燃?xì)獯罂趶脚f管道內(nèi)雙排管穿越的探究

上海煤氣第一管線工程有限公司 嚴(yán) 方

上海地區(qū)管道燃?xì)鈱?shí)現(xiàn)全天然氣化后，徐涇地區(qū)滬青平公路原有輸送人工煤氣的DN1200鋼管經(jīng)氮?dú)庵脫Q后停運(yùn)。日前該區(qū)域的天然氣管網(wǎng)改造方案中需要排DN500鋼管和DN350聚乙烯管(PE管)，工程全長(zhǎng)約1.8 km。若按以往采用新管位全部雙排管開(kāi)挖溝槽的常規(guī)做法，不但工程量大、工期長(zhǎng)，對(duì)附近居民出行交通也會(huì)造成極大的影響。

近幾年燃?xì)夤艿栏脑旄轮?，采用燃?xì)馀f管道內(nèi)插新管道的施工技術(shù)是頗受好評(píng)的燃?xì)夤艿朗┕し椒?。針?duì)滬青平公路的實(shí)際情況決定充分利用原管，采用在大口徑舊管道內(nèi)進(jìn)行雙排管穿越的施工新工藝。這樣既能充分利用原管道，又能解決占用空間問(wèn)題，將管道改造工程對(duì)其它管線的影響減到最低。該項(xiàng)目(滬青平公路0.8 MPa、0.4 MPa連通管排管工程)于2017年4月28日開(kāi)始施工，并于2018年12月9日完成了全部的地下排管工作。

1 工程概述

1.1 工程簡(jiǎn)介

滬青平公路(蟠龍路—諸光路)中壓、次高壓工程的施工主體是在舊管道 DN1200(原管道壓力為0.1 MPa)內(nèi)同步穿越一根DN500鋼管(0.8 MPa)及一根DN350PE管(0.4 MPa)，并伴有兩根DN50信息管用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)是否存在燃?xì)庑孤┣闆r。將新管道插入舊管道后，并進(jìn)行灌漿保護(hù)，形成了一種新的管道結(jié)構(gòu)，使新管道的防腐性能和原管線的機(jī)械性能合二為一，從而提升了管道的整體性能，延長(zhǎng)了管道的使用壽命。

1.2 工程特點(diǎn)

(1)本工程施工條件特殊，舊管道服役年限已久，自然沉降所帶來(lái)的弧度問(wèn)題給穿越工作增加了阻礙。雙管穿越的另一大難點(diǎn)在于無(wú)法控制雙管位置，穿越時(shí)易發(fā)生滑動(dòng)、傾覆等問(wèn)題。為有效固定雙管位置，提高施工效率，我們針對(duì)性研發(fā)了一款“保護(hù)夾”如圖1所示，可將兩根新管道固定在一起進(jìn)行穿越。

圖1 穿越“保護(hù)夾”

由于鋼管焊接后自重較大，與原DN1200管道之間的空間比較緊湊，保護(hù)夾的四只支撐也設(shè)計(jì)成可用作管道往前推進(jìn)的引導(dǎo)腳。引導(dǎo)腳的作用是減少摩擦力，克服鋼管和PE管的自重，保證施工時(shí)兩根管子能順利地回拖。在實(shí)際運(yùn)用中，如圖2，該鋼制保護(hù)夾每隔4 m安裝一只，在保護(hù)夾與鋼管之間墊0.5 cm厚的橡皮以保護(hù)鋼管的外防腐層，同時(shí)保證橡皮的寬度大于保護(hù)夾的寬度，防止鋼管在穿管過(guò)程中因自重和阻力的原因損壞鋼管PE防腐層。

圖2 “保護(hù)夾”使用現(xiàn)場(chǎng)

(2)考慮到長(zhǎng)距離雙管穿越的管道投運(yùn)后存在泄漏點(diǎn)檢測(cè)難的問(wèn)題，我們?cè)诠艿纼蓚?cè)同步設(shè)置兩根DN50信息管道用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否有燃?xì)庑孤?，如有泄漏則運(yùn)行監(jiān)測(cè)平臺(tái)可立即接到報(bào)警，避免造成安全事故。

(3)為確保內(nèi)插管芯性管的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，本工程要求在完成穿管后，采用內(nèi)外管道間隙的注漿施工工藝。

2 施工工藝原理

燃?xì)庑鹿艿赖膬?nèi)插入工藝是基于不破壞地面結(jié)構(gòu)的非開(kāi)挖穿管技術(shù)、燃?xì)夤艿垒斉浼夹g(shù)、燃?xì)夤艿氖┕ぜ夹g(shù)、PE材料的應(yīng)用技術(shù)及地下管線探測(cè)技術(shù)為一體的綜合性施工工藝，插管改造示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 燃?xì)馀f管道內(nèi)插管改造示意

考慮到燃?xì)庑鹿艿啦牧系那?qiáng)度和允許的最小曲率半徑，管材的口徑、長(zhǎng)度和自重，彎管處的受力分布，穿管時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力等物理參數(shù)，結(jié)合地下管線位置圖和對(duì)管線位置走向的探測(cè)，明確管線垂直落差大小，進(jìn)行綜合分析比較，確定所采用的定向鉆機(jī)的規(guī)格型號(hào)，同時(shí)完成燃?xì)夤艿缽澒堋⒓鞯攘慵亩ㄎ?，開(kāi)挖并取出彎管集水器等配件，根據(jù)新管道允許的曲率半徑開(kāi)挖中間作業(yè)過(guò)渡坑。清除舊管道內(nèi)的雜物、完成舊管口界面的處理后，在新管道上使用封口器，以防燃?xì)庑鹿艿涝诖┻^(guò)舊管道時(shí)雜物落入管道。

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的交通和場(chǎng)地的影響，確定每段新管道材的長(zhǎng)度并進(jìn)行焊接和強(qiáng)度試驗(yàn)，在回拖兩端開(kāi)挖入、出土坑實(shí)施穿管作業(yè)，完成拖管后在兩層管壁間灌注漿液以固定內(nèi)管，提高管道的穩(wěn)定性和運(yùn)行的安全性。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 主要工藝步驟

根據(jù)工程施工需求及特點(diǎn)和穿越條件，本工藝分為如下步驟：

(1)首先挖一個(gè) 20 m左右的工作坑，將原DN1200鋼管割斷并取出。

(2)將原DN1200鋼管兩端封閉，兩端鉆孔，注入氮?dú)猓祾咔鍧嵲艿馈?/p>

(3)采用管道爬行器CCTV觀察管內(nèi)情況，并對(duì)舊管道進(jìn)行清洗，同時(shí)做好穿管前準(zhǔn)備工作。

(4)在上述工序完成后，確認(rèn)已具備施工穿管條件的前提下，將 DN500管吊往工作坑下方，再將PE管DN350管吊往DN500鋼管上方。這時(shí)的PE管應(yīng)根據(jù)管道的扭曲度來(lái)決定PE管熱熔管長(zhǎng)度。PE管與鋼管重疊部分用特制“保護(hù)夾”將2根管道固定在支架上，然后用外力將 2根管子慢慢推入DN1200內(nèi)。

(5)兩根管子一起推入10 m左右，PE管后部應(yīng)吊起30 cm左右，然后將第二根DN500鋼管下方至工作坑(如圖4)。DN500前后二根管子按要求對(duì)接，對(duì)接焊接后進(jìn)行拍片、防腐。然后借用外力推入DN1200管內(nèi)。

圖4 PE管與鋼管推入時(shí)示意

(6)重復(fù)以上步驟。

3.2 施工流程圖

整個(gè)工程施工流程圖如圖5所示，在施工過(guò)程中采用一體化施工方法，即施工準(zhǔn)備→工作坑開(kāi)挖→舊管道處理→管道清洗→穿越管回拖牽引→管內(nèi)注漿→管道試驗(yàn)多項(xiàng)工藝連貫成一體，這一施工方法可以保證燃?xì)夤艿朗┕ふ加脜^(qū)域的量為最小。

圖5 原管內(nèi)新管道穿越的施工流程

3.3 操作要點(diǎn)

3.3.1 原管道處理

首先對(duì)原管道進(jìn)行吹掃，直至取樣合格。根據(jù)舊管道附屬設(shè)備和零件情況，將舊管道上的集水器、閥門(mén)、彎管、三通等割除，割除長(zhǎng)度以使兩根穿越管(下文中簡(jiǎn)稱為“芯管”)能順利通過(guò)此割除點(diǎn)為宜。

利用管道爬行器(CCTV)對(duì)管線內(nèi)的雜質(zhì)及零件進(jìn)行檢查，并根據(jù)穿管要求進(jìn)行清理。

3.3.2 原管道清洗

方法一：利用管道爬行器，在爬行器尾部帶入一根有長(zhǎng)度標(biāo)記的尼龍繩，尼龍繩從另一端穿出后將清管球固定在尼龍繩后端，將尼龍繩回拖，對(duì)舊管道內(nèi)的固體雜物進(jìn)行清掃。若爬行器遇堵不能前進(jìn)，可確定堵塞位置，開(kāi)挖后進(jìn)行處理。

方法二：在利用定向鉆機(jī)作為動(dòng)力設(shè)備時(shí)，在鉆桿端部安裝專用清管器，利用鉆桿旋轉(zhuǎn)對(duì)舊管道進(jìn)行清管。清洗過(guò)程中應(yīng)密切注意鉆桿的晃動(dòng)情況和返出沖洗液中攜帶物的情況判斷清洗程度，以沖洗液量的大小決定管內(nèi)清洗后的沉渣是否能被水流沖出。清洗過(guò)程中轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量放慢，控制在每分鐘10轉(zhuǎn)左右。

管道清洗兩次，最后一次清管采用皮碗式橡膠清管器進(jìn)行，直至管內(nèi)無(wú)垃圾清出為止。舊管道清洗結(jié)束后，再次采用管道爬行器(CCTV)對(duì)內(nèi)壁情況進(jìn)行檢查，合格后進(jìn)入下一工序。

3.3.3 芯管保護(hù)

在原管道的插入端口安裝內(nèi)襯耐磨橡膠的漏斗型導(dǎo)滑口，在插入的新管道端部焊上拉管頭，并在拉管頭上安裝用于牽引的套環(huán)。

芯管安裝和回拖時(shí)，采用專用滾輪支架以防止芯管劃傷。尤其在芯管回拖時(shí)，每隔一段距離(4 m)設(shè)置“保護(hù)夾”，防止其與舊管內(nèi)壁過(guò)度摩擦而損傷，并且在各管段正式回拖前需要先進(jìn)行一段3～4m的與芯管同口徑的新管道的預(yù)穿越。預(yù)穿越后仔細(xì)檢查原金屬管對(duì)新管道外表面的損傷情況，若發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的劃傷應(yīng)重新對(duì)原管道內(nèi)壁進(jìn)行清理，用機(jī)械清理去清除那些突出的毛刺、焊渣等，直至預(yù)穿越合格。

芯管回拖后，對(duì)工作坑內(nèi)的新管道采取兩側(cè)砌磚墻灌沙并加蓋水泥蓋板的措施進(jìn)行保護(hù)。

3.3.4 芯管回拖

把準(zhǔn)備插入的新管道按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。在芯管的一端設(shè)置拖管頭后與定向鉆機(jī)或其它動(dòng)力設(shè)備連接牢固。

將拉管頭插入導(dǎo)滑口內(nèi)，通過(guò)動(dòng)力設(shè)備的緩慢牽引將芯管插入舊管道中。根據(jù)定向鉆機(jī)上的拉力顯示，對(duì)牽引力的大小進(jìn)行控制。

在牽引新管道時(shí)，溝上新管道段應(yīng)間隔放置專用滾輪支架，其它機(jī)械設(shè)備也可輔助推插新管道。

3.3.5 管內(nèi)注漿

注漿工作坑幾何尺寸按管道的埋設(shè)深度和口徑大小確定。管口兩端密封采用充氣密封，即在內(nèi)管上緊固一只檔板及檔板外圈安裝充氣氣帶的組合裝置，將組合裝置放至管口以內(nèi)30 cm處，進(jìn)行充氣膨脹密封。每個(gè)注漿段的管口位于其頂部放置一根DN50的注漿鋼管，兩端各設(shè)一根。一根用來(lái)檢測(cè)管內(nèi)的注漿量，另一根用來(lái)向管內(nèi)注漿。

注漿漿液主要為混合水泥漿液，漿液初凝時(shí)間為4～5 h，要求流動(dòng)性好，并且保證總壓漿時(shí)間短于初凝時(shí)間。

將各種配漿材料按照設(shè)計(jì)要求的配比進(jìn)行配制，嚴(yán)格控制配比。注漿時(shí)將注漿泵的注漿壓力控制在0.4 MPa以內(nèi)。當(dāng)管內(nèi)漿液溢出管頂內(nèi)插的鋼管時(shí)，即可停止注漿。

3.3.6 驗(yàn)收

各施工段施工后，進(jìn)行管段間焊接。并在插入管與原管道的端口采用“O”形橡膠圈、塑料密封套或其它柔性填縫材料密封。

最后，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)內(nèi)插芯管進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)。

3.3.7 犧牲陽(yáng)極和閥門(mén)的安裝

為了有效防止穿越鋼管在地下的電化學(xué)腐蝕，該工程在每個(gè)工作坑處均設(shè)置犧牲陽(yáng)極，共10組，同時(shí)全程安裝了一座次高壓 DN500閥門(mén)和兩座中壓DN300閥門(mén)(見(jiàn)圖6)。

圖6 閥門(mén)安裝點(diǎn)示意

4 施工中遇到的問(wèn)題與解決方法

為了保證鋼管在工作坑內(nèi)順利焊接，對(duì)工作坑長(zhǎng)度進(jìn)行加長(zhǎng)，穿管工作坑尺寸為長(zhǎng)20 m×寬3 m，接收工作坑尺寸為長(zhǎng)6 m×寬3 m，工作坑打密板樁，同時(shí)在工作坑底部混凝土做底，確保工作坑安全。如圖7所示，澆筑底板為20 cm素混凝土C15，混凝土上鋪設(shè)鐵板。其中兩頭預(yù)留寬0.5 m×深0.5 m水槽。此外，對(duì)于預(yù)留的水槽，待管道清洗后，用混凝土澆灌填平水槽，再進(jìn)行穿管作業(yè)。

圖7 工作坑底板

實(shí)際施工時(shí)經(jīng)常因天氣以及下水道泄漏等原因?qū)е聹喜鄣撞坑袪€泥積水。為解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)施工組將工作坑內(nèi)原DN1200管道上方約2/3切除，留下管道下方約1/3作為底板，使溝槽底部有良好工作環(huán)境。

在施工中遇到穿越無(wú)法施工時(shí)，需要及時(shí)進(jìn)行物探，查明有無(wú)彎頭和閥門(mén)等零件。如果有零件，需要在該處開(kāi)挖工作坑，切割該處管道取出零件，進(jìn)行直埋管道并連接。如果物探?jīng)]有零件，則可以判斷為是原管道有輕微借轉(zhuǎn)而導(dǎo)致穿越管被卡住。對(duì)于此類(lèi)情況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐，縮短該段穿管上安裝的“保護(hù)夾”周?chē)膫€(gè)支撐的長(zhǎng)度則可以讓管道順利穿越。

原管道輸送介質(zhì)為人工煤氣，當(dāng)時(shí)埋設(shè)時(shí)有一定坡度，因此實(shí)際施工作業(yè)中尤其在灌漿時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生因?yàn)槠露仍驅(qū)е鹿酀{灌不進(jìn)去。此時(shí)可以采用增加工作坑，減少灌漿長(zhǎng)度的方法。

5 結(jié)語(yǔ)

大口徑人工煤燃?xì)夤軆?nèi)雙排管穿越技術(shù)，不僅是對(duì)舊管道的合理利用，同時(shí)對(duì)城市地下空間的綜合利用具有積極的意義。就本工程而言，施工開(kāi)挖僅限于幾處工作坑，大量減少了傳統(tǒng)工藝所需的路面開(kāi)挖的工程量，既大幅縮減了修路的費(fèi)用和原材料的消耗，縮短了施工周期，同時(shí)也大大降低了對(duì)其它地下管線交通、綠化等公共設(shè)施的影響。尤其對(duì)新舊管道間隙的注漿施工工藝，可以確保內(nèi)插芯管的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，以有效延長(zhǎng)管線的使用壽命，滿足管線的運(yùn)行性能，可在今后類(lèi)似的燃?xì)夤艿朗┕ぶ羞M(jìn)行廣泛推廣。