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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)和導向鉆道敷設(shè)新管技術(shù)(簡稱Rotamole)。
1施工準備
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)計導向鉆頭的運動軌跡，以資操作。施工前，應向有關(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，使導向能力增強；對于堅硬的土層或石層，應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?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。可清洗舊管后，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管在舊管導入口受到損壞，可在導入口放置喇叭形導滑物，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，到達接收井，釋放拉力，PE管冷卻復原并緊貼舊管內(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：導向鉆孔(Pilot Boring)、擴孔回拖PK管(Backreaming)。
導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，導向鉆頭從預定的入土點和入土角鉆入土層，操作人員手持導航儀，測定導向鉆頭位置、深度和方向等，與預先輸入的設(shè)計軌跡對比，決策下一操作步驟，令導向鉆頭能按預定的軌跡挖掘地道。
擴孔回拖PE管操作如圖5所示c導向鉆頭抵達接收井后，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。當然，擴孔和回拖PE管可同時進行，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，鉆頭的推進和旋轉(zhuǎn)由液壓動力機提供動力。
當需要轉(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雜的工地得到廣泛的應用。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)的指導下，經(jīng)有關(guān)當局批 準，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口美國DD—60P2鉆機，進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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