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煤氣聚乙烯管的不挖溝敷設(shè)技術(shù)
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”已越來越受到限制，雖然“頂管法”過去一直發(fā)揮積極的作用，但成本高、效率低c近年來，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)(簡稱Slip Insertion)、緊貼穿套更新舊管技術(shù)(簡稱Swagelining)和導(dǎo)向鉆道敷設(shè)新管技術(shù)(簡稱Rotamole)。 1施工準(zhǔn)備 1．1報建 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)按正常程序報建。 1．2工地勘察 工地須有足夠的空間放置機具、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)計導(dǎo)向鉆頭的運動軌跡，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，可使用金屬探測器探測。此外，還須提取埋設(shè)層土質(zhì)分析，以確定鉆頭大小。對于松軟的土層，必須選用有較大斜面的鉆頭，使導(dǎo)向能力增強；對于堅硬的土層或石層，應(yīng)選用有較小斜面的鉆頭，使切削力集中，穿透力增強，并保持適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)向能力，以回避(英國Rotam01e鉆機最小鉆道曲率半徑為20m)過于堅硬的巖石。 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，以免拖拉時刮傷PE管。必要時，還須調(diào)直彎管。 緊貼穿套更新舊管技術(shù)對舊管內(nèi)壁要求較高，可通過閉路電視系統(tǒng)(CCTV system)及通徑檢測器(Cauging Pig)獲取管內(nèi)資料，再用清管器(Scraper)擦凈及整圓管壁。 對于穿套更新舊管，由于舊管與PK管有一定的間隙，故對舊管的要求相對較低�？汕逑磁f管后，采用管道攝像機(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，亦可簡單地用同管徑的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PE管并無特殊的要求。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，首先須將絞繩穿過舊管．以實現(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， 可先拉過較粗的繩索過渡，再借助較粗的繩索將絞繩拉過舊管。 第二步操作如圖2所示。絞索穿過舊管后，將其一端連在絞車輥子上，另一端與錐形拖頭相連(錐形拖頭尾部連有PE管)，再通過絞車或液壓動力機．將PE管拉(推)過舊管。 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、液壓推動機、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管穿過扁模，PE管被拉長，外徑減少7—11％，而壁厚基本不變，借助液壓推動機及絞車的動力，將熱態(tài)PE管拉過舊管，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。其操作過程如圖4所示，導(dǎo)向鉆頭從預(yù)定的入土點和入土角鉆入土層，操作人員手持導(dǎo)航儀，測定導(dǎo)向鉆頭位置、深度和方向等，與預(yù)先輸入的設(shè)計軌跡對比，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，裝上擴孔鉆頭，由空壓機、液壓動力機或絞車提供拉力，將擴孔鉆頭從接收井拖回，待地道擴至孔徑后，將PE管拉過地道。當(dāng)然，擴孔和回拖PE管可同時進(jìn)行，此時，須將旋轉(zhuǎn)活節(jié)接于擴孔器和PE管之間，以免鉆孔機所產(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)由液壓動力機提供動力。 當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時，鉆頭停止旋轉(zhuǎn)，在磁信號的作用下，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受力分析見圖6，此時，鉆頭斜面受到液壓動力機的推力F1，巖石對鉆頭的作用力F2及土層對鉆頭的作用力(摩擦力)門。這里F1可分解為f2和f3，因f2＝F2，f3＞F3，則鉆頭沿幅方向運動。 美國、中國(地礦部、中油總)、英國均開發(fā)了轉(zhuǎn)向鉆道系統(tǒng)，以滿足不同的敷管需要。國內(nèi)外幾種 1991年，受英國煤氣公司許可，英國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135m口180mm的PE管。比較而言，國產(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、美國、日本、中國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，占總長度的15％，省去了1200m3約64％的土石方工程，按時段計，減少了80％的施工噪音，節(jié)省開支40％，共計158萬港元。由于管徑縮小，新管的通過能力減少了63％。 1994年，美國洛杉礬市發(fā)生了一場6．8級的地震，盡管南加里佛利亞煤氣公司(Sourthem CaliforniaGas Ltd)的PE管秋毫無損，但該市以南城區(qū)的一條有72年歷史長約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個裂縫、雖然緊急搶修已控制了泄漏，但仍為權(quán)宜之計，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繁華的商住區(qū)，開挖埋管 將很困難，亦很昂貴。1995年，在有實操經(jīng)驗的俄克 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承建商ALHCO運用緊貼穿套技術(shù)更新了3條舊的可鍛鑄鐵管，3個項目工期共為3周。 Wai Yip街項目：以SDRl7．6φ315mm的PE管緊貼穿套更新長378mφ300mm的可鍛鑄鐵管； Heard街wood道項目：以SDRl7．69250mm的PE管緊貼穿套更新長178m口10英寸的可鍛鑄鐵管； Island道項目：以SDRl7．66220mm的PE管緊貼穿套更新長230m9200mm的可鍛鑄鐵管； 根據(jù)香港經(jīng)驗，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，按時段計，可減少噪音90％，并可保持80％的通過能力。 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，敷管長度超過400m。典型的個案有：在自行車道下敷設(shè)長42m9180mm的PE管；穿過車行道敷設(shè)長30mφ180mm的PE管；在下水道下面敷設(shè)長8mφ250mm的PE管。 轉(zhuǎn)向鉆道技術(shù)亦在國內(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40mφ160mm的PK管。此前該公司在北京順義某小區(qū)敷設(shè)了長120mφ200mm的煤氣PE管。1997年4月，中國石油天然氣管道局采用DZ—1鉆機承擔(dān)了一條長24mφ219mm鋼質(zhì)煤氣管的穿越公路工程，該工程累計工作時間僅用了不到24小時。有資料顯示，中國石油天然氣管道局曾進(jìn)口美國DD—60P2鉆機，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，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)點是提高工作效率、降低成本，減少環(huán)境污染及對交通的干擾。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)將會減少管道的通過能力，穿套更新舊管技術(shù)尤為嚴(yán)重。在舊管輸送余量不大時，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，安裝時間較長，并需要一定的操作空間，這并不是每個工地可以提供的。 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，過于松軟的土質(zhì)，地道易坍塌；過于堅硬的巖層，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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