非开挖技术在管道直饮水工程中的应用

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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

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

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

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

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。

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

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。

法兰根和法兰片

法兰封板

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