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煤氣聚乙烯管的不挖溝敷設(shè)技術(shù)
隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展及市政管理的規(guī)范化，傳統(tǒng)的“開挖埋管法”已越來(lái)越受到限制，雖然“頂管法”過(guò)去一直發(fā)揮積極的作用，但成本高、效率低c近年來(lái)，不挖溝敷設(shè)聚乙烯(PE)管技術(shù)的發(fā)展和普及，令很多敷管難題迎刃而解。該技術(shù)包括：穿套更新舊管技術(shù)(簡(jiǎn)稱Slip Insertion)、緊貼穿套更新舊管技術(shù)(簡(jiǎn)稱Swagelining)和導(dǎo)向鉆道敷設(shè)新管技術(shù)(簡(jiǎn)稱Rotamole)。
1施工準(zhǔn)備
1．1報(bào)建
不挖溝敷管技術(shù)仍有發(fā)射井、接收井等少量的開挖工程，還可能占用道路，故應(yīng)按正常程序報(bào)建。
1．2工地勘察
工地須有足夠的空間放置機(jī)具、管材及挖掘發(fā)射井和接收井，并方便操作，不阻礙交通。
清楚地了解附近地下設(shè)施，對(duì)導(dǎo)向鉆道敷管工程尤為重要。工程技術(shù)人員須根據(jù)土質(zhì)和地下設(shè)施資料設(shè)計(jì)導(dǎo)向鉆頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，以資操作。施工前，應(yīng)向有關(guān)部門查詢給排水管、電纜等地下設(shè)施資料，如有必要，可使用金屬探測(cè)器探測(cè)。此外，還須提取埋設(shè)層土質(zhì)分析，以確定鉆頭大小。對(duì)于松軟的土層，必須選用有較大斜面的鉆頭，使導(dǎo)向能力增強(qiáng)；對(duì)于堅(jiān)硬的土層或石層，應(yīng)選用有較小斜面的鉆頭，使切削力集中，穿透力增強(qiáng)，并保持適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向能力，以回避(英國(guó)Rotam01e鉆機(jī)最小鉆道曲率半徑為20m)過(guò)于堅(jiān)硬的巖石。
1．3檢管
舊管更新須了解舊管橢圓度、腐蝕、裂紋等資料。管內(nèi)壁不應(yīng)有毛刺和焊渣，以免拖拉時(shí)刮傷PE管。必要時(shí)，還須調(diào)直彎管。
緊貼穿套更新舊管技術(shù)對(duì)舊管內(nèi)壁要求較高，可通過(guò)閉路電視系統(tǒng)(CCTV system)及通徑檢測(cè)器(Cauging Pig)獲取管內(nèi)資料，再用清管器(Scraper)擦凈及整圓管壁。
對(duì)于穿套更新舊管，由于舊管與PK管有一定的間隙，故對(duì)舊管的要求相對(duì)較低�？汕逑磁f管后，采用管道攝像機(jī)(Video Camera)拍攝管內(nèi)壁圖片。該方法效率較高，每天可檢管1300m。有時(shí)，亦可簡(jiǎn)單地用同管徑的PE管試拖，如發(fā)現(xiàn)PE管有明顯的損壞，可使用清管器清除毛刺、焊渣或銹斑。
1．4管材
不挖溝敷管技術(shù)對(duì)PE管并無(wú)特殊的要求。理論上，輸送煤氣之PK管不但要有較好的剛性、一定的強(qiáng)度，而且要有較好的韌性和抗應(yīng)力開裂性能，輸送煤氣之PE管宜采用中密度管(MDPE)，SDRll中密度PE管可用于輸送壓力為4bar的系統(tǒng)，5DRl7．6的中密度PE管可用于輸送壓力為2bar的系統(tǒng)。
2施工工藝
2．1穿套更新舊管技術(shù)
該技術(shù)以廢棄的舊煤氣管作套管，在舊煤氣管內(nèi)插PE管。
穿套更新舊管可分兩步進(jìn)行，首先須將絞繩穿過(guò)舊管．以實(shí)現(xiàn)絞繩與PE管、絞車間的連接。一般作法如圖1所示，降落傘狀風(fēng)帽(可用球囊自制)尾部連有具有一定抗拉強(qiáng)度(約800N)的輕型尼龍繩，被壓縮空氣以1m／s的速度，從發(fā)射井經(jīng)舊管吹至接收井，因尼龍繩不能承受足夠的拉力而拖拉絞繩，
可先拉過(guò)較粗的繩索過(guò)渡，再借助較粗的繩索將絞繩拉過(guò)舊管。
第二步操作如圖2所示。絞索穿過(guò)舊管后，將其一端連在絞車輥?zhàn)由�，另一端與錐形拖頭相連(錐形拖頭尾部連有PE管)，再通過(guò)絞車或液壓動(dòng)力機(jī)．將PE管拉(推)過(guò)舊管。
為防止PE管在舊管導(dǎo)入口受到損壞，可在導(dǎo)入口放置喇叭形導(dǎo)滑物，并將PE管置在托輥上。PE管與套管間端口可用O形橡膠圈、塑料密封套或填料密封。
2．2緊貼穿套更新舊管技術(shù)
緊貼穿套更新舊管技術(shù)由英國(guó)煤氣公司(British Gas plc)開發(fā)，用于流量損失不宜太大的舊管更新，敷管范圍一般為g32mm—400mm.
如圖3所示，緊貼穿套敷管設(shè)備由加熱器、扁模、液壓推動(dòng)機(jī)、錐形拖頭和絞車組成。經(jīng)加熱器加熱，與舊管尺寸匹配的PK管穿過(guò)扁模，PE管被拉長(zhǎng)，外徑減少7—11％，而壁厚基本不變，借助液壓推動(dòng)機(jī)及絞車的動(dòng)力，將熱態(tài)PE管拉過(guò)舊管，到達(dá)接收井，釋放拉力，PE管冷卻復(fù)原并緊貼舊管內(nèi)壁。
2．3轉(zhuǎn)向鉆道敷設(shè)新管技術(shù)—Rotamole
轉(zhuǎn)向鉆道系統(tǒng)可用于新管的不挖溝敷設(shè)。其基本步驟為：導(dǎo)向鉆孔(Pilot Boring)、擴(kuò)孔回拖PK管(Backreaming)。
導(dǎo)向鉆孔的主要目的是確定管道的敷設(shè)軌跡。其操作過(guò)程如圖4所示，導(dǎo)向鉆頭從預(yù)定的入土點(diǎn)和入土角鉆入土層，操作人員手持導(dǎo)航儀，測(cè)定導(dǎo)向鉆頭位置、深度和方向等，與預(yù)先輸入的設(shè)計(jì)軌跡對(duì)比，決策下一操作步驟，令導(dǎo)向鉆頭能按預(yù)定的軌跡挖掘地道。
擴(kuò)孔回拖PE管操作如圖5所示c導(dǎo)向鉆頭抵達(dá)接收井后，將其從鉆桿上拆除，裝上擴(kuò)孔鉆頭，由空壓機(jī)、液壓動(dòng)力機(jī)或絞車提供拉力，將擴(kuò)孔鉆頭從接收井拖回，待地道擴(kuò)至孔徑后，將PE管拉過(guò)地道。當(dāng)然，擴(kuò)孔和回拖PE管可同時(shí)進(jìn)行，此時(shí)，須將旋轉(zhuǎn)活節(jié)接于擴(kuò)孔器和PE管之間，以免鉆孔機(jī)所產(chǎn)生的扭矩傳至PE管而造成損壞。
干式導(dǎo)向鉆頭為有斜面的圓柱體，其后連有中空鉆桿，壓縮空氣鼓入鉆桿，從鉆頭高速噴出，產(chǎn)生沖擊力，鉆頭的推進(jìn)和旋轉(zhuǎn)由液壓動(dòng)力機(jī)提供動(dòng)力。
當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，鉆頭停止旋轉(zhuǎn)，在磁信號(hào)的作用下，調(diào)整導(dǎo)向鉆頭斜面的方向，鉆頭在推力作用下轉(zhuǎn)向阻力較小的航道。導(dǎo)向鉆頭回避障礙物時(shí)受力分析見圖6，此時(shí)，鉆頭斜面受到液壓動(dòng)力機(jī)的推力F1，巖石對(duì)鉆頭的作用力F2及土層對(duì)鉆頭的作用力(摩擦力)門。這里F1可分解為f2和f3，因f2＝F2，f3＞F3，則鉆頭沿幅方向運(yùn)動(dòng)。
美國(guó)、中國(guó)(地礦部、中油總)、英國(guó)均開發(fā)了轉(zhuǎn)向鉆道系統(tǒng)，以滿足不同的敷管需要。國(guó)內(nèi)外幾種
1991年，受英國(guó)煤氣公司許可，英國(guó)S，eve V5ckIntemational ltd開始生產(chǎn)新型干式轉(zhuǎn)向鉆道系統(tǒng)Rotamole6000系列，該轉(zhuǎn)向鉆道系統(tǒng)僅需兩人操作，適于中小口徑的PE管的不挖溝敷設(shè)，可敷設(shè)埋深3．5m、長(zhǎng)135m口180mm的PE管。比較而言，國(guó)產(chǎn)設(shè)備存在性能不穩(wěn)定，敷設(shè)距離短、偏差大之不足。
3應(yīng)用情況
不挖溝敷管技術(shù)在英國(guó)、美國(guó)、日本、中國(guó)大陸及香港等有破路限制或地下障礙復(fù)雜的工地得到廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)向鉆道系統(tǒng)還可用于鋼管的敷設(shè)。
3。1穿套更新舊管
1993年12月，香港中華煤氣有限公司試驗(yàn)性將中密度PE管插入1．7mmd254mm的可鍛鑄鐵管內(nèi)，拉開了穿套更新舊管的序幕。與“開挖埋管法”相比，該工程僅挖溝260mm，占總長(zhǎng)度的15％，省去了1200m3約64％的土石方工程，按時(shí)段計(jì)，減少了80％的施工噪音，節(jié)省開支40％，共計(jì)158萬(wàn)港元。由于管徑縮小，新管的通過(guò)能力減少了63％。 1994年，美國(guó)洛杉礬市發(fā)生了一場(chǎng)6．
8級(jí)的地震，盡管南加里佛利亞煤氣公司(Sourthem CaliforniaGas Ltd)的PE管秋毫無(wú)損，但該市以南城區(qū)的一條有72年歷史長(zhǎng)約3km，直徑為12英寸的鋼管受到損壞，該管段的焊接處出現(xiàn)了14個(gè)裂縫、雖然緊急搶修已控制了泄漏，但仍為權(quán)宜之計(jì)，公司不得不面臨更新管道的挑戰(zhàn)。由于該管線于1922年埋設(shè)，昔日的荒涼之地已成為今時(shí)繁華的商住區(qū)，開挖埋管 將很困難，亦很昂貴。1995年，在有實(shí)操經(jīng)驗(yàn)的俄克 拉哈馬煤氣電力公司(Oklahoma Gas and Electric Ltd)、巴特姆煤氣電力公司(Baltimore Cas and Electric Ltd)及巴伐利亞天然氣燃料公司(Buffalo Natural Fuel Cas Company)的指導(dǎo)下，經(jīng)有關(guān)當(dāng)局批 準(zhǔn)，南加里佛利亞煤氣公司委托一家僅有六名員工 的公司在12英寸的鋼管內(nèi)穿套8英寸的PE管。該 公司僅用8周就完成了更新工程，直接成本支出約 204，688USD，平均每米支出39．5USD，平均一次性 敷管547m，最長(zhǎng)一次性敷管882m.
3．2緊貼穿插套更新舊管
1996年6月，香港中華煤氣有限公司委托英國(guó)承建商ALHCO運(yùn)用緊貼穿套技術(shù)更新了3條舊的可鍛鑄鐵管，3個(gè)項(xiàng)目工期共為3周。
Wai Yip街項(xiàng)目：以SDRl7．6φ315mm的PE管緊貼穿套更新長(zhǎng)378mφ300mm的可鍛鑄鐵管；
Heard街wood道項(xiàng)目：以SDRl7．69250mm的PE管緊貼穿套更新長(zhǎng)178m口10英寸的可鍛鑄鐵管；
Island道項(xiàng)目：以SDRl7．66220mm的PE管緊貼穿套更新長(zhǎng)230m9200mm的可鍛鑄鐵管；
根據(jù)香港經(jīng)驗(yàn)，與開挖埋管法相比，上述工程減少了的78％土石方及40％的工程成本，按時(shí)段計(jì)，可減少噪音90％，并可保持80％的通過(guò)能力。
3．3轉(zhuǎn)向鉆道敷設(shè)PE管
1994年，香港中華煤氣有限公司開始采用轉(zhuǎn)向鉆道技術(shù)在有破路限制或障礙物下敷設(shè)煤氣管，目前，敷管長(zhǎng)度超過(guò)400m。典型的個(gè)案有：在自行車道下敷設(shè)長(zhǎng)42m9180mm的PE管；穿過(guò)車行道敷設(shè)長(zhǎng)30mφ180mm的PE管；在下水道下面敷設(shè)長(zhǎng)8mφ250mm的PE管。
轉(zhuǎn)向鉆道技術(shù)亦在國(guó)內(nèi)得到應(yīng)用。1998年，地礦部下屬公司成功地在廣鋼鐵路下敷設(shè)10條長(zhǎng)40mφ160mm的PK管。此前該公司在北京順義某小區(qū)敷設(shè)了長(zhǎng)120mφ200mm的煤氣PE管。1997年4月，中國(guó)石油天然氣管道局采用DZ—1鉆機(jī)承擔(dān)了一條長(zhǎng)24mφ219mm鋼質(zhì)煤氣管的穿越公路工程，該工程累計(jì)工作時(shí)間僅用了不到24小時(shí)。有資料顯示，中國(guó)石油天然氣管道局曾進(jìn)口美國(guó)DD—60P2鉆機(jī)，進(jìn)行大型石油天然輸送鋼管的不挖溝敷設(shè)。
根據(jù)香港經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)向鉆道技術(shù)敷設(shè)PE管可降低成本0％至78％。
4小結(jié)
不挖溝敷管技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是提高工作效率、降低成本，減少環(huán)境污染及對(duì)交通的干擾。緊貼穿套更新舊管技術(shù)、穿套更新舊管技術(shù)還有利于保留舊管資料及保護(hù)PE管。
但是，緊敗穿套更新舊管技術(shù)和穿套更新技術(shù)將會(huì)減少管道的通過(guò)能力，穿套更新舊管技術(shù)尤為嚴(yán)重。在舊管輸送余量不大時(shí)，如不便提高輸送壓力，將不宜采用。
緊貼穿套更新舊管和轉(zhuǎn)向鉆道系統(tǒng)的設(shè)備較多，安裝時(shí)間較長(zhǎng)，并需要一定的操作空間，這并不是每個(gè)工地可以提供的。
如地下資料不明，采用轉(zhuǎn)向鉆道很可能會(huì)損壞其它地下設(shè)施，如排污管、電纜等，故在新區(qū)使用較為理想。此外，過(guò)于松軟的土質(zhì)，地道易坍塌；過(guò)于堅(jiān)硬的巖層，鉆頭不易穿透，這兩種情況均不適于轉(zhuǎn)向鉆道系統(tǒng)的操作。
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