚劑)配料成份范圍(未加水的干料)為600號硅酸鹽水泥，36～39.5%(重量)砂子63～59.3%(重量)鋁粉0.007～0.008%(重量)固體氯化鈣0.9～1.1%(重量)各組份的總和為100%(重量)其中600號硅酸鹽水泥為膨脹氯化鈣水泥砂漿主液，砂子為骨料，鋁粉為膨脹劑，氯化鈣為早強劑。
施工時先將600號硅酸鹽水泥、砂子、鋁粉、固體氯化鈣按重量百分比稱量好，硅酸鹽水泥、砂子、鋁粉干料先拌和，固體氯化鈣溶解在適量的水中，將混和的干料攪拌成稀粥狀，以噴漿泵吸入為準。
水下鋼制法蘭哈夫套筒，是根據(jù)水下灌注施工技術，對膨脹氯化鈣水泥砂漿硬化條件，必須具有較適宜的溫度條件及水下鋼制管爆裂修補現(xiàn)狀，經(jīng)多方論證和比較，進行綜合研究設計。膨脹氯化鈣水泥砂漿一般在水養(yǎng)護條件下確能達到充分的膨脹，能起到密封填層的作用，它能完全填實哈夫套筒與管道之間的空隙，能使填料迅速通水承壓。
鋼制法蘭哈夫套筒由異徑管段拼焊組合，套筒中間段一個直徑、兩頭為同一個直徑。異徑管段組合是套筒中間段兩頭截面加焊園形鋼制件過渡吻合，按技術要求尺寸進行加工。法蘭哈夫套筒中間段與鋼制管道之間留有一定空隙，長度為一節(jié)卷焊鋼管長度加二分之一角鋼加強長度，再加一定量的裕度。套筒兩頭小徑管段與管道之間的空隙，以嵌縫材料橡膠圈直徑加搭接銅線線徑度。法蘭連接板與哈夫套筒焊縫處，必須加焊厚三角鋼板加強，鋼板加強點要適量均布，免造成焊件變形。法蘭連接板采用厚度大于哈夫套筒厚度厚鋼板制成。
法蘭哈夫套筒材質(zhì)用A3普通炭素鋼板制成，哈夫套筒為加厚管，能承受水壓力試驗為30公斤力/平方公分。對鋼制法蘭哈夫套筒應作力學計算，計算主要有兩個方面，一是法蘭連接板的計算，二是哈夫套筒壁的計算，法蘭哈夫套筒焊接時，應按設計要求焊上供吊裝使用的吊環(huán)，使兩半片的法蘭哈夫套筒對接不會歪斜，為了減少鋼制材料的溫度應力，在焊接法蘭連接板和哈夫套筒時應選擇氣溫最低時刻進行，并在焊接后立即用干土復蓋，免造成焊件變形。
水下鋼制管爆裂快簡易修復方法1、在水下管道破裂處清基，采用高壓水管的水流沖基，清理出施工場地。
2、管道破裂處進行水下補焊，用水下空氣排水電焊直接補焊，在管道破裂處補貼上鋼板，四周焊接，這樣可嚴格防止膨脹氯化鈣水泥砂漿滲入管道內(nèi)。
3、用定位打撈船、龍門架滑輪將鋼制法蘭哈夫套筒吊裝就位，兩哈夫法蘭之間在陸地用環(huán)氧樹脂粘貼上橡皮板襯墊，用緊固螺栓將兩法蘭哈夫套筒上緊。
4、嵌縫材料使用橡膠圈(此橡膠圈為裁斷，用銅絲搭接)，法蘭哈夫套筒兩頭小徑管段與鋼制管道之間，密封填料用膨脹性水泥(俗稱三合一)配比為500號硅酸鹽水泥∶工業(yè)石膏∶固體氯化鈣＝100∶10∶6(重量比)。密封填料穿過水層用塑料袋包裝，通過潛水員信繩輸送下去，潛水員立即嵌入管道接口，密封填料遇水5～10分鐘即固化，將管道接口密封。
5、安裝砂漿澆注管及溢水管，砂漿澆注管和溢水管分別與法蘭哈夫套筒中間段兩端頂部短管活接頭連接。砂漿澆注管與溢水管靠近法蘭哈夫套筒處，均裝有控制閘板閥門和活接頭。
6、在打撈船上安裝噴漿泵，在船一側(cè)安置一個灰漿大桶，要求把大桶底部貼近水面，同時要連接噴漿泵出口管和吸入管。
7、配制膨脹氯化鈣水泥砂漿先將所需配料600號硅酸鹽水泥、砂子、鋁粉、固體氯化鈣，按重量百分比計算稱量好。硅酸鹽水泥、砂子、鋁粉干料先拌和，固體氯化鈣溶解在適量的水中，將混和的干料攪拌成稀粥狀，以噴漿泵可吸入為準。
8、膨脹氯化鈣水泥砂漿填料灌注施工膨脹氯化鈣水泥砂漿經(jīng)噴漿泵加壓，通過砂漿澆注管注入法蘭哈夫套筒與鋼管之間，灌注工作要連續(xù)不間斷進行，此時套筒與管道空隙處的水就逐漸被填入的膨脹氯化鈣水泥砂漿擠出，由溢水管排出，當溢水管水排盡，并有明顯水泥漿液溢出時，說明空腹哈夫套筒與修理鋼管之間的空隙充滿了膨脹氯化鈣水泥砂漿，即可停止灌注工作。
9、砂漿灌注完畢，即可關閉澆注管和溢水管控制閘板閥門，隨即拆除澆注管和溢水管。
10、管道破裂處基坑用草袋裝砂填滿填實，平整河床底部支撐管道。
11、膨脹氯化鈣水泥砂漿灌注后，需要2～3天強度養(yǎng)生，然后即可打壓或通水。
具體實施例方式揚州市東郊黃泥溝附近的京杭大運河過河倒虹吸管(管徑Dg1000毫米，長為157米，自重50余噸)，在試運轉(zhuǎn)時爆裂，水下管道經(jīng)潛水員沿線反復檢查，發(fā)現(xiàn)離倒虹吸管水底部東側(cè)向西15米處，管子南側(cè)橫向不規(guī)則裂縫45厘米，裂寬2.0厘米，在爆管河床上形成了一個長4米，寬3米，深1.2米左右的大坑。為了盡快修復水下爆裂管道，我們委托有關工程公司經(jīng)過了36天，采用六個修復方案直接補焊、補焊加辮狀鋼板補焊加鋼制哈夫，補焊加焊弧形鋼板及扁鋼加強，四位潛水焊工輪流焊接82.6小時，每個方案修復竣工后經(jīng)泵水壓力為1.6～1.95公斤力/平方公分之間，均未達到過河倒虹吸管道的試驗壓力要求，為了要把損失的時間奪回來，在無外援情況下，走自力更生道路，經(jīng)反復試驗，最后確定了采用法蘭哈夫套筒膨脹氯化鈣水泥砂漿填料方案修復了爆裂過河倒虹吸管。從1984年10月30日過河倒虹吸管修復投入生產(chǎn)運行至今，已經(jīng)連續(xù)四年半時間情況良好，經(jīng)受住了考驗。今年元月一日Dg1000毫米輸水管道進五臺山一水廠內(nèi)控制閥門，進行更換電動蝶蝶閥運轉(zhuǎn)試驗，在自動蝶閥瞬時快速關閉時，使得管道內(nèi)的流速和壓力急劇變化產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，使管道中瞬時壓力很大，造成關閉點，以遠260米處管道產(chǎn)生縱向不規(guī)則裂紋，長度3.2米，裂寬1.8厘米，初步計算超過正常水壓的3～5倍，而修復過京杭大運河過河倒虹吸管確絲毫沒有波動，啟動運行仍安然無恙。
本實施例所配用的膨脹氯化鈣水泥砂漿(簡稱水下84Pz粘聚劑)配料成份。
600號硅酸鹽水泥38%(重量)砂子61%(重量)鋁粉0.007%(重量)固體氯化鈣0.993%(重量)加適量的水攪拌成稀粥狀，以噴漿泵可吸入為宜。
以下將結合附圖對本發(fā)明進一步說明

圖1是鋼制過河管破裂修補現(xiàn)狀及套筒修復操作示意圖。
圖2是鋼制法蘭哈夫套筒示意圖。
圖3是鋼制法蘭哈夫套筒Ⅰ-Ⅰ剖面圖。
附圖中1、鋼制輸水管;2、補焊鋼板;3、扁鋼;4、角鋼;5、鋼制法蘭哈夫套筒;6、橡皮圈;7、膨脹性水泥(俗稱三合一)8、閘門;9、活接頭;10、澆注管;11、溢水管;12、膨脹氯化鈣水泥砂漿;13、短管頭;14、螺栓孔;15、鋼板加強;16、法蘭連接板。
參照附圖，水下鋼制管爆裂快速簡易修復方法;在水下管道破裂處清基;潛水焊工在鋼制輸水管破裂處加一補焊鋼板(二)，用水下空氣排水電焊，在貼上鋼板四周焊接好，使膨脹氯化鈣水泥砂漿不滲入管道內(nèi)，將鋼制法蘭哈夫套筒(五)吊裝就位，兩哈夫法蘭之間在陸地用環(huán)氧樹脂粘貼上橡皮板襯墊，在法蘭螺栓孔內(nèi)裝入緊固螺絲，并均勻上緊螺栓，鋼制法蘭連接板(16)與哈夫套筒焊縫處加焊厚三角鋼板加強(15)，在法蘭哈夫套筒兩頭小徑管段與鋼制輸水管之間裝入橡膠圈(6)，填入膨脹性水泥，將管道接口密封;安裝砂漿澆注管(10)溢水管(11)，在澆注管和溢水管中分別裝有閘板閥(8)及活接頭(9)，砂漿澆注管(10)，及溢水管(11)分別接在短管活接頭上;將配制好的膨脹氯化鈣水泥漿，用噴漿泵通過澆注管注入法蘭哈夫套筒(5)與鋼制輸水管之間，水由溢水管(11)排出，直到膨脹氯化鈣水泥砂漿(12)灌滿為止;砂漿灌注完畢即可關閉澆注管和溢水管控制閘板閥門(8)，隨即拆除澆注管(10)和溢水管(11);管道破裂處基坑用草袋裝砂填滿填實，平整河床，將哈夫套筒支撐好，經(jīng)2～3天膨脹氯化鈣水泥砂漿養(yǎng)生，即可通水使用。
水下鋼制管爆裂快速簡易修復方法，是水下修復管道施工的一個重大創(chuàng)造，它不僅施工可行，修復費用低廉，而且設備比較簡單，操作簡便，見效快，效果好，切實可行，值得進一步廣泛應用。如我們京杭大運河過河倒虹吸管爆裂修復，從設計制作，試驗施工到投產(chǎn)僅用了20天時間，采用此法修復僅花去修復費用3000元左右，是工程造價百分之一，其經(jīng)濟效果上看是突出的，社會效果無法估量。這一新技術出現(xiàn)，將結束了過河倒虹吸管爆裂或漏水，采用圍堰施工法，沉箱施工法，更換新水管法的歷史。
水下鋼制管爆裂快速簡易修復方法，對于其它水下金屬管道爆裂，也可廣泛應用。如排水壓力管道，石油管道、煤氣管道、乙炔管道、壓縮空氣管道，引水管道等等。
權利要求
1.一種水下鋼制管爆裂快速簡易修復法，其特征是；(一)在水下管道破裂處清基，采用高壓水管的水流沖基，清理出施工場地；(二)管道破裂處進行水下補焊，用水下空氣排水電焊，直接補焊，在管道破裂處貼上鋼板四周焊接；(三)用定位打撈船，龍門架滑輪將鋼制法蘭哈夫套筒吊裝就位，兩哈夫之間在陸地用環(huán)氧樹脂粘貼上橡皮板襯墊，用緊固螺栓將兩法蘭哈夫套筒上緊；(四)嵌縫材料使用橡皮膠圈為裁斷，用銅絲搭接)，法蘭哈夫套筒兩頭小徑管段與鋼制管道之間，密封填料，用膨脹性水泥(俗稱三合一)，配比為500號硅酸鹽水泥∶工業(yè)石膏∶固體氯化鈣=100∶10∶6(重量比)，密封填料穿過水層用塑料袋包裝，通過潛水員信繩輸送下去，潛水員立即嵌入管道接口，密封填料遇水5～10分鐘即固化將管道接口密封；(五)安裝砂漿澆注管及溢水管，砂漿澆注管和溢水管分別與法蘭哈夫套管中間段兩端頂部短管活接頭連接。砂漿澆注管與溢水管靠近法蘭哈夫套筒處均裝有控制閘板閥門和活接頭；(六)在打撈船上安裝噴漿泵，在船一側(cè)安置一個灰漿大桶，要求把大桶底部貼近水面，同時要連接噴漿泵出口管和吸入管；(七)配制膨脹氯化鈣水泥砂漿；先將所需配料600號硅酸鹽水泥、砂子、鋁粉，固體氯化鈣按重量百分比計算稱量好，硅酸鹽水泥、砂子、鋁粉干料先拌和，固體氯化鈣溶解在適量的水中，將混和的干料攪拌成稀粥狀，以噴漿泵可吸入為準；(八)膨脹氯化鈣水泥砂漿填料灌注施工；膨脹氯化鈣水泥砂漿經(jīng)噴漿泵加壓，通過砂漿澆注管注入法蘭哈夫套筒與鋼管之間，灌注工作要連續(xù)不間斷進行，此時套筒與管道空隙處的水就逐漸被填入的膨脹氯化鈣水泥砂漿擠出，由溢水管排出，當溢水管水排盡，并有明顯水泥漿液溢出時，說明空腹哈夫套筒與修理鋼管之間的空隙充滿了膨脹氯化鈣水泥砂漿，即可停止灌注工作；(九)砂漿灌注完畢即可關閉澆注管和溢水管控制閘板閥門，隨即拆除澆注管和溢水管。(十)管道破裂處基坑用草袋裝砂填滿填實，平整河床底部，支撐管道，(十一)膨脹氯化鈣水泥砂漿灌注后，需要2～3天強度養(yǎng)生，然后即可打壓或通水。
2.根據(jù)權利要求1所述的水下鋼制管爆裂快速簡易修復方法，其特征在于膨脹氯化鈣水泥砂漿配料成份范圍(未加水的干料)為600號硅酸鹽水泥 36～39.5%(重量)砂子 63～59.3%(重量)鋁粉 0.007～0.008%(重量)固體氯化鈣 0.9～1.1%(重量)各組份總和為 100%(重量)
3.根據(jù)權利要求1所述的水下鋼制管爆裂快速簡易修復方法，其特征在于鋼制法蘭哈夫套筒由異徑筒段拼焊組合，套筒中間段一個直徑，兩頭同一個直徑，異徑管段組合是套筒中間段兩頭截面加焊圓形鋼制件過渡吻合;法蘭哈夫套筒中間段與鋼制管道之間留有一定空隙，長度為一節(jié)卷焊鋼管長度加二分之一角鋼加強長度再加一定量的裕度，法蘭哈夫套筒兩頭小徑管段與管道之間的空隙，以嵌縫材料橡膠圈直徑加搭接銅線線徑度;法蘭連接板采用厚度大于哈夫套筒厚度的厚鋼板制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水下鋼制管爆裂快速簡易修復方法，適用于水下修復爆裂的自來水管、排水壓力管道、石油管道、煤氣管道、乙炔管道、壓縮空氣管道、引水管道等帶壓金屬管道。該方法采用法蘭哈夫套筒膨脹氯化鈣水泥砂漿填料修復水下鋼制管道，設備比較簡單，操作簡便，施工可行，速度快，修復費用低廉，只有工程造價的百分之一，效果好。這一新技術的出現(xiàn)，將結束了過河倒虹吸管爆裂或漏水，采用圍堰施工法，更換新水管法的歷史。
文檔編號F16L55/16GK1040259SQ8910240
公開日1990年3月7日 申請日期1989年5月17日 優(yōu)先權日1989年5月17日
發(fā)明者王德生, 何耀庭 申請人:揚州自來水公司