异径穿插在燃气旧管道改造非开挖施工中的应用

上海煤气第一管线工程有限公司 许文浩

在城市全面天然气化的进程中，原有的人工煤气管网采用承插式或机械接口的铸铁管，尤其是使用青铅和膨胀水泥作为填充材料的铸铁管，需要加以改造才能输送天然气。对燃气旧管道进行改造修复施工是积极利用原有管道、提高施工经济效益、提高城市地下管道资源利用率的重要方法。

燃气旧管道改造非开挖施工是积极利用原有管道、提高施工经济效益、提高城市地下管位资源利用率的重要方法。目前常用的非开挖旧管道改造技术有聚乙烯(PE)管异径穿插技术、翻转内衬技术、管内涂布固化技术、爆管法管道更新技术、聚乙烯(PE)管挤压穿插技术、聚乙烯(PE)管折叠式穿插技术等，其中PE管异径穿插技术在目前燃气旧管道非开挖施工中的应用较为普遍。

1 PE管异径穿插技术概述

PE管异径穿插技术的核心是在不取出原地下管道的情况下，在原管中再插入一根不大于原管径90%的PE管，形成一种新的管道结构，使PE管优异的防腐性能和原管线良好的机械性能合二为一，大大提高了管道的整体性能。改造后的管道内层为PE材质，燃气输送摩擦系数随之降低，再通过管内输送介质压力的提高，保证了管道实际输送能力不因内径缩小而减少。

PE管异径穿插技术操作简便，实用性强，采用定向钻机作动力时，一次穿插长度可达 100～300 m。施工中仅需开挖少量作业坑，从而大大减少了路面开挖，与传统的开挖施工相比在经济与社会效益等多方面都具有很大优势。同时，PE管异径穿插技术在改造工程中利用了旧管道的原有空间，并将管道改造工程对其他管线的影响减小到了最小，大大节约了地下管道的敷设空间，合理利用了城市地下空间。

2 PE管异径穿插技术应用实例

2.1 工程概况

上海浦东新区巨野路燃气管道改造工程中，需要利用原运行人工煤气的 DN500低压铸铁管，修复改造后运行中压天然气。该工程施工路线为巨野路及周边地区，涉及巨野路、栖山路、沈家弄路、民生路等多条马路。主要施工区域位于巨野路南侧机动车道和人行道上、栖山路东侧机动车道上，施工区两侧为居民区和街道。该区域处于闹市区，在施工时必须保证交通的畅通、道路的清洁和控制施工时产生的噪声，尽可能地做到不影响周边居民的日常生活，施工要求较高。

利用PE管异径穿插技术进行燃气管道非开挖施工，即在DN500铸铁管内穿入DN200 PE管，长度为850 m，并埋设DN160中压PE管道98 m、DN200低压PE管45 m、DN200中压钢管45 m、DN150中压钢管12 m；废除DN500阀门2座、DN200阀门2座、DN150阀门1座、DN100阀门6座；新设DN200阀门3座、DN150阀门3座、DN100阀门1座。

根据现场管线排摸及燃气供应情况的统计，该工程从巨野路至栖山路共需开挖8只工作坑，施工时依次从南向北编号为 1#至 8#工作坑，工作坑长度开挖为7 m，深度超出原铸铁管管底深度50 cm，宽度为2 m，如图1所示。

图1 巨野路燃气旧管道改造工程

2.2 施工过程

施工时，首先对原燃气管道的弯管、集水器等零件进行定位，开挖并取出弯管集水器等配件，根据PE管允许的曲率半径开挖中间作业过渡坑，工作坑内的PE管采取两侧砌砖墙灌沙并加盖水泥盖板的措施进行保护；其次完成清除旧管道内的杂物，处理旧管口界面，在完成焊接后的PE管道上使用保护环/套，以防燃气PE管在穿过旧管道时与旧管壁产生摩擦而损伤；然后，根据施工现场的交通和场地的影响，确定每段PE管材的长度并进行焊接和强度试验，在回拖两端开挖入/出土坑实施穿插作业；最后，在完成拖管作业后，在两层管壁间灌注浆液以固定内管、提高管道的稳定性和运行的安全性。PE异径穿插安装示意见图2。

图2 PE异径穿插安装示意

2.3 施工要点

2.3.1 管道探查管道探查目前普遍采取以下两种方式进行：(1)采用有源物探设备

通过对管道上的水井杠等外露部分施加信号，使整个旧管道成为信号源。手持物探设备进行路面探测，主要用于旧管道走向和埋深的初步定位(包括部分弯管、三通等)。

(2)采用CCTV管内窥探仪

铸铁管道切断后，管内置入CCTV爬行并查明管内的障碍物和弯管等的具体位置，确定工作坑开挖的具体位置。

2.3.2 旧管道清洗、清通

由于旧管道多输送人工煤气，故主要是清洗清除管内积存严重的煤焦油等，并将管内的垃圾和障碍物清除。利用钻机与清洗头对原有旧管道进行清洗，至管内无垃圾清出为止。最后一次清管采用ф506 mm的皮碗式橡胶清管器进行，管道清理后的垃圾及泥水及时请环卫部门清理干净。清洗的效果将直接影响到后续施工。

2.3.3 拖管的牵引方式

为了能随时监控回拖动力输出，确保传动回拖稳定，故采用威猛D33 mm×44 mm水平定向钻机进行PE管的回拖。使用钻机进行回拖时，钻杆转动前进可带动钢丝刷再次对管内进行清理，同时钻杆还可以喷水起到冲刷作用。

2.3.4 新管道的保护措施

在进行PE管回拖时，为了保护PE管不损坏，需要注意以下几个方面：

(1)在原有铸铁管切断后的管口两端各安置 1个内衬橡皮的喇叭口。

(2)在PE管下安置滚轮支架，其数量及距离需确保管线在回拖过程中全部处于托起的状态。

(3)利用钻机喷浆(膨润土)将PE管浮起和润滑，尽可能减小PE管与原有管道的摩擦阻力。

(4)PE管上安置抱箍(塑料制)以保护PE管，避免其在穿插过程中过度划伤，每个抱箍间隔距离约为3 m左右。

除了回拖过程，在整个施工过程中对PE管的保护都很重要，采取的措施主要有：在人工短驳运输时PE管下垫橡皮、PE管焊接时使用滚轮支架或下垫PE短管，以及焊接后下垫草包、管口用管盖临时封堵等。

2.3.5 注浆充填稳管

在管材回拖结束以后，由于DN200 PE管与原DN500中压管之间还留有一定的空隙，以输送压0.4 MPa左右供气时PE管会产生扰动，万一输送的气体泄漏，会在铸铁管与芯管间流动，从而形成混合气体，将对管网的安全运行产生重大隐患。经过多种方案的比选，最终选择利用沉井作业施工中使用压密注浆的工作原理而对内外管的间隙进行注浆处理。施工前浆液需先做好配方试验，若达不到施工要求应进行调整，必要时掺外加剂以改善水泥浆性能，试配合格后方可进行加注。此工程中浆液的主要原料为水泥、粉煤灰、水玻璃等材料，先后对注浆配比进行了3次试验和调整，并请相关部门共同进行验收，最后确定了合理的配比，确定填充浆能够在3 d内开始初凝，4周内水分挥发，既能达到填充和稳固的效果，又不会由于灰浆凝固后过于牢固而对以后的开支管作业产生妨碍。协商的麻烦。

3.1.4 节约施工及输配成本

普通的排管施工需要开挖沟槽，修路费较高；沟槽内施工较多，对质量影响因素也较大。PE管异径穿插开挖面积减少，能使修路费成本也大幅降低；芯管安装、焊接等主要施工在沟上完成，质量更能得到保证。芯管一般采用PE管或钢管，本身的输送摩擦阻力较小，而且输送压力可成倍提高，很大程度上减少了燃气的输送成本。

3 应用总结

3.1 优越性

与普通排管施工相比，PE管异径穿插技术的优越性主要体现在以下几个方面：

3.1.1 节约地下空间

穿插技术利用的是原有的旧管道，如今大城市地下空间、管位日益紧张，地下空间管理逐步列入各城市市政管理部门的议事日程和重点研究课题。

3.1.2 缩短施工周期

此次施工中原先预计施工周期为45 d，后因考虑到施工时上海正在筹备召开六国峰会，故该工程不得不在六国峰会召开前结束施工。如果是普通排管施工，那么工期的提前意味着施工人员必须在晚上进行一系列施工，正是由于使用了PE管异径穿插技术进行施工，施工人员在开挖工作坑后，完全可以昼夜不断地进行施工，同时不影响到周边居民的正常生活，使工程经过 30个昼夜的奋战，终于成功地在六国峰会召开前夕顺利结束。

3.1.3 社会及经济效益较为明显

此次1个月的施工时间内，路面只开挖了少量工作坑，不用进行全线开挖，避免了大面积开挖而造成的扬尘、污泥水堵塞下水道、空气污染等环境问题。由于该工程施工地点位于住宅区，周边居民的日常生活出行对施工的交通提出了很高的要求，而PE管异径穿插技术很好地解决了这个问题，即施工时开挖面积较小，对施工地段的交通影响也大大降低。对施工单位而言，也避免了因普通排管施工开挖涉及面广而需与交通、市政等多个部门反复

3.2 局限性

(1)采用PE管异径穿插需要在原有管网停气后方能施工，而且停气时间长短取决于施工周期，因此对涉及的用户最好有其他环通气源供应，否则需要另排临时管线。

(2)异径穿插利用的原有铸铁管必须是直管段，否则开挖工作坑的工作量较大。

(3)清洗管道及注浆后遗留在工作坑里或排出的残液，需要环卫槽车抽走并排放至专用地点，处理费用较大；另外，穿插后为防范今后意外的发生，芯管与原铸铁管间的空隙应进行充填，从而造成总成本增大。

4 结语

PE管异径穿插技术在燃气旧管道改造非开挖施工中能利用旧管道的原有空间，节约了地下管道的敷设空间，同时施工中对其他管线的影响也大为减少。该项技术操作简便，实用性强，采用定向钻机作动力时，一次穿插长度可达100～300 m。施工中仅需开挖作业坑，从而大大减少了路面开挖，不仅降低了施工成本，也减少了对周围居民的出行及日常生活的不便影响。因此，与传统的开挖施工相比，在经济效益与社会效益等多方面都具有很大优势。如果能与不停输施工技术相结合，既能有效地进行燃气旧管道修复改造，又能保证关联用户的正常用气，进而能更好地发挥出异径穿插施工技术的优势。