煤气聚乙烯管的不挖沟敷设技术

煤气聚乙烯管的不挖沟敷设技术随著城市化进程的快速发展及市政管理的规范化，传统的“开挖埋管法”已越来越受到限制，虽然“顶管法”过去一直发挥积极的作用，但成本高、效率低c近年来，不挖沟敷设聚乙烯(PE)管技术的发展和普及，令很多敷管难题迎刃而解。该技术包括：穿套更新旧管技术(简称SlipInsertion)、紧贴穿套更新旧管技术(简称Swagelining)和导向钻道敷设新管技术(简称Rotamole)。1施工准备1．1报建不挖沟敷管技术仍有发射井、接收井等少量的开挖工程，还可能占用道路，故应按正常程序报建。1．2工地勘察工地须有足够的空间放置机具、管材及挖掘发射井和接收井，并方便操作，不阻碍交通。清楚地了解附近地下设施，对导向钻道敷管工程尤为重要。工程技术人员须根据土质和地下设施资料设计导向钻头的运动轨迹，以资操作。施工前，应向有关部门查询给排水管、电缆等地下设施资料，如有必要，可使用金属探测器探测。此外，还须提取埋设层土质分析，以确定钻头大小。对于松软的土层，必须选用有较大斜面的钻头，使导向能力增强；对于坚硬的土层或石层，应选用有较小斜面的钻头，使切削力集中，穿透力增强，并保持适当的转向能力，以回避(英国Rotam01e钻机最小钻道曲率半径为20m)过于坚硬的岩石。1．3检管旧管更新须了解旧管椭圆度、腐蚀、裂纹等资料。管内壁不应有毛刺和焊渣，以免拖拉时刮伤PE管。必要时，还须调直弯管。紧贴穿套更新旧管技术对旧管内壁要求较高，可通过闭路电视系统(CCTVsystem)及通径检测器(CaugingPig)获取管内资料，再用清管器(Scraper)擦净及整圆管壁。对于穿套更新旧管，由于旧管与PK管有一定的间隙，故对旧管的要求相对较低。可清洗旧管后，采用管道摄像机(VideoCamera)拍摄管内壁图片。该方法效率较高，每天可检管1300m。有时，亦可简单地用同管径的PE管试拖，如发现PE管有明显的损坏，可使用清管器清除毛刺、焊渣或锈斑。1．4管材不挖沟敷管技术对PE管并无特殊的要求。理论上，输送煤气之PK管不但要有较好的刚性、一定的强度，而且要有较好的韧性和抗应力开裂性能，输送煤气之PE管宜采用中密度管(MDPE)，SDRll中密度PE管可用于输送压力为4bar的系统，5DRl7．6的中密度PE管可用于输送压力为2bar的系统。2施工工艺2．1穿套更新旧管技术该技术以废弃的旧煤气管作套管，在旧煤气管内插PE管。穿套更新旧管可分两步进行，首先须将绞绳穿过旧管．以实现绞绳与PE管、绞车间的连接。一般作法如图1所示，降落伞状风帽(可用球囊自制)尾部连有具有一定抗拉强度(约800N)的轻型尼龙绳，被压缩空气以1m／s的速度，从发射井经旧管吹至接收井，因尼龙绳不能承受足够的拉力而拖拉绞绳，可先拉过较粗的绳索过渡，再借助较粗的绳索将绞绳拉过旧管。第二步操作如图2所示。绞索穿过旧管后，将其一端连在绞车辊子上，另一端与锥形拖头相连(锥形拖头尾部连有PE管)，再通过绞车或液压动力机．将PE管拉(推)过旧管。为防止PE管在旧管导入口受到损坏，可在导入口放置喇叭形导滑物，并将PE管置在托辊上。PE管与套管间端口可用O形橡胶圈、塑料密封套或填料密封。2．2紧贴穿套更新旧管技术紧贴穿套更新旧管技术由英国煤气公司(BritishGasplc)开发，用于流量损失不宜太大的旧管更新，敷管范围一般为g32mm—400mm.如图3所示，紧贴穿套敷管设备由加热器、扁模、液压推动机、锥形拖头和绞车组成。经加热器加热，与旧管尺寸匹配的PK管穿过扁模，PE管被拉长，外径减少7—11％，而壁厚基本不变，借助液压推动机及绞车的动力，将热态PE管拉过旧管，到达接收井，释放拉力，PE管冷却复原并紧贴旧管内壁。2．3转向钻道敷设新管技术—Rotamole转向钻道系统可用于新管的不挖沟敷设。其基本步骤为：导向钻孔(PilotBoring)、扩孔回拖PK管(Backreaming)。导向钻孔的主要目的是确定管道的敷设轨迹。其操作过程如图4所示，导向钻头从预定的入土点和入土角钻入土层，操作人员手持导航仪，测定导向钻头位置、深度和方向等，与预先输入的设计轨迹对比，决策下一操作步骤，令导向钻头能按预定的轨迹挖掘地道。扩孔回拖PE管操作如图5所示c导向钻头抵达接收井后，将其从钻杆上拆除，装上扩孔钻头，由空压机、液压动力机或绞车提供拉力，将扩孔钻头从接收井拖回，待地道扩至孔径后，将PE管拉过地道。当然，扩孔和回拖PE管可同时进行，此时，须将旋转活节接于扩孔器和PE管之间，以免钻孔机所产生的扭矩传至PE管而造成损坏。干式导向钻头为有斜面的圆柱体，其后连有中空钻杆，压缩空气鼓入钻杆，从钻头高速喷出，产生冲击力，钻头的推进和旋转由液压动力机提供动力。当需要转向时，钻头停止旋转，在磁信号的作用下，调整导向钻头斜面的方向，钻头在推力作用下转向阻力较小的航道。导向钻头回避障碍物时受力分析见图6，此时，钻头斜面受到液压动力机的推力F1，岩石对钻头的作用力F2及土层对钻头的作用力(摩擦力)门。这里F1可分解为f2和f3，因f2＝F2，f3＞F3，则钻头沿幅方向运动。美国、中国(地矿部、中油总)、英国均开发了转向钻道系统，以满足不同的敷管需要。国内外几种1991年，受英国煤气公司许可，英国S，eveV5ckIntemationalltd开始生产新型干式转向钻道系统Rotamole6000系列，该转向钻道系统仅需两人操作，适于中小口径的PE管的不挖沟敷设，可敷设埋深3．5m、长135m口180mm的PE管。比较而言，国产设备存在性能不稳定，敷设距离短、偏差大之不足。3应用情况不挖沟敷管技术在英国、美国、日本、中国大陆及香港等有破路限制或地下障碍复杂的工地得到广泛的应用。转向钻道系统还可用于钢管的敷设。3。1穿套更新旧管1993年12月，香港中华煤气有限公司试验性将中密度PE管插入1．7mmd254mm的可锻铸铁管内，拉开了穿套更新旧管的序幕。与“开挖埋管法”相比，该工程仅挖沟260mm，占总长度的15％，省去了1200m3约64％的土石方工程，按时段计，减少了80％的施工噪音，节省开支40％，共计158万港元。由于管径缩小，新管的通过能力减少了63％。1994年，美国洛杉矾市发生了一场6．8级的地震，尽管南加里佛利亚煤气公司(SourthemCaliforniaGasLtd)的PE管秋毫无损，但该市以南城区的一条有72年历史长约3km，直径为12英寸的钢管受到损坏，该管段的焊接处出现了14个裂缝、虽然紧急抢修已控制了泄漏，但仍为权宜之计，公司不得不面临更新管道的挑战。由于该管线于1922年埋设，昔日的荒凉之地已成为今时繁华的商住区，开挖埋管将很困难，亦很昂贵。1995年，在有实操经验的俄克拉哈马煤气电力公司(OklahomaGasandElectricLtd)、巴特姆煤气电力公司(BaltimoreCasandElectricLtd)及巴伐利亚天然气燃料公司(BuffaloNaturalFuelCasCompany)的指导下，经有关当局批准，南加里佛利亚煤气公司委托一家仅有六名员工的公司在12英寸的钢管内穿套8英寸的PE管。该公司仅用8周就完成了更新工程，直接成本支出约204，688USD，平均每米支出39．5USD，平均一次性敷管547m，最长一次性敷管882m.3．2紧贴穿插套更新旧管1996年6月，香港中华煤气有限公司委托英国承建商ALHCO运用紧贴穿套技术更新了3条旧的可锻铸铁管，3个项目工期共为3周。　　WaiYip街项目：以SDRl7．6φ315mm的PE管紧贴穿套更新长378mφ300mm的可锻铸铁管；　　Heard街wood道项目：以SDRl7．69250mm的PE管紧贴穿套更新长178m口10英寸的可锻铸铁管；　　Island道项目：以SDRl7．66220mm的PE管紧贴穿套更新长230m9200mm的可锻铸铁管；　　根据香港经验，与开挖埋管法相比，上述工程减少了的78％土石方及40％的工程成本，按时段计，可减少噪音90％，并可保持80％的通过能力。3．3转向钻道敷设PE管　　1994年，香港中华煤气有限公司开始采用转向钻道技术在有破路限制或障碍物下敷设煤气管，目前，敷管长度超过400m。典型的个案有：在自行车道下敷设长42m9180mm的PE管；穿过车行道敷设长30mφ180mm的PE管；在下水道下面敷设长8mφ250mm的PE管。　　转向钻道技术亦在国内得到应用。1998年，地矿部下属公司成功地在广钢铁路下敷设10条长40mφ160mm的PK管。此前该公司在北京顺义某小区敷设了长120mφ200mm的煤气PE管。1997年4月，中国石油天然气管道局采用DZ—1钻机承担了一条长24mφ219mm钢质煤气管的穿越公路工程，该工程累计工作时间仅用了不到24小时。有资料显示，中国石油天然气管道局曾进口美国DD—60P2钻机，进行大型石油天然输送钢管的不挖沟敷设。　　根据香港经验，转向钻道技术敷设PE管可降低成本0％至78％。4小结不挖沟敷管技术主要优点是提高工作效率、降低成本，减少环境污染及对交通的干扰。紧贴穿套更新旧管技术、穿套更新旧管技术还有利于保留旧管资料及保护PE管。但是，紧败穿套更新旧管技术和穿套更新技术将会减少管道的通过能力，穿套更新旧管技术尤为严重。在旧管输送余量不大时，如不便提高输送压力，将不宜采用。紧贴穿套更新旧管和转向钻道系统的设备较多，安装时间较长，并需要一定的操作空间，这并不是每个工地可以提供的。如地下资料不明，采用转向钻道很可能会损坏其它地下设施，如排污管、电缆等，故在新区使用较为理想。此外，过于松软的土质，地道易坍塌；过于坚硬的岩层，钻头不易穿透，这两种情况均不适于转向钻道系统的操作。