非開挖管線更換

1、非開挖管線更換摘要：脹管法是用液壓脹管機等專用非開挖設(shè)備脹破舊管線同時完成等徑或增大直徑的新管線安裝的管線更換方法。它是一種在全球均得到認可的非開挖施工方法。關(guān)鍵詞：液壓脹管機、脹管法、管線更換、非開挖，脹管法也稱裂管法或爆管法，是用特殊工具脹破舊管線同時完成等徑或增大直徑新管線安裝的管線更換方法。 它是一種在全球均得到認可的非開挖施工方法。脹管過程可用于現(xiàn)有污水管線、給水主干管線以及輸氣管線的更換，也可用于其他適合采用該方法施工的地下公用設(shè)施的更新。 目前脹管法無論是工藝還是工具都得到了很大程度的改進，到目前為止， 如果采用等徑或增大直徑的管線更換現(xiàn)有管線以保證有相同或必要時增大的通流能力，

2、那非開挖脹管法是除傳統(tǒng)的開挖方法以外唯一切實可行的管道更換方法。雖然脹管過程看起來容易實施，并且在許多場合下它確實是一種快速高效的管道更新方法，但這種方法在應用過程中也不乏失敗的實例。即便如此，這種方法仍然受到承包商們的青睞。據(jù)不完全統(tǒng)計，到目前為止，全球采用這種方法更換的各類地下管線已經(jīng)超過了20,000km。本文重點討論的問題設(shè)計到采用脹管法對各類材質(zhì)的舊管線進行更換的過程以及新型材料管線在更換過程中可能遇到的問題和可用的脹管方式。本文還強調(diào)指出了脹管施工之前的設(shè)計原則，尤其強調(diào)了脹管前后可能要考慮的問題，其中包括： 脹管頭引起的地下土整體移位、可能產(chǎn)生的地面隆起、脹破力的計算、工作井及人

3、井的開挖等等。一常用脹管法目前兩種常用的脹管系統(tǒng)，分別如下：1.1 氣動沖擊脹管法1.1.1 遁地穿梭矛（又稱夯管錘，以下簡稱矛）它除了能夠用來頂管施工外，也是脹管施工的有效工具。脹管頭套在矛體外面與新管線相連。矛沖擊脹管頭， 脹管頭破碎舊管線，同時碎片被擠壓至周圍土壤，新管線隨之前進，通常應用液壓卷揚機提供持續(xù)的牽引力，以保持矛前進的方向。目前水平導向鉆機與矛配合的工藝在國外也很流行，這時鉆機與矛體頭部相連，保持矛前進方向的穩(wěn)定，沖擊力還是靠矛來提供。這種方法適合更換直徑介于100mm到600mm之間的污水管線，并可以輕松實現(xiàn)直徑增大10%到 30%新管線的更換。1.1.2 空氣錘（結(jié)合水平

4、導向鉆機的脹管法施工）空氣錘（ Air Impactor）是美國Vermeer公司的專利產(chǎn)品，用來與水平導向鉆機配合使用Vermeer 系列鉆機都內(nèi)置高壓空氣接口）；它體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，特適用于狹小的人井中使用。 它的驅(qū)動也是靠高壓空氣， 高壓空氣通過鉆桿傳送給空氣錘， 空氣錘外面套裝脹管頭，脹管頭與新管線相連。 當沖擊錘被啟動后沖擊脹管頭，脹管頭破碎舊管線，同時牽引新管線進入。 施工時首先用水平導向鉆機從路面鉆進， 到達舊管線埋深時調(diào)平， 鉆頭沿舊管線繼續(xù)鉆進， 直到管線人井另一端， 連接鉆桿與空氣錘。 鉆桿牽引空氣錘而使之啟動。1.2 靜態(tài)脹管法靜態(tài)脹管法是采用恒力脹破管道，依靠

5、液壓油缸提供拉力牽引刀具和脹管頭，脹管頭與新管線相連， 當?shù)毒咴诶瓧U的牽引下切割舊管線，同時脹管頭擠壓舊管線碎片進入周圍土壤，管線也隨之鋪設(shè)完成。這種方法因為解決了其他脹管法無法解決的塑性管材的更換問題，且是小管徑塑性管線更新的唯一切實可行的非開挖方法，所以輩受青睞。1.2.1 液壓脹管機脹管工藝如下圖所示新而1.2.2 可更換管線分類- 污水管線更換一般情況下， 不再另外配刀具，脹管頭會在回拉過程中在舊管壁上施加徑向力，從而導致原管線受拉撕裂。 脹管頭會在前進過程中把脹破的舊管碎片擠入周圍土壤，這樣就形成了新的孔道供新管進入。 這種方法適合更換直徑介于200mm 到 1000mm 之間的污水

6、管線。 目前國外采用拉力較大的液壓脹管機，已經(jīng)成功的安裝了直徑是原有管線150%的新管線。給水和燃氣管線更換配備適當?shù)毒叩囊簤好浌軝C便可以更換鋼管、球墨鑄鐵、PVC 以及其他有延展性的舊管線。這些刀具都是經(jīng)過特別設(shè)計的，用于切割管線、 連接夾具以及其他小型管接頭。采用這種方法還有另一個優(yōu)點，也就是在給水管道更換施工中，安裝經(jīng)過預氯化處理的HDPE 管，新管道在安裝之前經(jīng)過消毒處理之后，有助于進一步降低與脹管法相關(guān)的施工時間和成本。剛性分段管線安裝靜態(tài)脹管法是迄今為止我們所了解到的唯一一種可安裝分段的陶管、玻璃鋼管、石棉水泥管、加筋的混凝土管及其他剛性管道的脹管工藝。應用液壓脹管機配合推進液壓油

7、缸，在脹管頭破碎舊管線的同時推進成段的水泥/ 玻璃纖維等管線，從而完成管線的鋪設(shè)。二管線更換相關(guān)數(shù)據(jù)2.1 更換尺寸迄今為止采用脹管法成功的更換的已有地下管線，其尺寸范圍如下：2.1.1 污水管線直徑范圍： 50mm 到 1000mm更換長度： 10m 到 250m- 管徑增大尺寸范圍：一般為20%到 30%，最大為 50%深度范圍： 1m 到 5m2.1.2 給水管線直徑范圍： 50mm 到 600mm更換長度： 10m 到 150m管徑增大尺寸范圍：一般為20%到 30%深度范圍： 1m 到 2.5m2.1.3 燃氣管線直徑范圍： 50mm 到 300mm更換長度： 10m 到 200m管

8、徑增大尺寸范圍：一般為10%到 50%深度范圍： 1m 到 2m2.2 舊管線材料2.2.1 能夠采用脹管法進行更換的已有的舊管線通常的易碎材質(zhì)管線，如：陶土管、混凝土以及鋼筋混凝土管、石棉水泥管、鑄鐵管2.2.2能夠結(jié)合專門設(shè)計的適當管道切割及切削刀具進行更換的一些具有延展性的管線，如：球墨鑄鐵管、薄壁鋼管、玻璃鋼管、聚氯乙烯管（PVC）2.3 新管材料高密聚乙烯管（HDPE）、陶土管（ VCP）、混凝土管、增強型塑性灰漿小管推進管（HOBAS 管等）、球墨鑄鐵管、鋼管、聚氯乙烯管（PVC）、其他組合管道三脹管法施工設(shè)計考慮要素3.1 脹管過程中的土體移位在脹管過程中， 由于脹管頭的外徑大于

9、舊管的直徑， 在回拉過程中會影響到周圍的土質(zhì)，另外在該位置有舊管剩余物，這些都會產(chǎn)生土體的移位，土體移位可能會影響到周圍其他管線或建筑物，所以應盡可能的減少。土體移位則始終取定于以下因素：更換等徑的管線還是增大了直徑的管線脹管頭和切割刀具的口徑舊管直徑及埋深土壤類型、密度和其他周邊環(huán)境建議在實際脹管之前，首先對土體移位量（排土量）進行計算，對周圍地層情況進行估計。排土量計算公式如下：V( 排土量 )= (D-D)2/4L m 3( 其中 D 為新管線直徑，D 為舊管線直徑，L 為管線長度，各參數(shù)均以米為單位)3.2 地表隆起密度與管線埋深不合適， 不能容納由于管線尺寸增加而造成的土壤排量變化，

10、 路面的隆起將會發(fā)生 .因此考慮到潛在的可能性，我們會認為舊管上方土層的密度會小于兩邊和下面。所以在更換過程中， 多余的土會更多的或者絕大部分擠向上方的表面。 如果舊管上方的土層無法完全吸收多余的土量，或者管道埋深很淺，則會導致地表隆起。如下圖：很明顯， 如果更換相同直徑的管線其直徑較小，或者更換增大直徑的管線增大的量不是很大， 那么在脹管過程中， 產(chǎn)生的土體移位較小，因此不可能對附近其他的管線或者設(shè)施造成損害， 即使埋深相對較淺， 這種有限的土體移位也不可能導致地表隆起。但是如果更換的管徑相對較大， 或者更換增大直徑的管線其增大量很可觀，那么脹管過程中產(chǎn)生的土體移位較為明顯，這樣有可能損害周

11、圍地下的公用設(shè)施，而且這種移位的結(jié)果足以導致地面隆起。因此， 工程技術(shù)人員必須掌握這種情況，確保更換管線周圍的公用設(shè)施不會遭到破壞，而且要保證管線足夠埋深并了解土質(zhì)以避免發(fā)生過高的地面隆起。3.3 改善或減少隆起方法利用水平導向鉆機（或其他設(shè)備）在脹管施工前，沿舊管線方向，在它上方鉆一個孔道，以容納多余的排土量，從而消除地面隆起的發(fā)生。我們稱這個孔道為壓力釋放孔?；蛘吲赃呌衅渌叵陆ㄖ锏那闆r下，也可以用同樣的方法在舊管道的另一側(cè)土層鉆孔，以避免傷及其他地下設(shè)施。 另外改變刀具的切割方向，安裝位置等也可以減少地面隆起，同時可以減少對其他設(shè)施的損壞。3.4 脹破力計算在工作開始之前一定要選擇最為

12、經(jīng)濟合理、又能保證完成更換工作的適當?shù)脑O(shè)備和刀具。出選擇的最有力的依據(jù)是能夠計算出更換已有管線的脹破力。其中需要考慮：1）脹破力2 ）摩擦力3 ）土壤擠壓力4 ）管線重力5 ）其他力。做液壓脹管機選擇的依據(jù)是：FpFbp+Fscp+Ff既液壓脹管機拉力Fp 大于 Fbp（脹破力）、 Fscp（擠壓力）、與 Ff （摩擦力）三者之和。但是，一般為了處理地下未知的或者未曾考慮到因素，我們始終建議在受力分析上加上50%作為余量，以保證設(shè)備在出現(xiàn)特殊情況下也能夠順利完成工作。3.5 選擇適當?shù)拿浌芊椒ê偷毒呖紤]因素：已有管線的材質(zhì)和直徑新管線的材質(zhì)和直徑更換等徑的管線還是增大直徑的管線舊管的埋深地層條

13、件、土壤類型、密度等等修正夾具、三通、縮徑管、閥門、混凝土包殼等等其他環(huán)境因素四現(xiàn)場危險性評估施工現(xiàn)場地下管線的定位，搜集各種管線位置資料，鉆孔勘察可能存在管線，鉆孔勘察要求更換管線 4 英尺 (1m) 范圍內(nèi)的管線。填寫脹管工程危險性評估報告，把施工風險降到最小范圍。4.1 施工準備依據(jù)現(xiàn)有管線的幾何數(shù)據(jù)決定工作井的位置與更換次序，大部分準備工作在脹管前完成。-準備與工作井的開挖包括：清洗現(xiàn)有管線 CCTV 勘察。周圍管線勘察通知用戶臨時管線的停止使用以及臨時替代管線的安裝管線的熱熔人井的開挖交通改道與施工現(xiàn)場的安全4.2 施工現(xiàn)場的布置4.3 管線拉伸變形檢測及保護在脹管頭后部 HDPE

14、管線內(nèi)部，安裝應力感應器，來測量由于拉力而產(chǎn)生的拉伸變形。施工中通常在 HDPE 管線內(nèi)部安裝一個細潤滑油管，與脹管頭后部的潤滑劑分配器相連，施工中分配器噴射潤滑劑， 從而降低摩擦力并保護 HDPE 管線的外壁。 由于 HDPE 管線的壁厚都留有安全余量， 即使有部分劃傷也不會影響管線的承壓力。 依照英國燃氣協(xié)會的標準， 管線有 15% 壁厚的劃傷不會影響整個管線的性能，而事實應用中最大的劃傷深度也低于 10%。五案例分析近期國內(nèi)比較成功的一個脹管項目就是 2005 年 12 月 12 日在深圳市區(qū)長?；▓@內(nèi)的一段鋼管更換 PE 工程。使用設(shè)備：Vermeer5058 液壓脹管機被更換舊管：

15、100mm 鍍鋅鋼管，壁厚 4mm，連接處達到了 12mm;新管線： 100mm DR17 PE 管；更換長度： 33m;管線深度： 200mm350mm;拉力：平均 15 噸，聯(lián)結(jié)處達到20 噸；時間；全部 6 小時（包括挖坑，穿過鉆桿及其他準備工作），實際脹管時間為40 分鐘。該工程因為是小管徑更換，不能考慮非開挖技術(shù)的其他諸如內(nèi)襯法、噴涂法等方法。 如果要保證地面上設(shè)施完整，那脹管法是唯一切實可行的方法。工程雖然是100 鋼管換 100PE的最基本案例， 排土量也不是很大，但因為其埋深太淺而且要穿越網(wǎng)球場，從而顯出其特別之處。 在工程進行過程中，由于采取了有效的防隆措施，并針對具體問題具體分析處理，最終工程完畢后不僅沒有損害到其他附近地下設(shè)施，就連網(wǎng)球場也沒有絲毫發(fā)生隆起現(xiàn)象。由此可以看出，脹管技術(shù)在更換管線方面的優(yōu)勢已經(jīng)相當突出了。六結(jié)論脹管法雖然永遠不可能完全替代傳統(tǒng)的開挖方法，