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非开挖工程管道原位更换技术

非开挖工程管道原位更换技术

发布日期:2017-03-09 作者:陆通非开挖工程 点击:

随着城市现代化建设的不断深入,城市的地下管线(如污水管、自来水管道、煤气管道、热力管道、动力电缆和通讯电缆等)将越来越密集,形成一个庞大的地下管网系统。由于所有管线的寿命都是有限的,当使用到一定年限以后必然会因各种原因而导致破坏。同时,城市的现代化发展日新月异,以前铺设的管线往往无法满足当今现代化城市发展的需要。这些已到使用寿命和不能满足需要的管线必须进行修复或更换。非开挖工程管道原位更换技术是指以待更换的旧管道为导向,在将其破碎的同时,将新管拉入或顶入的管道更换技术。

1、爆管法

   爆管法是在更换一些旧的、不合要求的油气、给排水管道工程中得到普遍认可的一种管道非开挖在线更换方法。该工艺采用等径或超径的新管道来在线更换旧管道。当要更换的旧管道的分支较少或是旧管道在结构上已经损坏或是需要提高其承载力时,采用爆管法工艺将获得较高的经济效益。 爆管法是扩容现有管道的最经济方法,该法能降低对人行道的破坏、对交通的干扰,因此降低由铺设管道而引起的社会成本。

2、爆管法发展历史

    爆管法最早是20世纪70年代在英国发展起来的,当时D. J. Ryan等联合British Gas公司,来更换小直径的(75mm和100mm)的铸铁天然气主管道(Howell 1995)。采用的是气动锥形爆管头,通过往复冲击作用,完成管道更换。该方法1981年在英国申请专利,1986年在美国申请专利。然而,原始专利在 2005年过期,该法得到新的发展并又申请了相关的专利。当该方法最初只用于更换铸铁天然气管道,后来才用于更换自来水和污水管道。到1985年,该法进一步发展,能更换外径达400mm的MDPE污水管。美国使用该法进行管道更换的长度每年以20%的速度增长,大部分是污水管道。

3、爆管法管道更换施工工艺

    爆管法首先需要将一个锥形的工具(爆管头)装入到旧管道中,爆管头将旧管道破碎成碎片并将其挤入到周围的土层中。与此同时,新的管道接在爆管头后面拉入。爆管头的后部直径应该比旧管道的内径大,以破碎旧管道,并且应该比新管道的外径略大,这样可以减少新管道拉入时的摩擦阻力。爆管头的尾部连接拉入的新管道,前端接钢丝或是特殊的钻杆。爆管头和新的管道从始发坑进入,牵引钢丝绳或钻杆通过接收坑连接到爆管头并施加拉力。钢丝绳或钻杆的另一个作用是对爆管头的导向作用,使其不偏离旧管道的路线,特殊设计的爆管头还可以减少新管道的拉入过程的向下漂移或是偏离管线的影响。

4、爆管法可行性和经济

   对于管道修复或更换,传统的方法包括开挖地面、挖出管道、再铺设管段、连接支管和地面复原等内容。但爆管法的优点之一是能保持或甚至增加重力管道的过流断面,其增加范围可达到100%。 

5、适用性 

    爆管法能用于较宽的管道直径范围和各种地层条件。典型的管道直径范围是50mm~750mm,尽管更大直径的管道也能用爆管法进行原位更换。爆管法一般用于等直径管道更换或增大直径管道更换。较大扩大直径施工(扩到3倍直径)已经成功进行,但需要更大的回拖力,并可能出现较大的地表位移。 在每次爆管作业中可能会遇到不同的场地和地层条件,详细调查周边环境、管道埋深和土层条件是非常重要的。确定上覆土层最小埋深(基于原有管道直径、原始开挖条件或可能的扩容情况)也是比较重要的,以避免地表和人行道的隆起。当遇到膨胀土地层、采用过柔性材料修复的管道、管道塌陷和邻近地下管线设施等情况时,对爆管施工往往是不利的。 所有爆管法应用中,有必要掌握土层条件、周边结构和设施的位置、以及在这些情况下实施爆管法所产生的影响。 爆管法的局限包括如下方面: 1)支管连接需要开挖地面; 2)膨胀土可能造成爆管法施工困难; 3)管道上某点塌陷以后,在该点需要挖掘以穿入牵引绳/杆; 4)管道上套环或点状修补位置可能干扰爆管法作业过程; 5)如果原管道严重错位,新管道也将产生严重错位现象,即使某些管段能够进行一定程度的纠正; 6)需要起始工作坑和接收工作坑。

6、爆管系统分类

    为了破碎旧管道,爆管头承受来自牵引绳或钻杆施加的静拉力、液压驱动力或气压驱动力,其受力情况与不同的爆管系统相对应。现有的爆管方法主要包括:气动法、静拉法、液动胀管法、内裂法、劈管法、抽管法、磨管法,这些方法的不同在于作用力的来源、碎管方法和后续作业的不同。其选用与地层条件、地下水情况、管道扩容量、新管类型、旧管道状况和管道埋深等因素有关。

7、非开挖管线清除和更换系统 

   爆管技术是先将旧管道破碎,再将管道碎片挤入周围土层中。而管道清除系统是先将旧管道破碎,然后将非开挖工程管道碎片清除到地面。


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