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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)由希硪欢伺c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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