裂管施工技術(shù)在燃?xì)夤芫€改造過(guò)程中的應(yīng)用

摘 要

　　由于燃?xì)夤艿缆竦貢r(shí)間較長(zhǎng)，受電、化學(xué)腐蝕嚴(yán)重，目前，有大量陳舊管線需要置換升壓。對(duì)舊有管線的改造與維護(hù)，傳統(tǒng)的管線替換方法是開(kāi)挖地面取州日管埋入新管，再進(jìn)行回填，這種方
　　由于燃?xì)夤艿缆竦貢r(shí)間較長(zhǎng)，受電、化學(xué)腐蝕嚴(yán)重，目前，有大量陳舊管線需要置換升壓。對(duì)舊有管線的改造與維護(hù)，傳統(tǒng)的管線替換方法是開(kāi)挖地面取州日管埋入新管，再進(jìn)行回填，這種方式的劣勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。因此，人們?cè)诰S護(hù)與改造舊管線的過(guò)程中創(chuàng)造了許多新穎的工法，主要是非開(kāi)挖修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，如內(nèi)插法、內(nèi)襯法、裂管法等。非開(kāi)挖的施工技術(shù)具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、綜合施工成本相對(duì)較低、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益碌著等優(yōu)點(diǎn)。
    隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，非開(kāi)挖鋪設(shè)更換管道技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)越性，日益廣泛地被人們認(rèn)識(shí)和接受。我國(guó)很多大中城市都已經(jīng)采用了此項(xiàng)技術(shù)，發(fā)揮了非開(kāi)挖技術(shù)的獨(dú)特作用。
    現(xiàn)代非開(kāi)挖鋪管技術(shù)目前已達(dá)到可控制鋪設(shè)方向及埋深的水平，鋪管長(zhǎng)度越來(lái)越大，可繞過(guò)地下障礙，施工精度相當(dāng)高。特別是在需要穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、鬧市區(qū)街道和保護(hù)區(qū)等情況下進(jìn)行施工時(shí)，非開(kāi)挖技術(shù)有著比開(kāi)挖施工更明顯的優(yōu)越性。
    裂管法作為非開(kāi)挖更換管道修復(fù)技術(shù)中的一種，是管線替換的一種新技術(shù)。裂管法施工不但解決了開(kāi)挖的難題，同時(shí)還可以對(duì)原有管道進(jìn)行擴(kuò)容。它是一種高效率低成本的非開(kāi)挖置換方式，同時(shí)還能提高管線的輸配能力。它適用于氣體置換、小區(qū)改造，輸干、支線擴(kuò)容，舊管道日常維護(hù)和升壓改造等施工項(xiàng)目。
1 裂管施工的原理
    裂管施工的原理是：用一組裂管器將舊管道切開(kāi)并擴(kuò)徑后，帶入一根同徑或大一到二級(jí)的PE管，以達(dá)到修復(fù)舊管道或擴(kuò)容的目的。如圖1所示：[1]
 

    裂管施工的過(guò)程包括破碎舊管線，然后擠壓碎片進(jìn)入土壤形成孔道，同時(shí)安裝全新的管線。其整個(gè)系統(tǒng)主要由液壓動(dòng)力源、液壓拉桿機(jī)、支撐架、相應(yīng)數(shù)量的拉桿以及裂管器組成。
2 裂管施工技術(shù)的特點(diǎn)
    (1) 在原有的舊管道上施工，對(duì)周圍環(huán)境影響較小。
    (2) 施工方法簡(jiǎn)單易行，速度快、造價(jià)低。
    (3) 裂管工藝可以替換的舊管包括：鋼管、鑄鐵管、瓦管、水泥管等，其管徑為DN100～DN400。
    (4) 替換后的新管直徑可大于原來(lái)的舊管，同時(shí)可保持或增加原管的設(shè)計(jì)能力。
    (5) 一次更換舊管道的長(zhǎng)度不大于100m。
    (6) 不適用于彎管的更換。[2]
3 裂管施工的具體技術(shù)要求
3.1 考察施工現(xiàn)場(chǎng)與初始施工方案的制定
3.1.1排土量的影響
    如果舊管線埋深較淺或在不可壓密的地層中，可能會(huì)引起地表隆起。[2]可利用導(dǎo)向鉆機(jī)在裂管施工前，沿舊管線方向，在它上面鉆一個(gè)孔道，以容納多余的排土量，從而消除地表隆起的發(fā)生。
    在實(shí)際施工時(shí)，一般舊管埋深大于1米的時(shí)候或原回填土為人工方式的時(shí)候，一般可以不考慮裂管排土量的影響。
3.1.2工程地質(zhì)要求
    施工前，必須先勘察穿越工程處的巖土丁程地質(zhì)情況，確定各巖土層厚度、取樣深度、含水量、顆粒度、承載力標(biāo)準(zhǔn)值等數(shù)據(jù)、穿越地形和地質(zhì)鉆探剖面圖。按照不同土質(zhì)條件劃分裂管施工的難度系數(shù)，難度系數(shù)從低到高依次為：回填土，可擠壓黏土，疏松鵝卵石，沙灘與流沙層，高密度黏土，沙石層。
3.1.3埋地管道的調(diào)查
    應(yīng)對(duì)埋地管道的埋設(shè)位置、地上(下)主要構(gòu)筑物(其它管道)、管道的材質(zhì)、規(guī)格、輸送介質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，并準(zhǔn)確的定位管道的埋深、拐點(diǎn)、三通、閥門、凝水缸及其他管道附件的位置。(一般依據(jù)設(shè)計(jì)圖、運(yùn)行圖、物探圖。)
    裂管法施工前必須對(duì)已停氣的待修管段進(jìn)行全線現(xiàn)場(chǎng)勘察、全線物探，這主要是考慮到：
    (1) 裂管法在破開(kāi)舊管道的同時(shí)要進(jìn)行擴(kuò)徑，這樣可能會(huì)引起相鄰管線的損壞；
    (2) 分支管的連接點(diǎn)處需進(jìn)行開(kāi)挖施工。根據(jù)物探結(jié)果方可進(jìn)行裂管施工。
    通過(guò)上述資料的收集，制定施工方案。
3.2 開(kāi)挖工作坑、舊管道清洗及裂管機(jī)設(shè)備安裝的要求
3.2.1工作坑的準(zhǔn)備
    施工前，需要開(kāi)挖設(shè)備工作坑和進(jìn)管工作坑，分設(shè)在待修復(fù)管道的兩端。在確定工作坑位置及尺寸時(shí)主要要考慮下列影響因素：
    ① 對(duì)存在三通、閥門等附件的管線連接處必須暴露開(kāi)挖；
    ② 管道走向發(fā)生變化處(一般大于10度)必須暴露開(kāi)挖；
    ③ 根據(jù)設(shè)備能力及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，確定一次施工長(zhǎng)度(一次性裂管的長(zhǎng)度一般控制在100m之內(nèi))，然后進(jìn)行分段開(kāi)挖：
    ④ 工作坑的位置不應(yīng)影響交通；
    ⑤ 工作坑的長(zhǎng)度，要能滿足安放牽引機(jī)架、裝拆拉桿和裝卸裂管器的要求。
    進(jìn)管工作坑的長(zhǎng)度可以根據(jù)聚乙烯管的彎曲半徑R，敷設(shè)深度H，管徑dn計(jì)算出來(lái)。公式如下：[3]
    L=[H×(4R-H)]0.5
    式中：L——工作坑長(zhǎng)度(m)
    H——敷設(shè)(管中距地面)深度(m)
    R——聚乙烯管許用彎曲半徑(m)R≥25dn。
    dn——管徑(m)——考慮到舊管必須伸出工作坑壁和熔接套筒安裝操作等因素，坑長(zhǎng)應(yīng)適當(dāng)放長(zhǎng)。
3.2.2內(nèi)窺儀檢測(cè)與埋地管道的清理要求
   在開(kāi)挖工作坑后，為實(shí)際確認(rèn)管道水平和垂直的彎曲量、附件設(shè)備等的定位真實(shí)數(shù)據(jù)，宜用內(nèi)窺儀對(duì)管道進(jìn)行內(nèi)窺檢查(如果管道較直、起點(diǎn)和終點(diǎn)可相視和管內(nèi)沉積物較少時(shí)，則可以不用使用內(nèi)窺儀)。如果管道內(nèi)部污垢較多，需先進(jìn)行管道清洗：當(dāng)管內(nèi)沉積物較為疏松時(shí)(小于1cm)，可選用機(jī)械清理；當(dāng)管內(nèi)沉積物較多(大于1cm)并結(jié)垢特別堅(jiān)硬時(shí)，可選用高壓水清洗；當(dāng)管內(nèi)沉積物為粘稠油狀物時(shí)，應(yīng)用化學(xué)清洗。
3.2.3液壓裂管機(jī)設(shè)備的安裝要求
    將非開(kāi)挖擴(kuò)管設(shè)備吊放在設(shè)備坑內(nèi)，以舊管道中心和所在坑壁面為基準(zhǔn)，安放平整，液壓動(dòng)力站放置在設(shè)備坑外。在進(jìn)行工作前，應(yīng)檢查液壓油、柴油及機(jī)油油位。啟動(dòng)液壓站后必須預(yù)熱液壓系統(tǒng)5min～30min(根據(jù)季節(jié)及環(huán)境溫度具體確定)，液壓系統(tǒng)球閥必須置于無(wú)壓位置。
    裂管機(jī)施工時(shí)主要承受拉力，因此，在回拉PE管時(shí)機(jī)頭前應(yīng)設(shè)置支撐穩(wěn)固裝置。如果槽壁土質(zhì)松軟，需放置鋼質(zhì)抵籠，并給抵籠打入地錨；如果槽壁土質(zhì)堅(jiān)硬，則可以直接將機(jī)頭抵于槽壁。支撐的穩(wěn)固是拉管的前提，影響拉管施工時(shí)對(duì)液壓功率的利用，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致拉管失敗。
3.3 切割刀具的角度設(shè)置
在施工過(guò)程中，割刀的角度設(shè)置應(yīng)以不破壞周圍的構(gòu)筑物、管道，不破壞管頂與管頂以上的回填土之間的力平衡為原則。目前，一般角度設(shè)定為“5點(diǎn)或7點(diǎn)”位置。如圖2所示。
 

3.4 PE管的保護(hù)
    在拉管的過(guò)程中，在起點(diǎn)，新管道被牽引進(jìn)舊管的初期，由于受進(jìn)管坑的長(zhǎng)度限制，會(huì)出現(xiàn)新管道上部外壁與舊管端口相互磨擦的情況，這會(huì)給PE管材造成很嚴(yán)重的劃傷，因此在牽引前，一般使用氧氣/乙炔將進(jìn)管坑內(nèi)的舊管端口煨成弧狀，并且在舊管內(nèi)壁與新管外壁之間填入膠皮等柔性材料，減少摩擦損害。
4 裂管施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法
    (1) 在回拉管的過(guò)程中，在中段某處，拉管突然停止前進(jìn)，通過(guò)升高液壓拉力仍舊無(wú)法前進(jìn)。這種情況的出現(xiàn)可能是舊管被重物壓住所引起的，需將被卡住的地點(diǎn)挖開(kāi)，將重壓物起出，再繼續(xù)完成回拉管。
    (2) 在回拉管的過(guò)程中，在起點(diǎn)，裂管頭就被卡住，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這種情況的出現(xiàn)可能是舊管的回填土質(zhì)的密實(shí)度過(guò)大所引起的?？梢韵葘⒘压茴^取下，只用割刀將舊管從頭到尾割裂，在工作坑和進(jìn)管坑內(nèi)圍著舊管管頭各壘一道水壩，壩的上沿高過(guò)舊管的管頂高度，向舊管內(nèi)注水，以沒(méi)了舊管管頂為宜。蓄水后保持一天，由于水的作用軟化了舊管周圍的土層，可以使得土對(duì)舊管的壓力大大減少，裂管所需的拉力將會(huì)大大降低。將舊管內(nèi)的蓄水抽走后，再繼續(xù)完成回拉管。
    (3) 經(jīng)過(guò)物探檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)燃?xì)夤芫€周圍近距離有其他管線，其垂直交叉距離小于1Ocm時(shí)，為避免裂管后土對(duì)相鄰管道的擠壓，此處應(yīng)開(kāi)挖作為工作坑，以減少土對(duì)其他相鄰管道的壓力影響。
5 工程實(shí)例
    北京市煤氣工程有限公司在2006年購(gòu)置了某公司的800G裂管設(shè)備，并于近年來(lái)先后在老山小區(qū)技改工程、安德路北街中壓線、靜安里中壓線天然氣管網(wǎng)改造工程中采用了裂管法完成了舊管道非開(kāi)挖替換施工。
    下面，以靜安里中壓線天然氣管網(wǎng)改造工程為實(shí)例，具體介紹一下裂管施工技術(shù)在燃?xì)夤芫€改造丁程中的應(yīng)用。
5.1 工程概況
    本工程起點(diǎn)為東北三環(huán)內(nèi)環(huán)輔路現(xiàn)狀DN500中壓A天然氣管線，終點(diǎn)為靜安里中低壓調(diào)壓站，沿途無(wú)用戶支線且靜安里中低壓站具有連通線可以停氣改造。原管線為DN200無(wú)縫鋼管，采用原位裂管等徑換管。其中裂管管長(zhǎng)為477m，管材為SDR11的de200PE管。
    本工程根據(jù)設(shè)計(jì)共設(shè)置工作坑8座，因管線運(yùn)行多年，管線縱斷資料不齊全，如在施工中遇到特殊情況(拐點(diǎn)超過(guò)施工允許角度)，需臨時(shí)增加工作坑位。
    工期預(yù)計(jì)26天(不含切接)。
5.2 裂管施工工藝流程
    裂管施工的工藝過(guò)程是在施工段管線設(shè)置一個(gè)設(shè)備坑和一個(gè)進(jìn)管坑。將800G裂管機(jī)設(shè)備放置于設(shè)備坑內(nèi)，首先將快裝桿從舊管道推向進(jìn)管坑，在進(jìn)管坑將導(dǎo)向桿卸下，更換相應(yīng)規(guī)格尺寸的脹破裝置(主要是膨脹器與擴(kuò)刀)，與按照要求長(zhǎng)度焊接好的PE管連接后，裂管機(jī)開(kāi)始回拉，在破碎舊管道的同時(shí)，拉入新的PE管，完成管道的替換施工。
    施工工藝流程：
   收集資料、現(xiàn)場(chǎng)勘查、沿線物探、施工前準(zhǔn)備工作→接通臨時(shí)線并對(duì)舊管線停氣置換→開(kāi)挖工作坑→斷管后CCTV內(nèi)窺儀檢測(cè)→舊管道清洗→裂管機(jī)設(shè)備安裝→PE管焊接→PE管道試壓→裂管施工→回填坑位→全線試壓→恢復(fù)路面→恢復(fù)供氣→竣工測(cè)繪
5.3 工作坑的布置及具體施工方案
    此次裂管施工分7段進(jìn)行，所有折點(diǎn)、與其它管線垂直間距不夠安全距離處開(kāi)挖工作坑。本工程共設(shè)置：
    3個(gè)設(shè)備坑：6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)工作坑；
    4個(gè)進(jìn)管坑：1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)工作坑；
    2個(gè)復(fù)合坑(即用作進(jìn)管坑又用作設(shè)備坑)：1-1號(hào)、2號(hào)工作坑。
但如在施工中遇到折點(diǎn)及折點(diǎn)位置與施工圖不符時(shí)，還將增加工作坑數(shù)量，具體情況根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況而定。施工示意圖如圖3所示。
 
    (1) 具體施工分段
    第一段：改造管線全長(zhǎng)54.6m，1#工作坑至1-1#工作坑之間，1號(hào)工作坑作為進(jìn)管坑，1-1號(hào)坑作為設(shè)備坑。
    第二段：改造管線全長(zhǎng)19.7m，1-1#工作坑至2#工作坑之間，1-1號(hào)工作坑作為進(jìn)管坑，2號(hào)坑西南向作為設(shè)備坑。
   第三段：改造管線全長(zhǎng)97m，2#工作坑至6#工作坑之間，2號(hào)工作坑?xùn)|北向作為進(jìn)管坑，6號(hào)坑西南向作為設(shè)備坑。
   第四段：改造管線全長(zhǎng)45m，3#工作坑至6#工作坑之間，3號(hào)工作坑?xùn)|北向作為進(jìn)管坑，6號(hào)坑作為設(shè)備坑。
   第五段：改造管線全長(zhǎng)50m，3#工作坑至7#工作坑之間，3#工作坑?xùn)|北向作為進(jìn)管坑，7號(hào)坑作為設(shè)備坑。
   第六段：改造管線全長(zhǎng)78.7m，4#工作坑至7#工作坑之間，4號(hào)工作坑?xùn)|北向作為進(jìn)管坑，7號(hào)坑作為設(shè)備坑。
   第七段，改造管線全長(zhǎng)102m，4#工作坑至8#工作坑之間，4號(hào)工作坑?xùn)|北向作為進(jìn)管坑，8號(hào)坑作為設(shè)備坑。
   第八段：改造管線全長(zhǎng)19.9m，5#工作坑至8#工作坑之間，5號(hào)工作坑?xùn)|北向作為進(jìn)管坑，8號(hào)坑作為設(shè)備坑。
    (2) 各工作坑的規(guī)格尺寸
各工作坑情況的明細(xì)表，如表1所示。
表1 各工作坑情況明細(xì)表
序號(hào)
工作坑編號(hào)
工作坑規(guī)格(長(zhǎng)×寬)
備注
1
1#工作坑
11m×3m
 
2
1-1#工作坑
11m×3m
含拆除原DN300×DN200閘井
3
2#工作坑(西南向)
5m×2m
 
2#工作坑(東北向)
11m×3m
 
4
6#工作坑
5m×2m
 
5
3#工作坑
11m×3m
 
6
7#工作坑
5m×2m
 
7
4#工作坑
11m×3m
 
8
8#工作坑
7m×2m
 
9
5#工作坑
11m×3m
 
    新管線與新設(shè)備整體連接后進(jìn)行整體嚴(yán)密性試驗(yàn)。
5.4 裂管替換施工過(guò)程注意事項(xiàng)
    ① 當(dāng)導(dǎo)向桿已經(jīng)到達(dá)進(jìn)管坑口時(shí)，應(yīng)停止連接快裝桿。
    ② 拆卸導(dǎo)向桿，連接鉸接桿、穿入定位檔套和脹破刀，將鉸接桿與快裝桿連接好。將磁性檔塊放入鉸接桿兩端的凹窩內(nèi)。放入定位檔塊后用鋼絲罔固定，再用膠帶纏繞密封住，以防水和雜物進(jìn)入。
    ③ 滾刀在進(jìn)入舊管道管口時(shí)，應(yīng)保證刀刃在5點(diǎn)或7點(diǎn)位置上。
   ④ 施工時(shí)，記錄推拉桿連接的數(shù)量，通過(guò)連接數(shù)量掌握推拉桿進(jìn)入施工段的位置。
    ⑤ PE管在拉入拖動(dòng)過(guò)程中，設(shè)備坑操作人員應(yīng)隨時(shí)注意回拉壓力表顯示值，記錄最大壓力值的變化。兩端工作坑人員隨時(shí)保持聯(lián)系，如遇異常情況應(yīng)暫停施工。
    ⑥ 現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程要嚴(yán)格填寫施工紀(jì)錄。
6 結(jié)論
    靜安里中壓線天然氣管網(wǎng)改造丁程在施工中不存在擴(kuò)徑問(wèn)題，因此裂管過(guò)程相當(dāng)順利，并且裂管速度加快了許多。該工程又一次充分顯示了采用裂管施工替換舊管道的優(yōu)越性。
    目前，我國(guó)有許多城市，每年都要大規(guī)模進(jìn)行城市建設(shè)和地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，急待鋪設(shè)、擴(kuò)容、修復(fù)和更換大量地下公用管線。隨著城市主干道不斷的加寬、高速公路、高等級(jí)公路的網(wǎng)絡(luò)化，以及人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，傳統(tǒng)的開(kāi)槽埋管已不適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，現(xiàn)代非開(kāi)挖鋪管技術(shù)將逐步成為地下管線施工的主流。
    地下管網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r在很大程度上反映了非開(kāi)挖施工的市場(chǎng)潛力，非開(kāi)挖鋪設(shè)更換地下管線將是現(xiàn)代文明發(fā)展的必然趨勢(shì)，非開(kāi)挖技術(shù)必將在今后的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。
參考文獻(xiàn)：
1 董久樟等.裂管法更換舊管道在國(guó)內(nèi)的首次成功應(yīng)用.城市燃?xì)猓?003：12
2 顏純文等.非開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線工程技術(shù).2005：1
 
(本文作者：張園媛 北京市煤氣工程有限公司 100025)