阅读说明：本技术 一种机械化制弧的弧形管道施工方法 (Construction method of arc-shaped pipeline for mechanical arc making ) 是由 张元广 胡杰 徐振 谢兴龙 崔晓春 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种机械化制弧的弧形管道施工方法,属于建筑施工技术领域,采用制弧机对待施工的弧形管道压弧,制弧机包括两个水平方向上对称设置的定轮和一个竖直方向运动的动轮,动轮圆心位于两定轮圆心连线的中心线上；首先根据待施工场地形状计算出待施工的弧形管道的弧度半径；然后根据所述弧度半径计算出制弧机动轮定轮尺寸表；根据制弧机动轮定轮尺寸表加工待施工场地所需的弧形管道；连接所述弧形管道并加设固定支架；对施工完成的弧形管道进行试验检测。本发明采用机械化制弧,解决传统弧形管道施工工艺的质量缺陷,提高施工的机械化程度和施工质量。(The invention discloses a construction method of an arc-shaped pipeline for mechanical arc making, which belongs to the technical field of building construction, wherein an arc pressing machine is adopted to press an arc on the arc-shaped pipeline to be constructed, the arc pressing machine comprises two fixed wheels which are symmetrically arranged in the horizontal direction and a driving wheel which moves in the vertical direction, and the circle center of the driving wheel is positioned on the central line of the connecting line of the circle centers of the two fixed wheels; firstly, calculating the radian radius of an arc-shaped pipeline to be constructed according to the shape of a site to be constructed; then calculating a fixed wheel size table of the arc-making motor-driven wheel according to the radian radius; processing an arc pipeline required by a to-be-constructed field according to an arc-making motor-driven wheel fixed wheel size table; connecting the arc-shaped pipeline and additionally arranging a fixed bracket; and testing and detecting the constructed arc-shaped pipeline. The invention adopts mechanized arc making, solves the quality defect of the traditional arc pipeline construction process, and improves the degree of mechanization and the construction quality of construction.)

一种机械化制弧的弧形管道施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体地说是一种机械化制弧的弧形管道施工方法。

背景技术

传统的弧形管道有两种加工方式，一种是将管道截成2米左右短节,采用管件拼扣的形式进行弧形管道安装。这种方法不仅增加了卡箍连接件的使用数量，也增加了管道切管、沟槽的工程量，造成人工的浪费，增加施工成本。此外接口过多、管件的大量使用，也易形成管道漏水的隐患。

另一种是用人工顶弯的方法进行，即对现场对已划分好定长度的管道进行分段(至少三段)同时顶弯，借用自制的地面固定支架同时用千斤顶进行管道顶弯，直至管道弧形预制成形。此施工方法完全依赖于人工操作，随着工程量的增加，所需要的人工数量也会随之增多，而人工的增多必然导致生产成本的上涨。由于施工人员对工艺的掌握程度、对弯曲设备的使用水平、自身能力等方面存在较大的差异，所以即使同一批管材在弯曲后其弧度大小、弧度均匀度、整体美观程度等也存在较大的区别，将不同弯曲程度的弧形管道在实际施工中应用，其不仅美观度差强人意，而且在安装安全性上也很难得到保证。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种机械化制弧的弧形管道施工方法，采用机械化制弧，解决传统弧形管道施工工艺的质量缺陷，提高施工的机械化程度和施工质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机械化制弧的弧形管道施工方法，采用制弧机对待施工的弧形管道压弧，所述制弧机包括两个水平方向上对称设置的定轮和一个竖直方向运动的动轮，动轮圆心位于两定轮圆心连线的中心线上；

首先根据待施工场地形状计算出待施工的弧形管道的弧度半径，弧形管道的弧度可能是一种也可能是多种，多种时需一一算出；

然后根据所述弧度半径计算出制弧机动轮定轮尺寸表；

根据制弧机动轮定轮尺寸表加工待施工场地所需的弧形管道；

连接所述弧形管道并加设固定支架；

对施工完成的弧形管道进行试验检测。

以制弧机的定轮作为定模，动轮通过上下运动对管道进行压弧，在制弧机工作原理的基础上，按照图纸设计要求制定一系列弧度不同的弧形管道的加工所需要的制弧机动轮定位表，按此根据数据表进行弧形管道加工。

优选的，待施工的弧形管道的弧度半径计算过程如下：

根据待施工场地设计形状得到弧形管道的中线，该中线设为弧形线段ab，测量出弦AB的长度L1；

过弦AB的中点D做一条垂线，与圆弧ab交于C点，根据垂径定理可知该垂线过圆心，测量出CD的长度L2；

设圆弧ab的圆心为点O，半径为R，则有Rt△AOD，根据勾股定理计算其半径R1，半径R1即为该弧形管道对应的半径。

优选的，制弧机动轮定轮尺寸计算过程如下：

设定轮圆心为点E，定轮半径为R2，两定轮圆心的连线中点为点F，两定轮的中心距为L，预制弧形管道外径为D，则：

OE＝R1+R2+D/2，

EF＝1/2L，

在Rt△OEF中，利用勾股定理计算出OF的长度；

所述动轮圆心至两定轮圆心连线的中点的距离为：

OF-R1+R2+D/2。

现场加工时，通过控制动轮模具至定轮模具的垂直中心距离，即可加工所需的弧形管道。

优选的，所述待施工场地包括多种弧度的弧形管道，分别计算各种弧形管道的弧度及其弧度半径，并形成相应的制弧机动轮定轮尺寸表。加工该项目的所有弧形管道，只需按照制弧机动轮定轮尺寸表一次性加工完成，提高施工效率。

优选的，在动轮位置处固定一个度量精度为mm的量尺，放置量尺时同时使用水平尺，保证量尺不歪斜，严格控制动轮位置，采用水平尺放置各规格钢管后动轮与定轮水平度校正；另设置限位块，避免动轮下降过多，限位块可拆卸设置。

优选的，采用制弧机制弧时经过两遍制弧达到设计弧度。钢管具有弹性，一遍制弧后管道会受自身回弹力影响使管道伸张，弧度与原计算弧度不一致，导致安装过程中弧形管道与结构弧度不一致，且每根钢管回弹力大小不一致，管道与管道连接时，沟槽对口处接缝过大，严重影响打压试水试验成功率。为避免此现象，每根管道一般经过两遍制弧，即可抵消管道回弹力。当一遍制弧完成后，只需按下制弧机反转按钮，即可进行第二遍管道制弧。

优选的，对于弧形管道的检验，每加工10根钢管为一组，分别取首、中、尾三根钢管，测量加工的弧形管道弦长，若弦长一致，则弧度一致，判定为弧形管道满足使用要求。若同一组管道弦长不一致，则需查看动轮模具是否固定牢靠、定轮模具至动轮模具的垂直中心间距是否改变。

优选的，根据弧长公式L＝nπr/180，一根钢管制弧后，弧长仍为原管道长度，可以计算待施工项目各弧度下的对应的圆心角度数，根据总的圆心角度数，算出加工该段弧度所需的管道数量，防止因加工过量造成管道浪费。

优选的，弧形管道安装遵循先装大口径、总管、立管，后装小口径、支管的原则。由于管道整体为弧形走向，所以安装过程中不可跳装，必须按顺序连续安装，以免出现段与段之间连接困难和影响管路整体性能。

优选的，由于管道形状为弧形，在压力试验及系统正常运行时，管道会存在径向张力，压力越大，径向力越大。管道在径向力的影响下，会产生沿管道轴向的位移，管道Z型转弯处位移非常明显，因此弧形管道施工中需要增设固定支架，防止管道位移。

为保证弧形管道在试压和正常运行状态下，管道质量和管道弧度完整，在每处翻弯两侧增加固定支架，减小弧形管道因径向受力产生的轴向力；为防止管道径向受力导致管道变形情况，在每30米至50米之间的弧形管道上设置固定支架。

钢管通过制弧机压制成所需弧度的管道后，通过沟槽卡箍进行连接，操作简单，维修方便。通过制弧机加工的镀锌钢管，而且管道弧度一次成型，管道原有的特性及结构不受影响，系统稳定性好。通过制弧机加工的钢管，管道弧度可控，管道弧度与走廊弧度吻合，成排管道弧度一致，整体美观协调。

本发明的一种机械化制弧的弧形管道施工方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

钢管通过制弧机压制成所需弧度的管道后，通过沟槽卡箍进行连接，操作简单，维修方便；

通过该方法使用制弧机加工的镀锌钢管，管道弧度一次成型，管道原有的特性及结构不受影响，系统稳定性好；

通过该方法使用制弧机加工的钢管，管道弧度可控，管道弧度与施工项目走廊弧度吻合，成排管道弧度一致，整体美观协调；

通过该方法使用制弧机加工的钢管，管道弧度均匀一致，弧形管道连接处弧度平滑过渡，无弧度突变现象；

制弧机较传统人工顶弯的施工技术，加工效率提高约80％，有效降低人工成本，可批量生产，管件使用量减少约30％，成本投资少，效益好。

附图说明

图1是实施例机械化制弧的弧形管道施工方法的工艺流程图；

图2是制弧机制弧原理图；

图3待施工的弧形管道的弧度半径计算过程示意图；

图4是项目施工现场弧度图；

图5是制弧机定动轮垂距计算图。

其中，图2和图5中，1、动轮，2、定轮，O、圆心(随动轮变化)，R1、由图纸计算的弧度半径，R2、定轮、动轮半径，L、定轮中心距，D、预制管道外径。图4中的1、2、3分别代表三种弧度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

一种机械化制弧的弧形管道施工方法，采用制弧机对待施工的弧形管道压弧，所述制弧机包括两个水平方向上对称设置的定轮和一个竖直方向运动的动轮，动轮圆心位于两定轮圆心连线的中心线上。

首先根据待施工场地形状计算出待施工的弧形管道的弧度半径，弧形管道的弧度可能是一种也可能是多种，多种时需一一算出；

然后根据所述弧度半径计算出制弧机动轮定轮尺寸表；

根据制弧机动轮定轮尺寸表加工待施工场地所需的弧形管道；

连接所述弧形管道并加设固定支架；

对施工完成的弧形管道进行试验检测。

以制弧机的定轮作为定模，动轮通过上下运动对管道进行压弧，在制弧机工作原理的基础上，按照图纸设计要求制定一系列弧度不同的弧形管道的加工所需要的制弧机动轮定位表，按此根据数据表进行弧形管道加工。

该施工方法的施工工艺如图1所示，具体的施工过程如下：

一、施工准备

1、材料准备

现场材料验收，镀锌钢管的管壁厚度、椭圆度等允许偏差应符合国家标准、无明显的损伤等缺陷并应附有质量证明材料。

2、机械准备

弧形管道加工的主要机械为制弧机，其参数详见下表：

表1制弧机参数表

型号	WG-219
		弯曲直径范围	≤Φ219钢管(壁厚8mm)
弯曲速度	4-6转/分
		电机功率	11kw
电源	三相交流380v，50Hz
		主机外形尺寸	1680*950*1500
机质量	1500kg

制弧机主要控制系统为3个呈品字形排列的圆形模具，其中顶部为一动轮模具，底部为两个定轮模具，定轮模具间距为1.2m，通过调节动轮模具与定轮模具的垂直间距，可加工不同弧度管道，制弧原理如图2所示。

3、人员准备

每台制弧机配备3个人作为一个制弧班组，其中1人需完全理解制弧工艺原理，熟练掌握制弧机操作规程，负责制弧机的动轮、定轮间距的调节，制弧机的操作，确认制弧机上管道的弧度成型情况，另外2人为辅助工人。具体需要班组数量根据现场施工情况自行确定。

二、弧度计算

1、根据待施工场地设计形状得到弧形管道的中线，该中线设为弧形线段ab，如图3中(图Ⅰ)已知弧形线段ab；测量出弦AB的长度L1(如图Ⅱ)；过弦AB的中点D做一条的垂线，与圆弧ab交于点C，根据垂径定理可知，该垂线过圆心，测量出线段CD的长度L2(如图Ⅲ)；假设圆弧ab的圆心位于点O处，且半径为R1，在Rt△AOD中，根据勾股定理可以计算出半径R1的长度R1(如图Ⅳ)半径R1即为该弧形管道对应的半径。

2、同理可以计算出项目所有弧形所有弧形的半径R1。

图4为某体育场项目的走廊弧形结构图，体育场共存在3种弧度，根据上述计算方法计算出该体育场每种弧度对应的半径R1分别为287.73m、85.24m、105.09m。

三、模具间距计算

1、制弧机加工弧形管道的原理：加工一段与制弧机3个模具相切的圆弧，如图2所示。其中定轮圆心为固定点，不可移动，动轮圆心可沿垂直方向上下调整，预制的弧形管道圆心亦随之上下调整。

如图5所示，设定轮圆心为点E，定轮半径为R2，两定轮圆心的连线中点为点F，两定轮的中心距为L，预制弧形管道外径为D，则：

OE＝R1+R2+D/2，

EF＝1/2L，

在Rt△OEF中，利用勾股定理计算出OF的长度；

所述动轮圆心至两定轮圆心连线的中点的距离为：

HF＝OF-R1+R2+D/2。

现场加工时，通过控制动轮模具至定轮模具的垂直中心距离，即可加工所需的弧形管道。具体参数如下：

四、管道沟槽加工

此项施工已为成熟施工工艺，在此不再多加赘述。

五、弧形管道加工

1、首先根据要加工的弧形管道尺寸选择相应规格的模具，将更换好的动轮模具与定轮模具通过螺栓紧密固定在制弧机上，检查设备运动机构是否松动，安全防护装置是否可靠。

2、在现场动轮位置固定一度量精度为mm的钢尺，并设置限位块(可拆卸)来避免动轮下降过多而导致管道制弧过大。钢尺固定时采用水平尺放置各规格钢管后动轮与定轮水平度校正，通过制弧机动轮调节按钮，慢慢调节制弧机动轮定轮模具中心间距，为防止加工钢管的弧度偏差，模具间距须按照表格计算数值调节。

3、两人将沟槽后的钢管放置在制弧机上定轮模具上，使钢管卡在动轮模具与定轮模具之间，启动机械电源，制弧机自动进行管道加工。

4、钢管具有弹性，一遍制弧后管道会受自身回弹力影响使管道伸张，弧度与原计算弧度不一致，导致安装过程中弧形管道与结构弧度不一致，且每根钢管回弹力大小不一致，管道与管道连接时，沟槽对口处接缝过大，严重影响打压试水试验成功率。为避免此现象，每根管道一般经过两遍制弧，即可抵消管道回弹力。当一遍制弧完成后，只需按下制弧机反转按钮，即可进行第二遍管道制弧。

5、取出加工好的弧形管道搬运至旁边，每加工10根钢管为一组，分别取首、中、尾三根钢管，测量加工的弧形管道弦长，若弦长一致，则弧度一致，确保加工的弧形管道满足使用要求。若同一组管道弦长不一致，则需查看动轮模具是否固定牢靠、定轮模具至动轮模具的垂直中心间距是否改变。

6、根据弧长公式L＝nπr/180，一根钢管制弧后，弧长仍为原管道长度，可以计算出本项目在3种弧度下的对应的圆心角度数，根据总的圆心角度数，可以算出加工该段弧度所需的管道数量，防止因加工过量造成管道浪费，详见下表：

表3管道加工数量表

7、将加工好的弧形管道张贴标识，分类存放，防止碰撞、挤压等造成管道弧度改变。

六、管道安装

管道安装必须遵循先装大口径、总管、立管，后装小口径、支管的原则。由于管道整体为弧形走向，所以安装过程中不可跳装，必须按顺序连续安装，以免出现段与段之间连接困难和影响管路整体性能。

1、准备好符合弧度要求的沟槽管段、配件和附件，并将管内杂物清除干净。

2、检查沟槽卡箍橡胶密封圈是否完好；将其套在一根钢管的端部。

3、将另一根钢管靠近已卡上橡胶密封圈的钢管端部，两端处应留有一定的间隙。施工中间隙一般保持在2mm左右。

4、将橡胶密封圈套在另一根钢管顶端，使橡胶密封圈位于接口中间部位，并在其周边涂抹润滑剂(无特殊要求时可用洗洁精或肥皂水)。

5、两根管道的弧度应平滑连接，弧度过渡自然。

6、在接口位置橡胶密封圈外侧安装上、下卡箍，并将卡箍凸边卡进沟槽内。

7、用手力压紧上下卡箍的耳部，并用木榔头槌紧卡箍凸缘处，将上下卡箍靠紧。

8、在卡箍螺栓位置穿上螺栓，并均匀拧紧螺母，防止橡胶密封圈起皱。

9、检查确认卡箍凸边全圆周卡进沟槽内。

七、冲洗试压

管道安装完毕需进行压力试验，试验压力按设计要求和施工验收规范执行。试压前应全面检查各连接件、固定支架等是否安装到位。

1、管道试压可分段、分层、分片进行。当管道有压时，不得转动卡箍，螺母等部件。

2、在系统试压过程中应采用分段试验：充分考虑弧形管道的特殊性，对系统分三段试验，首先升压至工作压力的0.6倍时停止升压，对整个管段进行观察，检查管道及支架是否有变形情况，若无变形出现继续升压至工作压力，再次对整个管段进行观察，检查管道及支架变形情况，若无变形出现最后升压至规定试压压力，按照规范试压时间完成系统试压。

3、水压试验压力必须满足设计要求，当设计未注明时，管道试验压力均为工作压力的1.5倍。

4、试压检验方法：在试验压力下观察10min，压力降不应大于0.02Mpa，然后降到工作压力进行检查，应不渗不漏。

5、试压完毕要对管道系统进行冲洗，冲洗要求同于其他管道系统。

支架安装

1、管道支、吊架的型式、材质、加工尺寸、安装间距、制作精度、焊接等应符合设计要求。支、吊架的焊接应外观整洁，保证焊透、焊牢，不得有漏焊、欠焊、裂纹、咬肉等缺陷。

2、管道水平支、吊架间距不应大于下表规定：

表4支架最大间距表

3、固定在建筑结构上的管道支、吊架不得影响结构安全。

4、固定支架：由于管道形状为圆弧状，因此管道会存在一种径向的受力，尤其是管道内液体带压时，这种受力尤其突出。

因此，在充水试压试验过程中(系统正常运行)，管道受径向力的影响会产生管道轴向的推力是弧形管道伸张，尤其在管道翻弯处弧形管道变形特别明显(现场施工中，机电专业管道交叉较多)，为保证弧形管道在试压和正常运行状态下，管道质量和管道弧度完整，在每处翻弯两侧增加固定支架，减小弧形管道因径向受力产生的轴向力；为防止管道径向受力导致管道变形情况，在每30米至50米之间的弧形管道上设置固定支架。固定支架做法参照图集《室内管道支架及吊架》(03S402)。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。