非開挖技術在管道直飲水工程中的應用
更新時間：2014-03-28 07:31
來源(yuan)：第一(yi)論文
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摘要：管道直飲水使廣州市市民的飲水發生質的飛躍。按照“兩套管網，分質優質供水”的原則，管道的敷設是分質供水的重點和難點。市區的管網改造和建設，受限于舊管網、 交通 和環保的條件。非開挖技術的 應用 ，為管道直飲水管網的建設發揮了巨大的作用。
關鍵詞：管道直飲水 非開挖技術 定向鉆進 PE管 應用
1、工程概況
管道直飲水是以自來水或符合生活飲用水水源水質標準的水為原水，經深度凈化后通過固定管道輸送、供給用戶直接飲用的純凈水，當前呈現出進一步擴大規模的 發展 趨勢。廣州南部供水工程的完成，南洲水廠的全面投產，廣州市管道直飲水工程進入管網建設的高峰。
吉祥路直飲水管道工程屬于城市中心區管網工程，為包括省人民政府在內的用戶供水，工程需要新建管道由南往北穿越東風路。原設計為明挖施工，管材為鋼管內襯管，管道內徑為300mm。
2、施工方案的比較和優化
工程位于東風中路、吉祥路口，東風路是廣州市的東西方向的主干道。原設計為明挖穿越，為了降低對交通的 影響 ，方案減少占用路面的時間，采用L路線(如下圖)，長度110米。
經現場踏勘，由于受地下電力電纜、煤氣管、雨污水管等公用管線的影響，且交通壓力非常大，明挖施工困難，故采用非開挖的施工 方法 ，采用牽引的方法，管材改為HDPE管。同時，為了發揮非開挖施工的優勢，改為直線型路線(如下圖)，縮短距離26米。
3、管材的選用
原設計采用明挖施工，管材選用鋼管內襯管，內徑300mm，管道設計內壓1.0Mpa。 參考 設計要求，考慮非開挖施工的需要，工程改選用PE管。
就施工方法而言，PE 管道特別適用于非開挖工程。其熱熔焊接使管道具有一體化的連接方式，接頭強度高;優良撓性使得PE 管道走向容易依照施工軌跡的要求進行改變;良好的抗刮痕能力，使得管道不易損壞而漏水。采用導向鉆進技術，管徑可達600mm，管線長度一般可達300～400m，深度通常在10m 以內。
對PE80 和PE100 而言，雙峰分子量分布的PE100管材，其綜合性能要比PE80好，尤其是PE100的20℃、50年的蠕變抵抗能力提高，同時又保持了較好的耐環境應力開裂性能(ESCR)。
同時，PE管材符合飲用水的要求。
綜合考慮設計要求和施工要求，工程選用了DN355，PE100級，內壓1.0Mpa的PE管，如下表。
工程選用的PE100級聚乙烯管材
4、導向孔軌跡的設計
軌跡設計主要考慮設計平面位置、埋深的要求，地下公用管線的影響，鉆桿和管材的彎曲半徑等。
經過細致的探測，查明了測區內的各類地下管線，管線縱橫交錯，主要有給水、排水、煤氣、電力、電信等五種管線，最大管徑為DN1200的供水管，最大埋深為3.5米。根據設計文件和地下管線探測結果，結合現場踏勘，導向孔軌跡設計參數如下：
考慮鉆桿和管材的彎曲半徑，取R=50m;
考慮其它地下管線的影響，取管道最深點為 h=5m;
由 L=(h(2R-h))0.5
式中L—造斜段長度;h—鋪管深度;R—彎曲半徑。
計算 得 L=22m，入射角取26度。軌跡線見導向孔軌跡設計圖。
5、設備的選擇及施工過程
按經驗公式 計算 管道的回拖阻力。
W=[2P(1+K)+P0]f L
式中 W—管的摩擦力(KN);P—土對管的壓力(KN/m );
K—主動土壓力系數;P0—管的重量(KN/m);
f—管壁的摩擦系數;L—管道的長度(m)。
W=[2×(0.355×0.17×1800) ×(1+0.3)+0.25] ×0.25×84=5936(KN);
工程選用威猛(Vermeer)D40-40型導向鉆機，該鉆機回拖力F= 18144KN;安全系數K=18144/5936=3.1>2.0
Vermeer鉆機參數表
6、施工過程中的幾個 問題
施工過程主要包括管線探測、軌跡設計、管材連接、導向鉆進、擴孔護壁、回拖、試壓等。
6.1、管材的連接
PE 管道最主要的連接方式是熔接連接，包括電熔連接和熱熔連接，其因材質相同，接頭強度高于本體強度。本工程采用熱熔連接的方式。加熱板溫度為210度，管端加熱時間為10分鐘，持壓時間30分鐘。施工時，由于環境溫度比較低，平均溫度5-8攝氏度，風力4-5級。
PE管道的焊接必須由經過專門培訓的焊工進行操作，才能確保合適工作參數下其強度要求。另外在大風的工作環境下，可能因冷卻加熱板，并導致不均勻溫度分布，故可能會對熔接質量有致命的 影響 ，當塵土污染加熱板和管端也將會導致接頭壽命大為減少。
6.2、PE管與鋼管的連接
工程的前后端都需要與明挖施工埋設的內襯鋼管連接。本工程采用鋼塑法蘭連接方式，PE管端與塑料法蘭根之間采用熱熔連接，鋼管端與金屬法蘭連接，然后采用法蘭片、螺栓即可完成PE管與鋼管的連接。
7、 總結
本工程由明挖施工改為非開挖 方法 施工，解決了開挖路面影響 交通 的問題，減少了與其他公用管線的沖突。改用PE管代替內襯鋼管，既滿足非開挖施工的要求，也滿足管道直飲水供水壓力和衛生的要求。實踐證明，該工藝能夠在直飲水工程中推廣 應用 。
參考 文獻 ：
[1]《非開挖地下管線施工技術及其應用》 地震出版社 顏純文等 1999年
[2]《非開挖鋪設地下管線施工技術與實踐》 中國 地質大學出版社 葉建良等 2000年
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關鍵詞：管道直飲水 非開挖技術 定向鉆進 PE管 應用
1、工程概況
管道直飲水是以自來水或符合生活飲用水水源水質標準的水為原水，經深度凈化后通過固定管道輸送、供給用戶直接飲用的純凈水，當前呈現出進一步擴大規模的 發展 趨勢。廣州南部供水工程的完成，南洲水廠的全面投產，廣州市管道直飲水工程進入管網建設的高峰。
吉祥路直飲水管道工程屬于城市中心區管網工程，為包括省人民政府在內的用戶供水，工程需要新建管道由南往北穿越東風路。原設計為明挖施工，管材為鋼管內襯管，管道內徑為300mm。
2、施工方案的比較和優化
工程位于東風中路、吉祥路口，東風路是廣州市的東西方向的主干道。原設計為明挖穿越，為了降低對交通的 影響 ，方案減少占用路面的時間，采用L路線(如下圖)，長度110米。
經現場踏勘，由于受地下電力電纜、煤氣管、雨污水管等公用管線的影響，且交通壓力非常大，明挖施工困難，故采用非開挖的施工 方法 ，采用牽引的方法，管材改為HDPE管。同時，為了發揮非開挖施工的優勢，改為直線型路線(如下圖)，縮短距離26米。
原設計采用明挖施工，管材選用鋼管內襯管，內徑300mm，管道設計內壓1.0Mpa。 參考 設計要求，考慮非開挖施工的需要，工程改選用PE管。
就施工方法而言，PE 管道特別適用于非開挖工程。其熱熔焊接使管道具有一體化的連接方式，接頭強度高;優良撓性使得PE 管道走向容易依照施工軌跡的要求進行改變;良好的抗刮痕能力，使得管道不易損壞而漏水。采用導向鉆進技術，管徑可達600mm，管線長度一般可達300～400m，深度通常在10m 以內。
對PE80 和PE100 而言，雙峰分子量分布的PE100管材，其綜合性能要比PE80好，尤其是PE100的20℃、50年的蠕變抵抗能力提高，同時又保持了較好的耐環境應力開裂性能(ESCR)。
同時，PE管材符合飲用水的要求。
綜合考慮設計要求和施工要求，工程選用了DN355，PE100級，內壓1.0Mpa的PE管，如下表。
工程選用的PE100級聚乙烯管材
| 公稱壓力（MPa） | 公稱外徑（mm） | 內徑（mm） | 壁厚（mm ） | SDR | 產地 |
| 1.0 | 355 | 303 | 26 | 13.6 | 深圳 |
| 工程選用的PE管材 |
軌跡設計主要考慮設計平面位置、埋深的要求，地下公用管線的影響，鉆桿和管材的彎曲半徑等。
經過細致的探測，查明了測區內的各類地下管線，管線縱橫交錯，主要有給水、排水、煤氣、電力、電信等五種管線，最大管徑為DN1200的供水管，最大埋深為3.5米。根據設計文件和地下管線探測結果，結合現場踏勘，導向孔軌跡設計參數如下：
考慮鉆桿和管材的彎曲半徑，取R=50m;
考慮其它地下管線的影響，取管道最深點為 h=5m;
由 L=(h(2R-h))0.5
式中L—造斜段長度;h—鋪管深度;R—彎曲半徑。
計算 得 L=22m，入射角取26度。軌跡線見導向孔軌跡設計圖。
5、設備的選擇及施工過程
按經驗公式 計算 管道的回拖阻力。
W=[2P(1+K)+P0]f L
式中 W—管的摩擦力(KN);P—土對管的壓力(KN/m );
K—主動土壓力系數;P0—管的重量(KN/m);
f—管壁的摩擦系數;L—管道的長度(m)。
W=[2×(0.355×0.17×1800) ×(1+0.3)+0.25] ×0.25×84=5936(KN);
工程選用威猛(Vermeer)D40-40型導向鉆機，該鉆機回拖力F= 18144KN;安全系數K=18144/5936=3.1>2.0
Vermeer鉆機參數表
| 型號 | 扭矩(N×m) | 回拖力(KN) | 重量（T） | 外形（長×寬×高） |
| D40-40 | 5415 | 18144 | 24 | 6.3×2.1×2.3 |
| VermeerD40-40鉆機 | 回拖頭 |
| 導向到達 | 回拖1 |
| 回拖2 | 回拖到達 |
施工過程主要包括管線探測、軌跡設計、管材連接、導向鉆進、擴孔護壁、回拖、試壓等。
6.1、管材的連接
PE 管道最主要的連接方式是熔接連接，包括電熔連接和熱熔連接，其因材質相同，接頭強度高于本體強度。本工程采用熱熔連接的方式。加熱板溫度為210度，管端加熱時間為10分鐘，持壓時間30分鐘。施工時，由于環境溫度比較低，平均溫度5-8攝氏度，風力4-5級。
PE管道的焊接必須由經過專門培訓的焊工進行操作，才能確保合適工作參數下其強度要求。另外在大風的工作環境下，可能因冷卻加熱板，并導致不均勻溫度分布，故可能會對熔接質量有致命的 影響 ，當塵土污染加熱板和管端也將會導致接頭壽命大為減少。
| 熱熔設備 | 削平端面 |
| 加熱（10分鐘） | 持壓（30分鐘） |
| 連接好的接頭 | 連接好的管道 |
工程的前后端都需要與明挖施工埋設的內襯鋼管連接。本工程采用鋼塑法蘭連接方式，PE管端與塑料法蘭根之間采用熱熔連接，鋼管端與金屬法蘭連接，然后采用法蘭片、螺栓即可完成PE管與鋼管的連接。
| 法蘭根和法蘭片 | 法蘭封板 |
本工程由明挖施工改為非開挖 方法 施工，解決了開挖路面影響 交通 的問題，減少了與其他公用管線的沖突。改用PE管代替內襯鋼管，既滿足非開挖施工的要求，也滿足管道直飲水供水壓力和衛生的要求。實踐證明，該工藝能夠在直飲水工程中推廣 應用 。
參考 文獻 ：
[1]《非開挖地下管線施工技術及其應用》 地震出版社 顏純文等 1999年
[2]《非開挖鋪設地下管線施工技術與實踐》 中國 地質大學出版社 葉建良等 2000年
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