静压裂管法非开挖施工原理及其应用

黄 勇，纪 斌，蒋博林

(1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，江苏杭州 311122; 2.重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074;3.重庆工程职业技术学院，重庆 402260)

1 概述

在城市管网的管道施工与运营维护中，大量管道由于陈旧或破损等原因需要进行更换。对此，原有对传统的管线替换方法是开挖地面取出旧管埋入新管，再进行回填，这种方式的劣势是显而易见的。因此，出于施工过程中对城市交通及环境影响等问题的避免，非开挖铺设和更换管道技术以其独特的优越性，日益广泛地被人们认识和接受。

非开挖的施工技术具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合施工成本相对较低、经济效益及社会效益显著等优点。裂管法作为非开挖更换管道修复技术中的一种，是管线替换的一种新技术。

目前非开挖技术相关研究的文献已有不少，而针对裂管法相关的研究和技术文献发表相对较少。

针对裂管法施工原理的介绍，较早见于美国十方国际公司中国分公司的张斌1999年在《岩土钻凿工程》上的发表；其在文中介绍了一种置换旧管的新方法——裂管法，简要介绍了该法所配各的设备、施工原理、工艺流程以及应用实例[1]。

2003年董久樟、王欣等[2]发表了裂管法更换旧管道的国内首次应用，介绍了裂管法替换旧管道的施工工艺，详细介绍了其施工设备、施工过程及工程中遇到的问题，并对PE管的划痕问题及其相关实验进行了阐述。

2003年席德粹等[3]在研究项目《天然气转换工程燃气管网非开挖更新改造技术研究》中根据上海市的具体情况，选用了三种非开挖管道更新改造技术进行研究：燃气管道非开挖翻转内衬技术研究、聚乙稀燃气管道非开挖穿管技术研究和聚乙稀燃气管道非开挖挤压穿管技术研究。分别完成了口径DN300,长度为1～2 km的旧煤气管道改造为天然气管道的试点工程，制订了相应的技术规程(试行)，并对其它非开挖管道更新技术的适用性进行了研究。

2006年靳学峰等[4]介绍了胀管法在管线更换方面的应用，介绍了胀管法是一种采用液压胀管机等专用非开挖设备胀破旧管线同时完成等径或增大直径的新管线安装的管线更换方法。

2008年陶伟元、蔡燕飞、顾卫东等[5]发明了非开挖大口径给水压力管道修复施工方法。该方法包括旧管清垢、内衬管铺设、管道连接、检视及压力试验等工序，其特点在于：所述的内衬管铺设是将口径比原母管口径略小的玻璃钢夹砂管和钢管穿入原母管内，在无分支的管道段使用玻璃钢夹砂管，在需要连接分支的管道段使用钢管，各段内衬管之间设置一个具有密封和连接功能的接头。

2010年丁小峰[6]发表了大直径污水管道更换工程中的非开挖液压胀管施工技术，介绍了上海虹桥枢纽工程中采用液压胀管技术，成功地更换了大管径排水管道，并且取得了较好效果的案例。

2011年张园媛[7]介绍了裂管施工技术在燃气管线改造过程中的应用。2012年赵巨尧[8]针对广州城镇排水管道非开挖修复适用技术进行了研究，得到了一些有益的结论。

2015年王友印、李冠群、景发岐等[9]发明了一种用于非开挖穿越和城市老旧管网改造用管道防护技术，其特征在于：将防护管套装在用于非开挖穿越和城市老旧管网改造的塑料主管外侧，所述防护管为能够抵抗低应力条件下引起的慢速裂纹扩展的塑料管；所述防护管的厚度为3～7 mm。

2 工程应用背景

重庆空港新城F片区基础设施项目(一期)投融建设工程管网改造工程，是国内外关注度极高的重点工程。项目共计25条道路，总计25.4 km，包括金兰路、祥和路、顺义路、桂馥一支路、城馨路、福畅路、舟济路、Z11B路、睦邻路、同盛路、桂馥西路、桂馥东路、民兴路、Z23路、百果路、春华大道、福畅路(接春华大道)、桂馥大道、兰桂大道、兰馨大道、盛景路、腾芳大道、同茂大道，主要建设内容包含排水管网改造。

鉴于明挖法涉及大量树木需迁移、毗邻管线需采取保护措施、大量人行道及检查井需拆除，且社会影响舆论压力较大，施工难度大，费用高，为了保证施工顺利进行，决定采用静压裂管法进行施工。

本次项目实施范围兰馨大道区段位于重庆市渝北区空港新城，项目采用静压裂管法施工的排污管道位于道路左侧人行道上。原设计为明挖施工方案置换DN400混泥土排水旧管，因人行道上有大量的行道树，及现场其他市政管线离排水管太近，明挖施工难度较大费用较高。故将明挖方案改为静压裂管置换施工方案。将DN400混凝土排水管置换成D400PE管，施工长度500 m。施工范围：WLX20-WLX39、WLX44-WLX51。

根据现场CCTV检测视频资料发现该段管道存在破裂、变形、塌陷、错口、渗漏、电缆穿入、管道上开、淤堵(建渣、砖块、垮塌泥土)等多种缺陷共计22段。

3 静压裂管法工艺原理

裂管法施工主要施工原理是在上游检查井(接收井)内安装液压油顶，作为施工动力源，在下游检查井(插入井)进行新管道节段拼装顶进。为便于在检查井里操作，新管道节段单节长度0.54 m，节段与节段之间采用子母扣承插的方式连接。

施工时首先将顶(拉)杆利用液压油顶沿旧管道顶入下游检查井，顶(拉)杆顶进时杆头加工成圆球加尖锥形，圆球直径较顶杆直径略大，便于定向以及刺穿前方阻碍顶杆前进的旧管道，详见图1。

图1 裂管法施工原理示意(顶杆顶进过程)

顶(拉)杆到达下游检查井过后将挤扩头、新管道节段依次穿在顶(拉)杆尾端相应位置，三者整体由上游接收井内的油顶施加拉力向前拉进，下游插入井同时安装液压油顶向前逐段顶进新管道，见图2。旧管道主要起到两个作用：

(1)在顶(拉)杆顶进过程中起定向作用，保证顶(拉)杆能够顺利到达下游井位；

(2)包裹新管道，起管道“基础”作用。

在顶(拉)杆回拉过程中，挤扩头处于最前端，起到划开旧管道，“开路”的作用，在挤扩头的尾端连接PE管道，挤扩头的直径要比旧管道的内径大一些，并且要比新管道的外径要稍微大些，以便减少新管道进入的摩擦力，并且为顶进新管道留下一定的余地。

本项目中旧管道内径为400 mm，采用挤扩头外径440 mm，新管道PE管外径400 mm。同时，在挤扩头的尾端紧密连接新管道节段，新管道节段紧随挤扩头顶入。在顶(拉)杆的拖拉作用下挤扩头、新管道依次从插入井进入旧管线并逐步向前推进，最终将整条管道更换。

图2 裂管法施工原理示意(拉杆拉拽过程)

4 结论

以重庆空港新城F片区基础设施项目(一期)投融建设工程管网改造工程为工程背景，介绍了静压裂管法在该项目的设计应用。通过系统总结静压裂管法中顶杆顶进过程和拉杆拉拽过程的详细工序，并介绍该工法在背景工程中的应用效果，创新性的提出了非开挖技术中的静压裂管工法。工法的提出对同类工程的实施具有明确的借鉴作用。