淺析爆管法在市政建設(shè)工程中的應(yīng)用

伍洋陳帥 張學(xué)軍

（1.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院 四川成都 610059 2.核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 四川成都 610052 3.綿陽市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 四川綿陽 621000）

引言

市政工程的建設(shè)情況直接反應(yīng)了我國的城市發(fā)展現(xiàn)狀。其中，對(duì)分布在城市地下年久失修的管線系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的更換與維修是市政建設(shè)項(xiàng)目的重要組成部分，爆管法作為世界范圍內(nèi)使用最為廣泛的一種非開挖管道更換方法，與傳統(tǒng)的開挖更新管道方法相比可節(jié)省90%的開挖量，同時(shí)爆管法還可以增加管線的尺寸，從而可提高管線傳輸能力，相比于傳統(tǒng)的明挖法，優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)當(dāng)?shù)玫胶侠淼膽?yīng)用[1～3]。

1 爆管法簡(jiǎn)介

爆管法，又稱脹管法，于20世紀(jì)80年代出現(xiàn)于英國，最初只是用于小直徑的鑄鐵燃?xì)夤艿赖母鼡Q，現(xiàn)已發(fā)展到可以適用不同材料，不同口徑和不同用途的管道更換[4]。典型的爆管法施工工藝是將一個(gè)圓錐型的爆管工具插入到待換舊管道中并通過拉或頂入的方法使它向前推進(jìn)并將舊管道脹破，破碎的管道碎片被擠入到管道周圍的土體里面，與此同時(shí)，接在爆管頭后面的新管道也通過拉或推的方法鋪設(shè)到原管道的位置。其中，爆管工具又稱爆管頭，其前端尺寸比舊管道小，后端尺寸比舊管道大，其后連接的新管道與舊管道相比，可以同徑，也可以超徑，但其尺寸比爆管頭后端尺寸略小，以此減小新管前進(jìn)過程中的摩擦。典型的爆管法施工工藝可見圖1。

圖1 爆管法施工工藝示意圖

2 爆管法分類

根據(jù)爆管頭破碎舊管道并向前推進(jìn)的動(dòng)力來源不同，可以將爆管法分為三種類型：氣動(dòng)沖擊爆管法、液壓脹管法、靜力牽引爆管法。

2.1 氣動(dòng)沖擊爆管法

氣動(dòng)沖擊爆管法采用氣動(dòng)錘作為爆管頭，在壓縮空氣作用下，氣動(dòng)錘有規(guī)律向前運(yùn)動(dòng)破碎舊管道，施工時(shí)通過小型牽引裝置帶動(dòng)纜繩來引導(dǎo)鉆頭的前進(jìn)方向，管子的碎片則被擠壓到舊管周圍的土體中。

2.2 液壓脹管法

與氣動(dòng)沖擊爆管法類似，采用液壓脹管法施工時(shí)，也通過絞車牽引鋼繩帶動(dòng)鉆頭順著管道前進(jìn)，不同的是此時(shí)破碎動(dòng)力由液壓脹管器中的液壓油循環(huán)作用產(chǎn)生，由于張力垂直地作用到管道上，因而比其他爆管法更加強(qiáng)勁有力，一般用來更換污水管道。

2.3 靜力牽引爆管法

靜力牽引爆管法的爆管頭內(nèi)部沒有動(dòng)力裝置，而是依靠鉆桿或者鏈條與外部的牽引裝置相連，牽引裝置產(chǎn)生巨大的水平牽引力，作用到圓錐形的爆管頭后一部分分解為垂直于管道的徑向力，進(jìn)而破碎舊的管道并為新管道的前進(jìn)提供動(dòng)力。三種爆管法的特點(diǎn)及其適用條件可見表1。

3 爆管法施工條件

雖然爆管法相對(duì)于傳統(tǒng)的明挖法具有許多優(yōu)點(diǎn)，但事實(shí)上并非所有情況下都能適用，在市政工程建設(shè)中，選擇使用爆管法更換管道時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮以下因素。

表1 三種爆管法的特點(diǎn)及其適用條件

3.1 地層條件

舊管所處的地層條件對(duì)爆管施工過程中地表移動(dòng)的影響很大，在施工前應(yīng)當(dāng)仔細(xì)勘察。地層條件包括舊管所處地層的土體組成、物理力學(xué)性質(zhì)，以及地下水分布情況等。如果所處地層可壓縮性高（如可塑性粘土層），那么爆管施工對(duì)地表移動(dòng)的影響就小，可擴(kuò)徑程度相應(yīng)提高。如果地層土體緊實(shí)，則應(yīng)留意施工造成地面隆起。此外，爆管法要求舊管周圍一定范圍內(nèi)的土體相對(duì)均質(zhì)，且具有一定的承載能力，松散的砂土或是新的回填土在爆管法施工時(shí)易出現(xiàn)下沉。

3.2 管道埋深

管道埋深直接影響爆管法的可施工性。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，采用爆管技術(shù)增大管徑時(shí)，每增大2.45cm，至少需要0.3m的覆蓋層厚度來吸收壓縮變形[5]。如若埋深較淺，爆管施工極易導(dǎo)致地表移動(dòng)。如若埋藏較深，在施工時(shí)需考慮以下幾點(diǎn)：

（1）是否存在地下水，如有，需考慮排水措施。

（2）管道上覆土質(zhì)量增加，爆管施工阻力增大，需要更大能力的爆管設(shè)備。

（3）插入坑和接收坑深度增加，坑壁穩(wěn)定性降低，施工時(shí)應(yīng)做好支護(hù)措施。

（4）由于上覆荷載增大，管道的允許彎曲程度減小。

3.3 擴(kuò)徑程度

管道擴(kuò)徑程度是影響爆管施工的重要因素。一方面要根據(jù)地層條件和管道埋深，決定可擴(kuò)徑程度的大??；另一方面，在可擴(kuò)徑的條件下，要根據(jù)爆管能力選擇合適的爆管方法，大比率地?cái)U(kuò)張管徑不能采用靜力牽引方法，因?yàn)榇朔椒▋H依賴牽引力，不足以破碎管道。

3.4 管道材質(zhì)

爆管施工時(shí)將破碎的管道碎片擠入到周圍的土體里面，破碎管片的大小會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生不同的擾動(dòng)，而破碎管片的大小又和舊管管材有直接關(guān)系，不同的管材自身強(qiáng)度不同，破碎后碎片的大小各異，施工前應(yīng)根據(jù)舊管材質(zhì)選擇恰當(dāng)?shù)钠乒芄ぞ?，將舊管盡量破碎完全，以減小對(duì)土體的擾動(dòng)。

4 總結(jié)

在進(jìn)行市政工程管道更換時(shí)，非開挖爆管法相對(duì)于傳統(tǒng)的明挖法具有開挖量小，工作效率高，施工成本低，對(duì)周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。但并非所有情況下都能適用此法，施工前應(yīng)從施工計(jì)劃工作量、施工周期、人員條件、地層條件、管道埋深、管道材質(zhì)、擴(kuò)徑程度、設(shè)備條件等方面綜合考慮，選擇最佳的施工方案，確保工程施工安全有效的進(jìn)行。

[1]丁文捷.正在興起的非開挖技術(shù)——爆管法[J].寧夏工程技術(shù)，2007，6（3）：235～238.

[2]陳歷新，胡遠(yuǎn)彪.爆管法的進(jìn)展[J].非開挖技術(shù)，2010（4）：43～45.

[3]Lueke J S，Ariaratnam ST.Rehabilitation of Underground Infrastructure Utilizing Trenchless Pipe Replacement[J].Practice Periodical on Structural Design&Construction，2015，6（1）：25～34.

[4]趙士鶴，陳亞洲，周俊，等.爆管法在北美地區(qū)的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].非開挖技術(shù)，2014（4）：46～52.

[5]Erik，Waligorski，周鵬.選擇合理的污水管道修復(fù)方法[J].非開挖技術(shù)，2014（2）：127～132.