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市政公用工程主讲人：张永丽教授四川大学第2章市政公用工程技术污水处理厂沉淀池地下排水管道施工顶管施工生态园林示范工程准好氧填埋场2.2城市地下管道修复技术与工程实例2.2.1管道修复技术发展修复原因①管道老化，不能满足实际需要②管道腐蚀，结构损坏或老化③开槽敷设新管道影响交通且投资高发展历程管道修复技术是非开挖技术的组成部分，在20世纪70年代末,发达国家已开始研究开发，目前已经发展为专门的行业；我国近年来城市地下管道不开槽修复技术发展十分迅速。2.2城市地下管道修复技术与工程实例管道修复技术发展现状管道局部修补技术•适用于：管道的结构完好，仅有局部性缺陷（裂隙或接头损坏）•施工方法：密封法、补丁法、铰接管法、局部软衬法、灌浆法、机器人法全断面修复技术•适用于：燃气、供水、供热等管道修复工程中得到推广应用•施工方法：内衬（插管）法、喷涂法、缠绕法。局部修补是在基本完好的管道上纠正缺陷和降低管道的渗漏量等。全断面修复是在管道上增加内衬层。各种非开挖管道修复的施工方法施工方法给水管污水管煤气管使用口径（mm）最大施工长度（m）传统的内衬法连续管法（长管）非连续管法（短管）√√√√100-2500100-1200300200改进的内衬法：拉拔法冷轧法变形法√√√√√√√√√75-60075-600100-12008001000500软衬法：翻转法绞拉法√√√50-270070-2700900150缠绕法√150-2500300喷涂法：水泥灰浆环氧树脂聚合物√√√√75-450075-300250-600150150100浇筑法√900-1500管片法√900化学稳定法√√100-600150局部修复法：补丁法注浆堵漏法机器人法√100-2800900200-900非开挖管线修复的优点对环境、交通、商业区、拥挤的生活区干扰小利用原有管线的轨迹，无需控制施工方向可加大原有管道的过流能力施工效率高，安全性好不需排屑，减少了对路面的损坏非开挖管线修复的基本流程尽管各种非开挖修复方法的工艺有所差异，但总体流程基本如下：收集管道修复工程基本信息管道清洗管道内部检查确认管道损坏参数和修复选择非开挖修复方法非开挖工程设计管道修复工程施工测量检验和验收•适用于：管道原位全断面修复，非开挖技术•关键点：任何管网系统中管节的接头数目都应尽量减少2.2.2静压裂管法工艺静压裂管法是管道原位全断面修复技术中的一项新工艺。基本方式：以待更新的旧管道为导向，在将其破碎的同时，将新管节拉入或顶入旧管道内，实施管道更新。优点操作简单易行，速度快，造价低修复管道清洗要求低管道适用范围广在一定范围内能扩大管径，增加流量对周边社会环境影响小（工作井施工范围除外）缺点破碎旧管时的挤压和振动对周边建筑物产生危害需要安装护套保护新管道不受损坏单次更换长度短（＜100m）旧管道中的弯头处理较为困难。2.2.2静压裂管法工艺2.2.3实例工程简介某燃气集团公司在静安里中压线天然气管网改造工程中使用裂管施工工艺，取得了成功的施工实践。工程起点为既有DN200中压A天然气闸井，终点为静安里中低压调压站，沿途没有用户支线。待修复管道为DN200的无缝钢管，新管材为SDR11的直径200PE管，管段长477m；采用800G型裂管设备，共设工作井8座，工期26天。工程概况施工现场调查(1)工程地质情况调查施工前，委托专业单位对工程范围的岩土工程地质情况进行勘探，确定各岩土层厚度、取样深度、含水量、颗粒度、承载力标准值等数据，给出穿越地形和地质钻探剖面图。(2)管道情况调查考虑到在破碎旧管道的同时适当扩径，挤压和振动会引发相邻管线的损坏，以及分支管的连接点处需进行开挖施工等情况，在施工前对施工现场沿线进行勘察、物探。调查主要内容：待修复管道的埋深、拐点、三通、阀门、凝水缸及其他管道附件的位置；附近埋地管道的位置、材质、规格、输送介质；其他地上（下）主要构筑物等。2.2.3实例工程简介—施工组织与设计对存在三通、阀门等附件的管线连接处必须暴露开挖；管道走向变化处（＞10°）必须暴露开挖；根据设备能力及施工条件确定一次施工长度；工作井的位置不应影响交通。考虑因素工作井设置共设置9个工作井：6、7、8号为设备井；1、3、4、5为进管井；1-1、2为复合井，划分为8个施工段。工作井断面确定L=〔H×（4R－H）〕0.5DN式中L——工作井长度（m）H——敷设（管中距地面）深度（m）R——聚乙烯管许用弯曲半径（m）R≥25DNDN——公程直径（m）2.2.3实例工程简介—施工组织与设计静安里中压线天然气管网改造工程施工示意图2.2.3实例工程简介—施工组织与设计管道内部污垢较多时，需先进行清洗。沉积物较疏松时选用机械清洗，沉积物较多且结垢坚硬时选用高压水清洗，沉积物为粘稠油状物时选用化学清洗剂清洗。该工程管道沉积物较少，只局部采用高压水进行清洗。旧管道清洗裂管设备安装800G型裂管设备吊放在设备井内，以旧管道中心和所在井壁面为基准，安放平整，液压动力设备放置在设备井外，设备支撑稳固。设置切割刀具角度割刀角度设置以不破坏管道与管道上的回填土之间的平衡力为原则，角度已设置在“5点”或“7点”位置。割刀轮位置2.2.4施工注意事项裂管设备操作要点裂管作业•1)当导向杆已经到达进管井口时，应停止连接快装杆。•3)滚刀在进入旧管道管口时，应保证刀刃在“5点”或“7点”位置上。管道就位•1)在牵引前，使用氧气／乙炔将进管井内的旧管端口煨成弧状，并且在旧管内壁与新管外壁之间填入胶皮等柔性材料，减少摩擦损害。•3)PE管在拉入拖动过程中，设备井操作人员应随时注意回拉压力表显示值，记录最大压力值的变化。•两端工作井人员随时保持联系，如遇异常情况应暂停施工。施工记录•准备工作充分，施工安排合理有序，现场操作过程要严格填写施工记录。2.2.4施工注意事项回拉管注意事项与解决措施在回拉管的过程中，拉管突然停止前进，通过升高液压仍无法前进可先将裂管头取下，只用割刀将旧管道从头到尾割裂，在工作井和进管工作井内围绕旧管的管头各垒土坝，坝的上沿高过旧管道的管顶高度，向旧管道内注水至旧管道管顶淹没为止。蓄水后保持一天；最后将旧管道内的蓄水抽走，再继续回拉管。回拉管的过程中，如在起点时裂管头就被卡住在被卡住的地点开挖，将重压物移除，再继续回拉管。2.2.5工程结果与建议采用原位裂管法将DN200的无缝钢管置换为DN200的聚乙烯新管道，全长477m在28d预定工期内施工完毕。除工作井占用道路设置围挡外，其余部位保持路面交通，影响较小。工程结果改进建议•国内设备配套性差，政府应引导企业消化引进技术设备；•国内尚无管道修复前后检测评价技术和评价标准，应着手编制；•国内尚无行业标准，地方可先行编制地方标准。2.8玻璃夹砂管排水管道长距离顶进施工技术特点：重量轻、承压能力好、输送液体阻力小、能保证供水水质、抗化学和电腐蚀等优点：安装方便、使用寿命长、综合费用适中、操作简单、维护成本低，施工顶进摩擦阻力小等？问题？：顶进控制和过程纠偏技术还有待探讨研究玻璃钢管道断面结构示意图玻璃钢夹砂管简介性质：玻璃纤维增强塑料夹砂管是一种新型柔性非金属（树脂、纤维、砂等）复合材料管2.8玻璃夹砂管排水管道长距离顶进施工技术中继站法中继间的作用就是传递顶力。实际中，不管什么样的管材都有一个承受顶力的极限。超过管材所承受的顶力，管材就损坏了。为了避免管材顶坏，用中继间一段一段的推进，从而达到长距离顶管的目的。将需顶进的管线全长分成若干段，在相邻两段之间设置一个与所顶进管相同管径的工作管，其中布置顶进设备，此工作管节称中继间。中继间以前的管段用中继间的顶进设备顶进。中继站工作原理为了保证长距离顶管工作的顺利进行，需采用一些辅助方法进行施工。2.8玻璃夹砂管排水管道长距离顶进施工技术泥浆套法在顶管过程中，以高压泵向管外壁与土层之间注入触变泥浆，以减小阻力的措施。触变泥浆是用粘性土、水、化学处理剂等按一定配合比搅拌而成，当静置时它处于“凝胶”状态。泥浆套法具有施工偏差小,且易纠正,附近地表几乎无沉陷的特点。大直径管道人工控制注浆法玻璃钢管与混凝土管经济技术比较技术经济性能玻璃钢顶管混凝土顶管耐腐蚀性能主要材料为高分子成分，能抵抗侵蚀，无需防腐处理易受酸碱腐蚀，只有在腐蚀性要求不高的情况下无需内外防腐抗冻性能柔性管道，具有优异的抗冻性能，-20℃下管道结冰后不会发生冻裂抗冻性较差，低温下管内容易结冰，发生冻裂工程寿命大于50年一般为15年重量为同等混凝土管道的1∕10，对地基，吊装、下管机具要求低自重很重，对地基，吊装设备要求高，软土地基下，易栽头且纠偏困难强度顶管压缩强度高，管道不易破坏，管端压缩强度可达100MPa管端压缩强度约为55MPa单次顶进长度外表光滑、顶力小，土壤内聚力对其几乎不起作用，几乎不存在抱管、死管现象，单次顶进长度长，对顶进设备要求低顶管在故障停顿时，因土壤内聚力发生抱管，使顶力成倍增加，单次顶进长度短抗不均匀沉降性能柔性管道，对周围土壤要求低，抗不均匀沉降性能高地质情况变化时易产生不均与沉降，造成混凝土顶管断裂、密封接头拔出等致命情况纠偏性能几乎不产生扭转错位，容易做到直线顶进，纠偏时一般的纠偏方法即可纠正，操作简便因自重大，顶进时很难做到直线顶进，且常发生栽头现象，一般纠偏方法很难纠正，施工复杂水力性能及能耗粗糙系数为0.0084，水力性能良好，经济效益显著粗糙系数0.013，同等输水量下管径加大，能耗较高玻璃钢管与混凝土管过流能力比较公称直径DN管材外径（mm）壁厚（mm）质量（kg∕m）允许顶力（kN）流量比（％）1000混凝土顶管124012010132345100缠绕玻璃钢顶管10763824024781551200混凝土顶管148014014143506100缠绕玻璃钢顶管129246349.136011551400混凝土顶管172016018824900100缠绕玻璃钢顶管151055487.450281551600混凝土顶管194017022696023100缠绕玻璃钢顶管17226161763661551800混凝土顶管218019028517813100缠绕玻璃钢顶管194170.580382851552000混凝土顶管242021034999836100缠绕玻璃钢顶管2158791000103201552.8.2实例工程简介该工程是G市××污水处理厂外收集污水系统的关键工程，全长约5km，沿线为城市道路、农田、万亩果树保护区、河涌，管道采用DN2200玻璃夹砂管（水力条件相当于DN2600钢筋混凝土管）、DN2500玻璃夹砂管（水力条件相当于DN3000钢筋混凝士管）顶管施工，现况地面标高6.5-5.6m，设计路面标高约8.0m。工程简介——南洲路污水主干管道工程工程勘察报告工程区域地质情况从上到下分别为：人工填土、淤泥、淤泥质粉细砂、粉质黏土、细砂、黏土、基岩。淤泥、淤泥质粉细砂层含水量高、孔隙比大、承载力低、厚度大，属典型的软弱土层，其中淤泥质粉细砂属轻微～中等液化。设计管道主要从淤泥质粉细砂、粉质黏土层中穿越。施工场区低平、开阔，属珠江三角洲冲积平原，是地下水和地表水的排泄区，地下水丰富。此外，人工填土层还含有限的上层滞水。2.8.3施工方案优化根据各项基础资料的分析，结合道路和污水管线沿途情况，经过技术经济比较论证：工程全线采用玻璃夹纱管，机械顶管施工方案。其理由见P90。2.8.3施工方案优化根据设计，管道平面位置200～250m设一座顶进工作井或接受工作井。顶管机在工作井内向两侧接收井顶管，并采用多台顶管机同时作业。采用泥水平衡顶管机有利于快速穿越淤泥质、淤泥粉质细砂层，同时可满足长距离顶管要求。取最大顶力的75％(9000KN)为设计顶力。目前玻璃纤维夹砂管行业标准中,无顶管品种,且在环初始挠度的径向变形率数据中,仅规定了10kPa以下管刚度等级，为满足远期规划南洲路车辆、填土等荷载作用下的变形要求,要求管道刚度等级不得小于15000N／m2。