2.2--城市地下管道修复技术与工程实例

2．2城市地下管道修复技术与工程实例2．2．1管道修复技术发展1．管道修复技术随着城市建设的发展，城市地下管道运行维护越来越受到人们的关注。城市地下管道中给水排水、燃气、供热等市政公用管道系统随着使用年限增多，管道使用功能因城市发展不能满足实际需要。同时，受土层电化学等腐蚀作用，结构损坏或老化程度不断加大。管道结构和强度安全度不能满足运行要求。开槽敷设新管道会影响地面交通、破坏环境及扰民，而且在地下管道纵横交错的城区内大范围采用明挖换管法进行管线的改造和管道更新已不现实，迫切需要采用新工艺修复或更换这些在役管道的施工技术。城市工程施工时，由于地下管道的具体位置和状况等因素不是充分确定，常会被施工破坏。破坏的结果是引起管道运行中断，给社会公众造成经济损失和环境污染。管道的修复和更换不仅费用巨大，同时还会带来环境及社会问题。为了保证城市地下管道系统的安全运行，作为非开挖施工技术的组成部分，管道修复技术在20世纪70年代末国外发达国家得到研究开发，且不断发展。我国近年来城市地下管道不开槽修复技术发展十分迅速。2．管道修复技术发展现状(1)管道局部修补技术。当管道的结构完好，仅有局部性缺陷(裂隙或接头损坏)时应考虑局部修补技术，附加管道的结构性能，消除管道缺陷和降低管道的渗漏量。目前我国局部修补技术发展较快，密封法、补丁法、铰接管法、局部软衬法、灌浆法、机器人法等均在工程中应用。(2)全断面修复技术。在燃气、供水、供热等管道修复工程中得到了推广应用，其中内衬(插管)法适用管径范围大，一次性修复管道长；缠绕法适用管径范围大，一次性修复管道短，但适用于各种断面形式；喷涂法主要用于管道的防腐处理，管径较大，且一次性修复管道不超过150m。(3)作为非开挖铺管技术中的静压裂管法是管道原位全断面修复技术中一项新工艺。其基本方式为：以待更新的旧管道为导向，在将其破碎的同时，将新管节拉人或顶人旧管道内，实施管道更新。静压裂管法不但解决了传统施工开挖的难题，同时还可以对原有管道实施扩大管径(在一定范围内)，提高所修复管道的输送能力，具有显著的经济效益和社会效益。(4)近些年来，聚乙烯(PE)管材已被广泛用于工业管道、城市给排水管道、燃气管道等地下管道系统。聚乙烯管材料具有抵抗化学侵蚀和使用寿命长的特性，而且其优异的可焊性能够实现理想的连接。(5)在任何管网系统中管节的接头数目都应尽量减少，以达到减少潜在的泄漏点的目的。适当地选择管道更新的长度是静压裂管修复技术应用的前提，修复管道的接头数目降到最低是静压裂管修复技术应用的关键，能做到管道修复在技术经济的最佳组合是静压裂管修复施工组织设计的出发点。2．2．2静压裂管法工艺1．施工工艺简介’以待更换的既有管道为导向，用专用裂管器将既有管道切开、挤碎达到扩径效果，拖人(或顶人)一根同等直径或比原有管径大一到二级的管节，将数节管现场连接形成新的管道以达到修复旧管道或扩径增容(增加管道输送能力)的工程目的。静压裂管施工工艺过程包括破碎旧管道，挤压碎片进入土体形成新管孔，同时安装连接形成全新的管道，施工设备系统主要由液压动力源、液压拉杆机、支撑架、相应数量的拉杆以及裂管器组成。静压裂管施工示意图如图2．2—1所示。2．施工工艺流程(1)在计划施工管段两端适当部位设置一个设备工作井和一个进管工作井，将裂管设备放置于设备工作井内，首先将快装杆从旧管道推向进管工作井，在进管工作井将导向杆卸下，更换相应规格尺寸的胀破装置(主要是膨胀器与扩刀)，与按照要求长度焊接好的管道连接后，裂管机开始回拉，在破碎旧管道的同时，拉人新的管道，以完成管道的替换施工。静压裂管施工工艺基本流程如图2．2—2所示。(2)施工准备工作包括收集资料、现场勘察、沿线物探和编制施工组织设计、施工方案等技术准备，现场围挡、导行交通等现场准备和技术安全交底、培训等组织准备工作。3．工艺优、缺点分析与传统开挖和其他非开挖工艺比较，静压裂管修复工艺有如下优、缺点：(1)主要优点施工操作简单易行，速度快，造价低；管道适用范围广，所更换的管道包括钢管、铸铁管、水泥管等地下管道；修复管道清洗要求低，只要不堵塞能满足施工要求即可；在一定范围内能达到扩大管道直径，增加管道输送的能力的工程目标；除工作井施工范围外对周边社会环境影响小。(2)主要缺点．将原有管道破碎挤入土体过程中的挤压和振动，会对影响范围内的地下和地上建(构)筑物产生危害，存在一定的风险；需要安装护套保护新管道不受损坏；与其他非开挖修复工艺相比，一次更换的长度不宜超过100m，距离短；旧管道中的弯头处理较为困难。2．2．3实例工程简介近几年，XX燃气集团公司先后在老山小区技改工程、安德路北街中压线、华润中压线、静安里中压线天然气管网改造工程中采用静压裂管法进行旧管道修复施工；取得了工程实践经验。静安里中压线天然气管网改造工程就是应用裂管施工技术改造燃气管线成功的工程实例。1．工程概况工程起点为XX市东北三环内环辅路既有DN200中压A天然气闸井，终点为静安里中低压调压站，沿途没有用户支线；且静安里中低压站有连通线，具备停气置换条件。待修复管道为DN200无缝钢管，采用原位裂管法等径置换管道，新管材为SDRll的直径200PE管，置换管段长为477m；采用德国TT公司生产的800G型裂管设备。共设置工作井8座，工期26天(不含切接)。2．施工现场调查(1)工程地质情况调查施工前，委托专业单位对工程范围的岩土工程地质情况进行勘探，确定各岩土层厚度、取样深度、含水量、颗粒度、承载力标准值等数据，给出穿越地形和地质钻探剖面图。·(2)管道情况调查考虑到在破碎旧管道的同时适当扩径，挤压和振动会引发相邻管线的损坏，以及分支管的连接点处需进行开挖施工等情况，在施工前对施工现场沿线进行勘察、物探。调查主要内容：待修复管道的埋深、拐点、三通、阀门、凝水缸及其他管道附件的位置；附近埋地管道的位置、材质、规格、输送介质；其他地上(下)主要构筑物等。3．施工组织与设计，(1)考虑因素每一段裂管施工需要开挖设备工作井和进管工作井，且分设在待修复管道的两端。确定施工段的划分需要考虑以下因素的影响：1)对存在三通、阀门等附件的管线连接处必须暴露开挖。2)管道走向发生变化处(一般大于10度)必须暴露开挖。3)根据设备能力及现场施工条件，确定一次施工长度(一次性裂管的长度一般应控制在100m之内)，然后进行分段开挖。4)工作井的位置不应影响交通。(2)工作井布置静安里中压线天然气管网改造工程共设置了9个工作井(包括6号、7号、8号等3个设备井；1号、3号、4号、5号等4个进管井；1—1号、2号等2个复合井，既用作进管井又用作设备井)。(3)划分8个施工段1)第一段改造管线全长54．6m，1号工作井至1一l号工作井之间，l号工作井作为进管井，1—1号井作为设备井。2)第二段改造管线全长19．7m，1—1号工作井至2号工作井之间，1—1号工作井作为进管井，2号井西南向作为设备井。3)第三段改造管线全长97m，2号工作井至6号工作井之间，2号工作井东北向作为进管井，6号井西南向作为设备井。4)第四段改造管线全长45m，3号工作井至6号工作井之间，3号工作井东北向作为进管井，6号井作为设备井。5)第五段改造管线全长50m，3号工作井至7号工作井之间，3号工作井东北向作为进管井，7号井作为设备井。6)第六段改造管线全长78．7m，4号工作井至7号工作井之间，4号工作井东北向作为进管井，7号井作为设备井。7)第七段改造管线全长102m，4号工作井至8号工作井之间，4号工作井东北向作为进管井，8号井作为设备井。8)第八段改造管线全长19．gm，5号工作井至8号工作井之间，5号工作井东北向作为进管井，8号井作为设备井。(4)工作井断面确定工作井的长度，要能满足安放牵引机架、装拆拉杆和装卸裂管器的要求。进管工作井的长度L可以根据聚乙烯管的弯曲半径R、敷设深度H、管径DN进行计算。L＝[H*(4R-H)]0.5DN式中L——工作井长度(m)；H—敷设(管中距地面)深度(m)；R——聚乙烯管许用弯曲半径(m)R≥25DN。DN——公称管径(m)，考虑到旧管必须伸出工作井壁和熔接套筒安装操作等因素，井长应适当放长。根据实际情况，为了满足施工需要，工程工作井的规格见表2．2—1。4．旧管道清洗管道内部污垢较多时，需先进行管道清洗；管内沉积物较为疏松时(粒径小于10mm)，可选用机械清理；管内沉积物较多(粒径大于10mm)并结垢特别坚硬时，可选用高压水清洗；管内沉积物为黏稠油状物时，应用化学清洗剂清理。静安里中压线天然气管网改造工程因管道内沉积物较少，只局部采用了高压水进行清洗。5．裂管设备安装800G型裂管设备吊放在设备井内，以旧管道中心和所在井壁面为基准，安放平整，液压动力站放置在设备井外。进行工作前，需检查液压油、柴油及机油油位；启动液压站后，预热液压系统5—30min。设备支撑的稳固是顺利拉管的前提。施工时裂管设备主要承受拉力，回拉PE管时机头前需要设置稳固支撑。在井壁土质松软的情况下，放置钢质抵笼，并将抵笼打人地锚；在槽壁土质坚硬的情况下，可直接将机头抵于井壁。6．设置切割刀具的角度在施工过程中，割刀角度的设置应考虑保护周围的构筑物、管道，不破坏管道与管道上的回填土之间的平衡力为原则。角度宜设定为“5点”或“7点”位置。如图2．2-3所示。2．2．4施工注意事项1．裂管设备操作要点(1)裂管作业1)当导向杆已经到达进管井口时，应停止连接快装杆。2)拆卸导向杆，连接铰接杆、穿人定位档套和胀破刀，将铰接杆与快装杆连接好。将磁性挡块放人铰接杆两端的凹窝内。放人定位挡块后用钢丝圈固定，再用胶带缠绕密封住，以防水和杂物进入。3)滚刀在进入旧管道管口时，应保证刀刃在“5点”或“7点”位置上。(2)管道就位1)在拉管的过程中，在起点，新管道被牵引进旧管的初期，由于受进管工作井的长度限制，会出现新管道上部外壁与旧管端口相互摩擦的情况，这会给PE管材造成很严重的划伤，因此在牵引前，使用氧气／乙炔将进管井内的旧管端口煨成弧状，并且在旧管内壁与新管外壁之间填人胶皮等柔性材料，减少摩擦损害。2)施工时，记录推拉杆连接的数量，通过连接数量掌握推拉杆进入施工段的位置。3)PE管在拉人拖动过程中，设备井操作人员应随时注意回拉压力表显示值，记录最大压力值的变化。两端工作井人员随时保持联系，如遇异常情况应暂停施工。(3)准备工作充分，施工安排合理有序，现场操作过程要严格填写施工记录。2．回拉管注意事项与解决措施(1)在回拉管的过程中，拉管突然停止前进，通过升高液压仍无法前进，可能是管道被重物压住所引起的。解决措施：在被卡住的地点开挖，将重压物移除，再继续回拉管。(2)回拉管的过程中，如在起点时裂管头就被卡住，可能是旧管道的周围土体密实度大所引起的。解决措施：可先将裂管头取下，只用割刀将旧管道从头到尾割裂，在工作井和进管工作井内围绕旧管的管头各垒土坝，坝的上沿高过旧管道的管顶高度，向旧管道内注水至旧管道管顶淹没为止。蓄水后保持一天，由于水的浸润软化了旧管道周围的土层，使得土体对旧管道的压力大为减少，裂管所需的拉力会相应降低。最后将旧管道内的蓄水抽走，再继续回拉管。2．2．5工程结果与建议1．工程结果采用原位裂管法将DN200无缝钢管的原管道成功置换为DN200聚乙烯新管道，全长477m管道在28d预定工期内施工完毕。除工作井部位占用路面设有围挡外，其余部位保持路面交通，工程施工对周围环境影响较小。显示了裂管法更换管道技术的优越性。2．改进建议(1)目前国内工程使用的裂管设备多为引进，配套性差，适应范围较窄，政府主管部门应积极引导企业消化吸收引进技术设备。(2)国内尚无管道修复前后的检测评价技术和评价标准，应着手编制评价规范标准。(3)除企业标准外，国内尚无行业(国家)工程标准、规范，地方主管部门可先行组织编制地方标准。