非开挖技术在管道直饮水工程中的应用
更新时间：2014-03-28 07:31
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摘要：管道直饮水使广州市市民的饮水发生质的飞跃。按照“两套管网，分质优质供水”的原则，管道的敷设是分质供水的重点和难点。市区的管网改造和建设，受限于旧管网、 交通 和环保的条件。非开挖技术的 应用 ，为管道直饮水管网的建设发挥了巨大的作用。
关键词：管道直饮水 非开挖技术 定向钻进 PE管 应用
1、工程概况
管道直饮水是以自来水或符合生活饮用水水源水质标准的水为原水，经深度净化后通过固定管道输送、供给用户直接饮用的纯净水，当前呈现出进一步扩大规模的 发展 趋势。广州南部供水工程的完成，南洲水厂的全面投产，广州市管道直饮水工程进入管网建设的高峰。
吉祥路直饮水管道工程属于城市中心区管网工程，为包括省人民政府在内的用户供水，工程需要新建管道由南往北穿越东风路。原设计为明挖施工，管材为钢管内衬管，管道内径为300mm。
2、施工方案的比较和优化
工程位于东风中路、吉祥路口，东风路是广州市的东西方向的主干道。原设计为明挖穿越，为了降低对交通的 影响 ，方案减少占用路面的时间，采用L路线(如下图)，长度110米。
经现场踏勘，由于受地下电力电缆、煤气管、雨污水管等公用管线的影响，且交通压力非常大，明挖施工困难，故采用非开挖的施工 方法 ，采用牵引的方法，管材改为HDPE管。同时，为了发挥非开挖施工的优势，改为直线型路线(如下图)，缩短距离26米。
3、管材的选用
原设计采用明挖施工，管材选用钢管内衬管，内径300mm，管道设计内压1.0Mpa。 参考 设计要求，考虑非开挖施工的需要，工程改选用PE管。
就施工方法而言，PE 管道特别适用于非开挖工程。其热熔焊接使管道具有一体化的连接方式，接头强度高;优良挠性使得PE 管道走向容易依照施工轨迹的要求进行改变;良好的抗刮痕能力，使得管道不易损坏而漏水。采用导向钻进技术，管径可达600mm，管线长度一般可达300～400m，深度通常在10m 以内。
对PE80 和PE100 而言，双峰分子量分布的PE100管材，其综合性能要比PE80好，尤其是PE100的20℃、50年的蠕变抵抗能力提高，同时又保持了较好的耐环境应力开裂性能(ESCR)。
同时，PE管材符合饮用水的要求。
综合考虑设计要求和施工要求，工程选用了DN355，PE100级，内压1.0Mpa的PE管，如下表。
工程选用的PE100级聚乙烯管材
4、导向孔轨迹的设计
轨迹设计主要考虑设计平面位置、埋深的要求，地下公用管线的影响，钻杆和管材的弯曲半径等。
经过细致的探测，查明了测区内的各类地下管线，管线纵横交错，主要有给水、排水、煤气、电力、电信等五种管线，最大管径为DN1200的供水管，最大埋深为3.5米。根据设计文件和地下管线探测结果，结合现场踏勘，导向孔轨迹设计参数如下：
考虑钻杆和管材的弯曲半径，取R=50m;
考虑其它地下管线的影响，取管道最深点为 h=5m;
由 L=(h(2R-h))0.5
式中L—造斜段长度;h—铺管深度;R—弯曲半径。
计算 得 L=22m，入射角取26度。轨迹线见导向孔轨迹设计图。
5、设备的选择及施工过程
按经验公式 计算 管道的回拖阻力。
W=[2P(1+K)+P0]f L
式中 W—管的摩擦力(KN);P—土对管的压力(KN/m );
K—主动土压力系数;P0—管的重量(KN/m);
f—管壁的摩擦系数;L—管道的长度(m)。
W=[2×(0.355×0.17×1800) ×(1+0.3)+0.25] ×0.25×84=5936(KN);
工程选用威猛(Vermeer)D40-40型导向钻机，该钻机回拖力F= 18144KN;安全系数K=18144/5936=3.1>2.0
Vermeer钻机参数表
6、施工过程中的几个 问题
施工过程主要包括管线探测、轨迹设计、管材连接、导向钻进、扩孔护壁、回拖、试压等。
6.1、管材的连接
PE 管道最主要的连接方式是熔接连接，包括电熔连接和热熔连接，其因材质相同，接头强度高于本体强度。本工程采用热熔连接的方式。加热板温度为210度，管端加热时间为10分钟，持压时间30分钟。施工时，由于环境温度比较低，平均温度5-8摄氏度，风力4-5级。
PE管道的焊接必须由经过专门培训的焊工进行操作，才能确保合适工作参数下其强度要求。另外在大风的工作环境下，可能因冷却加热板，并导致不均匀温度分布，故可能会对熔接质量有致命的 影响 ，当尘土污染加热板和管端也将会导致接头寿命大为减少。
6.2、PE管与钢管的连接
工程的前后端都需要与明挖施工埋设的内衬钢管连接。本工程采用钢塑法兰连接方式，PE管端与塑料法兰根之间采用热熔连接，钢管端与金属法兰连接，然后采用法兰片、螺栓即可完成PE管与钢管的连接。
7、 总结
本工程由明挖施工改为非开挖 方法 施工，解决了开挖路面影响 交通 的问题，减少了与其他公用管线的冲突。改用PE管代替内衬钢管，既满足非开挖施工的要求，也满足管道直饮水供水压力和卫生的要求。实践证明，该工艺能够在直饮水工程中推广 应用 。
参考 文献 ：
[1]《非开挖地下管线施工技术及其应用》 地震出版社 颜纯文等 1999年
[2]《非开挖铺设地下管线施工技术与实践》 中国 地质大学出版社 叶建良等 2000年
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关键词：管道直饮水 非开挖技术 定向钻进 PE管 应用
1、工程概况
管道直饮水是以自来水或符合生活饮用水水源水质标准的水为原水，经深度净化后通过固定管道输送、供给用户直接饮用的纯净水，当前呈现出进一步扩大规模的 发展 趋势。广州南部供水工程的完成，南洲水厂的全面投产，广州市管道直饮水工程进入管网建设的高峰。
吉祥路直饮水管道工程属于城市中心区管网工程，为包括省人民政府在内的用户供水，工程需要新建管道由南往北穿越东风路。原设计为明挖施工，管材为钢管内衬管，管道内径为300mm。
2、施工方案的比较和优化
工程位于东风中路、吉祥路口，东风路是广州市的东西方向的主干道。原设计为明挖穿越，为了降低对交通的 影响 ，方案减少占用路面的时间，采用L路线(如下图)，长度110米。
经现场踏勘，由于受地下电力电缆、煤气管、雨污水管等公用管线的影响，且交通压力非常大，明挖施工困难，故采用非开挖的施工 方法 ，采用牵引的方法，管材改为HDPE管。同时，为了发挥非开挖施工的优势，改为直线型路线(如下图)，缩短距离26米。
原设计采用明挖施工，管材选用钢管内衬管，内径300mm，管道设计内压1.0Mpa。 参考 设计要求，考虑非开挖施工的需要，工程改选用PE管。
就施工方法而言，PE 管道特别适用于非开挖工程。其热熔焊接使管道具有一体化的连接方式，接头强度高;优良挠性使得PE 管道走向容易依照施工轨迹的要求进行改变;良好的抗刮痕能力，使得管道不易损坏而漏水。采用导向钻进技术，管径可达600mm，管线长度一般可达300～400m，深度通常在10m 以内。
对PE80 和PE100 而言，双峰分子量分布的PE100管材，其综合性能要比PE80好，尤其是PE100的20℃、50年的蠕变抵抗能力提高，同时又保持了较好的耐环境应力开裂性能(ESCR)。
同时，PE管材符合饮用水的要求。
综合考虑设计要求和施工要求，工程选用了DN355，PE100级，内压1.0Mpa的PE管，如下表。
工程选用的PE100级聚乙烯管材
| 公称压力（MPa） | 公称外径（mm） | 内径（mm） | 壁厚（mm ） | SDR | 产地 |
| 1.0 | 355 | 303 | 26 | 13.6 | 深圳 |
| 工程选用的PE管材 |
轨迹设计主要考虑设计平面位置、埋深的要求，地下公用管线的影响，钻杆和管材的弯曲半径等。
经过细致的探测，查明了测区内的各类地下管线，管线纵横交错，主要有给水、排水、煤气、电力、电信等五种管线，最大管径为DN1200的供水管，最大埋深为3.5米。根据设计文件和地下管线探测结果，结合现场踏勘，导向孔轨迹设计参数如下：
考虑钻杆和管材的弯曲半径，取R=50m;
考虑其它地下管线的影响，取管道最深点为 h=5m;
由 L=(h(2R-h))0.5
式中L—造斜段长度;h—铺管深度;R—弯曲半径。
计算 得 L=22m，入射角取26度。轨迹线见导向孔轨迹设计图。
5、设备的选择及施工过程
按经验公式 计算 管道的回拖阻力。
W=[2P(1+K)+P0]f L
式中 W—管的摩擦力(KN);P—土对管的压力(KN/m );
K—主动土压力系数;P0—管的重量(KN/m);
f—管壁的摩擦系数;L—管道的长度(m)。
W=[2×(0.355×0.17×1800) ×(1+0.3)+0.25] ×0.25×84=5936(KN);
工程选用威猛(Vermeer)D40-40型导向钻机，该钻机回拖力F= 18144KN;安全系数K=18144/5936=3.1>2.0
Vermeer钻机参数表
| 型号 | 扭矩(N×m) | 回拖力(KN) | 重量（T） | 外形（长×宽×高） |
| D40-40 | 5415 | 18144 | 24 | 6.3×2.1×2.3 |
| VermeerD40-40钻机 | 回拖头 |
| 导向到达 | 回拖1 |
| 回拖2 | 回拖到达 |
施工过程主要包括管线探测、轨迹设计、管材连接、导向钻进、扩孔护壁、回拖、试压等。
6.1、管材的连接
PE 管道最主要的连接方式是熔接连接，包括电熔连接和热熔连接，其因材质相同，接头强度高于本体强度。本工程采用热熔连接的方式。加热板温度为210度，管端加热时间为10分钟，持压时间30分钟。施工时，由于环境温度比较低，平均温度5-8摄氏度，风力4-5级。
PE管道的焊接必须由经过专门培训的焊工进行操作，才能确保合适工作参数下其强度要求。另外在大风的工作环境下，可能因冷却加热板，并导致不均匀温度分布，故可能会对熔接质量有致命的 影响 ，当尘土污染加热板和管端也将会导致接头寿命大为减少。
| 热熔设备 | 削平端面 |
| 加热（10分钟） | 持压（30分钟） |
| 连接好的接头 | 连接好的管道 |
工程的前后端都需要与明挖施工埋设的内衬钢管连接。本工程采用钢塑法兰连接方式，PE管端与塑料法兰根之间采用热熔连接，钢管端与金属法兰连接，然后采用法兰片、螺栓即可完成PE管与钢管的连接。
| 法兰根和法兰片 | 法兰封板 |
本工程由明挖施工改为非开挖 方法 施工，解决了开挖路面影响 交通 的问题，减少了与其他公用管线的冲突。改用PE管代替内衬钢管，既满足非开挖施工的要求，也满足管道直饮水供水压力和卫生的要求。实践证明，该工艺能够在直饮水工程中推广 应用 。
参考 文献 ：
[1]《非开挖地下管线施工技术及其应用》 地震出版社 颜纯文等 1999年
[2]《非开挖铺设地下管线施工技术与实践》 中国 地质大学出版社 叶建良等 2000年
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