由于燃氣管道埋地時間較長，受電、化學腐蝕嚴重，目前，有大量陳舊管線需要置換升壓。對舊有管線的改造與維護，傳統(tǒng)的管線替換方法是開挖地面取州日管埋入新管，再進行回填，這種方式的劣勢是顯而易見的。因此，人們在維護與改造舊管線的過程中創(chuàng)造了許多新穎的工法，主要是非開挖修復技術的應用，如內插法、內襯法、裂管法等。非開挖的施工技術具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工周期短、綜合施工成本相對較低、經(jīng)濟效益及社會效益碌著等優(yōu)點。
隨著城市經(jīng)濟的不斷發(fā)展，非開挖鋪設更換管道技術以其獨特的優(yōu)越性，日益廣泛地被人們認識和接受。我國很多大中城市都已經(jīng)采用了此項技術，發(fā)揮了非開挖技術的獨特作用。
現(xiàn)代非開挖鋪管技術目前已達到可控制鋪設方向及埋深的水平，鋪管長度越來越大，可繞過地下障礙，施工精度相當高。特別是在需要穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、鬧市區(qū)街道和保護區(qū)等情況下進行施工時，非開挖技術有著比開挖施工更明顯的優(yōu)越性。
裂管法作為非開挖更換管道修復技術中的一種，是管線替換的一種新技術。裂管法施工不但解決了開挖的難題，同時還可以對原有管道進行擴容。它是一種高效率低成本的非開挖置換方式，同時還能提高管線的輸配能力。它適用于氣體置換、小區(qū)改造，輸干、支線擴容，舊管道日常維護和升壓改造等施工項目。
1 裂管施工的原理
裂管施工的原理是：用一組裂管器將舊管道切開并擴徑后，帶入一根同徑或大一到二級的PE管，以達到修復舊管道或擴容的目的。如圖1所示：[1]
裂管施工的過程包括破碎舊管線，然后擠壓碎片進入土壤形成孔道，同時安裝全新的管線。其整個系統(tǒng)主要由液壓動力源、液壓拉桿機、支撐架、相應數(shù)量的拉桿以及裂管器組成。
2 裂管施工技術的特點
(1) 在原有的舊管道上施工，對周圍環(huán)境影響較小。
(2) 施工方法簡單易行，速度快、造價低。
(3) 裂管工藝可以替換的舊管包括：鋼管、鑄鐵管、瓦管、水泥管等，其管徑為DN100～DN400。
(4) 替換后的新管直徑可大于原來的舊管，同時可保持或增加原管的設計能力。
(5) 一次更換舊管道的長度不大于100m。
(6) 不適用于彎管的更換。[2]
3 裂管施工的具體技術要求
3.1 考察施工現(xiàn)場與初始施工方案的制定
3.1.1排土量的影響
如果舊管線埋深較淺或在不可壓密的地層中，可能會引起地表隆起。[2]可利用導向鉆機在裂管施工前，沿舊管線方向，在它上面鉆一個孔道，以容納多余的排土量，從而消除地表隆起的發(fā)生。
在實際施工時，一般舊管埋深大于1米的時候或原回填土為人工方式的時候，一般可以不考慮裂管排土量的影響。
3.1.2工程地質要求
施工前，必須先勘察穿越工程處的巖土丁程地質情況，確定各巖土層厚度、取樣深度、含水量、顆粒度、承載力標準值等數(shù)據(jù)、穿越地形和地質鉆探剖面圖。按照不同土質條件劃分裂管施工的難度系數(shù)，難度系數(shù)從低到高依次為：回填土，可擠壓黏土，疏松鵝卵石，沙灘與流沙層，高密度黏土，沙石層。
3.1.3埋地管道的調查
應對埋地管道的埋設位置、地上(下)主要構筑物(其它管道)、管道的材質、規(guī)格、輸送介質進行調查，并準確的定位管道的埋深、拐點、三通、閥門、凝水缸及其他管道附件的位置。(一般依據(jù)設計圖、運行圖、物探圖。)
裂管法施工前必須對已停氣的待修管段進行全線現(xiàn)場勘察、全線物探，這主要是考慮到：
(1) 裂管法在破開舊管道的同時要進行擴徑，這樣可能會引起相鄰管線的損壞；
(2) 分支管的連接點處需進行開挖施工。根據(jù)物探結果方可進行裂管施工。
通過上述資料的收集，制定施工方案。
3.2 開挖工作坑、舊管道清洗及裂管機設備安裝的要求
3.2.1工作坑的準備
施工前，需要開挖設備工作坑和進管工作坑，分設在待修復管道的兩端。在確定工作坑位置及尺寸時主要要考慮下列影響因素：
① 對存在三通、閥門等附件的管線連接處必須暴露開挖；
② 管道走向發(fā)生變化處(一般大于10度)必須暴露開挖；
③ 根據(jù)設備能力及現(xiàn)場施工條件，確定一次施工長度(一次性裂管的長度一般控制在100m之內)，然后進行分段開挖：
④ 工作坑的位置不應影響交通；
⑤ 工作坑的長度，要能滿足安放牽引機架、裝拆拉桿和裝卸裂管器的要求。
進管工作坑的長度可以根據(jù)聚乙烯管的彎曲半徑R，敷設深度H，管徑dn計算出來。公式如下：[3]
L=[H×(4R-H)]0.5
式中：L——工作坑長度(m)
H——敷設(管中距地面)深度(m)
R——聚乙烯管許用彎曲半徑(m)R≥25dn。
dn——管徑(m)——考慮到舊管必須伸出工作坑壁和熔接套筒安裝操作等因素，坑長應適當放長。
3.2.2內窺儀檢測與埋地管道的清理要求
在開挖工作坑后，為實際確認管道水平和垂直的彎曲量、附件設備等的定位真實數(shù)據(jù)，宜用內窺儀對管道進行內窺檢查(如果管道較直、起點和終點可相視和管內沉積物較少時，則可以不用使用內窺儀)。如果管道內部污垢較多，需先進行管道清洗：當管內沉積物較為疏松時(小于1cm)，可選用機械清理；當管內沉積物較多(大于1cm)并結垢特別堅硬時，可選用高壓水清洗；當管內沉積物為粘稠油狀物時，應用化學清洗。
3.2.3液壓裂管機設備的安裝要求
將非開挖擴管設備吊放在設備坑內，以舊管道中心和所在坑壁面為基準，安放平整，液壓動力站放置在設備坑外。在進行工作前，應檢查液壓油、柴油及機油油位。啟動液壓站后必須預熱液壓系統(tǒng)5min～30min(根據(jù)季節(jié)及環(huán)境溫度具體確定)，液壓系統(tǒng)球閥必須置于無壓位置。
裂管機施工時主要承受拉力，因此，在回拉PE管時機頭前應設置支撐穩(wěn)固裝置。如果槽壁土質松軟，需放置鋼質抵籠，并給抵籠打入地錨；如果槽壁土質堅硬，則可以直接將機頭抵于槽壁。支撐的穩(wěn)固是拉管的前提，影響拉管施工時對液壓功率的利用，嚴重時可導致拉管失敗。
3.3 切割刀具的角度設置
在施工過程中，割刀的角度設置應以不破壞周圍的構筑物、管道，不破壞管頂與管頂以上的回填土之間的力平衡為原則。目前，一般角度設定為“5點或7點”位置。如圖2所示。
3.4 PE管的保護
在拉管的過程中，在起點，新管道被牽引進舊管的初期，由于受進管坑的長度限制，會出現(xiàn)新管道上部外壁與舊管端口相互磨擦的情況，這會給PE管材造成很嚴重的劃傷，因此在牽引前，一般使用氧氣/乙炔將進管坑內的舊管端口煨成弧狀，并且在舊管內壁與新管外壁之間填入膠皮等柔性材料，減少摩擦損害。
4 裂管施工過程中可能出現(xiàn)的問題及解決方法
(1) 在回拉管的過程中，在中段某處，拉管突然停止前進，通過升高液壓拉力仍舊無法前進。這種情況的出現(xiàn)可能是舊管被重物壓住所引起的，需將被卡住的地點挖開，將重壓物起出，再繼續(xù)完成回拉管。
(2) 在回拉管的過程中，在起點，裂管頭就被卡住，根據(jù)經(jīng)驗，這種情況的出現(xiàn)可能是舊管的回填土質的密實度過大所引起的?？梢韵葘⒘压茴^取下，只用割刀將舊管從頭到尾割裂，在工作坑和進管坑內圍著舊管管頭各壘一道水壩，壩的上沿高過舊管的管頂高度，向舊管內注水，以沒了舊管管頂為宜。蓄水后保持一天，由于水的作用軟化了舊管周圍的土層，可以使得土對舊管的壓力大大減少，裂管所需的拉力將會大大降低。將舊管內的蓄水抽走后，再繼續(xù)完成回拉管。
(3) 經(jīng)過物探檢測，如發(fā)現(xiàn)燃氣管線周圍近距離有其他管線，其垂直交叉距離小于1Ocm時，為避免裂管后土對相鄰管道的擠壓，此處應開挖作為工作坑，以減少土對其他相鄰管道的壓力影響。
5 工程實例
北京市煤氣工程有限公司在2006年購置了某公司的800G裂管設備，并于近年來先后在老山小區(qū)技改工程、安德路北街中壓線、靜安里中壓線天然氣管網(wǎng)改造工程中采用了裂管法完成了舊管道非開挖替換施工。
下面，以靜安里中壓線天然氣管網(wǎng)改造工程為實例，具體介紹一下裂管施工技術在燃氣管線改造丁程中的應用。
5.1 工程概況
本工程起點為東北三環(huán)內環(huán)輔路現(xiàn)狀DN500中壓A天然氣管線，終點為靜安里中低壓調壓站，沿途無用戶支線且靜安里中低壓站具有連通線可以停氣改造。原管線為DN200無縫鋼管，采用原位裂管等徑換管。其中裂管管長為477m，管材為SDR11的de200PE管。
本工程根據(jù)設計共設置工作坑8座，因管線運行多年，管線縱斷資料不齊全，如在施工中遇到特殊情況(拐點超過施工允許角度)，需臨時增加工作坑位。
工期預計26天(不含切接)。
5.2 裂管施工工藝流程
裂管施工的工藝過程是在施工段管線設置一個設備坑和一個進管坑。將800G裂管機設備放置于設備坑內，首先將快裝桿從舊管道推向進管坑，在進管坑將導向桿卸下，更換相應規(guī)格尺寸的脹破裝置(主要是膨脹器與擴刀)，與按照要求長度焊接好的PE管連接后，裂管機開始回拉，在破碎舊管道的同時，拉入新的PE管，完成管道的替換施工。
施工工藝流程：
收集資料、現(xiàn)場勘查、沿線物探、施工前準備工作→接通臨時線并對舊管線停氣置換→開挖工作坑→斷管后CCTV內窺儀檢測→舊管道清洗→裂管機設備安裝→PE管焊接→PE管道試壓→裂管施工→回填坑位→全線試壓→恢復路面→恢復供氣→竣工測繪
5.3 工作坑的布置及具體施工方案
此次裂管施工分7段進行，所有折點、與其它管線垂直間距不夠安全距離處開挖工作坑。本工程共設置：
3個設備坑：6號、7號、8號工作坑；
4個進管坑：1號、3號、4號、5號工作坑；
2個復合坑(即用作進管坑又用作設備坑)：1-1號、2號工作坑。
但如在施工中遇到折點及折點位置與施工圖不符時，還將增加工作坑數(shù)量，具體情況根據(jù)施工現(xiàn)場情況而定。施工示意圖如圖3所示。
(1) 具體施工分段
第一段：改造管線全長54.6m，1#工作坑至1-1#工作坑之間，1號工作坑作為進管坑，1-1號坑作為設備坑。
第二段：改造管線全長19.7m，1-1#工作坑至2#工作坑之間，1-1號工作坑作為進管坑，2號坑西南向作為設備坑。
第三段：改造管線全長97m，2#工作坑至6#工作坑之間，2號工作坑東北向作為進管坑，6號坑西南向作為設備坑。
第四段：改造管線全長45m，3#工作坑至6#工作坑之間，3號工作坑東北向作為進管坑，6號坑作為設備坑。
第五段：改造管線全長50m，3#工作坑至7#工作坑之間，3#工作坑東北向作為進管坑，7號坑作為設備坑。
第六段：改造管線全長78.7m，4#工作坑至7#工作坑之間，4號工作坑東北向作為進管坑，7號坑作為設備坑。
第七段，改造管線全長102m，4#工作坑至8#工作坑之間，4號工作坑東北向作為進管坑，8號坑作為設備坑。
第八段：改造管線全長19.9m，5#工作坑至8#工作坑之間，5號工作坑東北向作為進管坑，8號坑作為設備坑。
(2) 各工作坑的規(guī)格尺寸
各工作坑情況的明細表，如表1所示。
表1 各工作坑情況明細表
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序號
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工作坑編號
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工作坑規(guī)格(長×寬)
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備注
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1
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1#工作坑
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11m×3m
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2
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1-1#工作坑
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11m×3m
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含拆除原DN300×DN200閘井
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3
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2#工作坑(西南向)
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5m×2m
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2#工作坑(東北向)
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11m×3m
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4
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6#工作坑
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5m×2m
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5
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3#工作坑
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11m×3m
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|
6
|
7#工作坑
|
5m×2m
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|
7
|
4#工作坑
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11m×3m
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8
|
8#工作坑
|
7m×2m
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|
9
|
5#工作坑
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11m×3m
|
|
新管線與新設備整體連接后進行整體嚴密性試驗。
5.4 裂管替換施工過程注意事項
① 當導向桿已經(jīng)到達進管坑口時，應停止連接快裝桿。
② 拆卸導向桿，連接鉸接桿、穿入定位檔套和脹破刀，將鉸接桿與快裝桿連接好。將磁性檔塊放入鉸接桿兩端的凹窩內。放入定位檔塊后用鋼絲罔固定，再用膠帶纏繞密封住，以防水和雜物進入。
③ 滾刀在進入舊管道管口時，應保證刀刃在5點或7點位置上。
④ 施工時，記錄推拉桿連接的數(shù)量，通過連接數(shù)量掌握推拉桿進入施工段的位置。
⑤ PE管在拉入拖動過程中，設備坑操作人員應隨時注意回拉壓力表顯示值，記錄最大壓力值的變化。兩端工作坑人員隨時保持聯(lián)系，如遇異常情況應暫停施工。
⑥ 現(xiàn)場操作過程要嚴格填寫施工紀錄。
6 結論
靜安里中壓線天然氣管網(wǎng)改造丁程在施工中不存在擴徑問題，因此裂管過程相當順利，并且裂管速度加快了許多。該工程又一次充分顯示了采用裂管施工替換舊管道的優(yōu)越性。
目前，我國有許多城市，每年都要大規(guī)模進行城市建設和地下基礎設施建設，急待鋪設、擴容、修復和更換大量地下公用管線。隨著城市主干道不斷的加寬、高速公路、高等級公路的網(wǎng)絡化，以及人們環(huán)保意識的不斷增強，傳統(tǒng)的開槽埋管已不適應現(xiàn)代化建設的需要，現(xiàn)代非開挖鋪管技術將逐步成為地下管線施工的主流。
地下管網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展狀況在很大程度上反映了非開挖施工的市場潛力，非開挖鋪設更換地下管線將是現(xiàn)代文明發(fā)展的必然趨勢，非開挖技術必將在今后的基礎設施建設中發(fā)揮更大的作用。
參考文獻：
1 董久樟等.裂管法更換舊管道在國內的首次成功應用.城市燃氣，2003：12
2 顏純文等.非開挖鋪設地下管線工程技術.2005：1
(本文作者：張園媛 北京市煤氣工程有限公司 100025)
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