城镇排水管道非开挖短管钢套筒置换工法应用.docx

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[摘  要] 以南充高坪区污水管网及改造工程为例，介绍了非开挖短管钢套筒置换中的实际应用，并对其最终效果进行分析总结，为市政工程非开挖短管钢套筒置提供参考。
[Keys]  非开挖  短管置换  经济效益  施工技术
0  前言
经过进年来的发展，非开挖短管钢套筒置换技术在我国已取的大量地实际工程应用，且保持着高速的增长势头。然而与相比，我国仍然有着显著的差距。在加快引进国外先进技术的基础上，应加强研发和技术创新。随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加，非开挖短管钢套筒置换技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作用。
非开挖短管钢套筒置换位于南充市物流园林海北路上，为解决非开挖短管钢套筒置换施工技术问题，提高施工工效，我们依托承建的高坪区非开挖管道工程
开展关键技术研究，提出了采用非开挖短管钢套筒置换施工工艺。我们通过对非开挖短管钢套筒置换的工艺流程、工期、质量、安全、成本进行研究，并经过本工程实践和总结形成本工法。
1  工程概况及地质
本工程位于南充市高坪主城区，对高坪区主城区进行雨污管网分流改造，新建及改建市政雨污管网60km，小区雨污管网改造70km，完成路面及人行道路恢复、原有地下管网清掏疏通等。项目包括白塔清溪空白片区、鹤鸣东路片区、东方花园片区、 航空港清溪河以北片区、航空港清溪河以南片区、青莲片区、下中坝片区、都京片区、山语城片区、物流园片区、清溪河污水干管，共计11个片区进行雨污水管道、电力排管、通信排管、综合管线进行改造。由于该项目涉及改造区域范围广，将对该项目进行分阶段、分片区实施。
2 施工总体工艺
非开挖短管钢套筒置换工法主要施工工艺流程见图1。
图1非开挖短管钢套筒置换施工流程图
管道清淤、检测
管道清淤检测施工流程如下：
图2 管道清淤流程图
(1)使用高压清洗车进行管道疏通,将高压清洗车高压枪头伸入管口进行冲洗，利用高压喷头的反作用力带动高压水管顺着原管道前行，冲洗完成后，在原管
道下游检查井内的淤泥进行抽污。吸污车将两检查井内淤泥抽吸干净,检查井内剩余少量的淤泥用高压水枪冲击搅拌井底淤泥，清洗完成后，将检查井内污水抽进吸污车统一拉至污水处理场。
图3 高压水枪冲洗现场图                  
图4 吸污车抽淤现场图
(2)清淤完成后进行CCTV内窥检测，查看原管道变形、破损情况。根据本次管路内检测的情况，参照《城镇排水管道检测与评估技术规程》DB37/T 5107-2018、《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2008等文件，对CCTV检测的结果,进行分析和判读，根据表1的适用范围选择短管钢套筒置换施工。
图5CCTV检测示意图
安装液压千斤顶及配套设备

下井清理井室内泥土、碎块、杂物等。当井室内空间达到操作空间要求后，安装所需的液压千斤顶和液压泵站。将液压千斤顶缸体部份放置管道内，顶推缸杆及垫板放置检查井口，并采用方木或工字钢支架作为短管钢套筒置换后背支撑向检查井墙壁传递应力。垫板与检查井后背采用方木支撑。将地面上放置的液压泵站与液压千斤顶连接上。
图6 牵引端安装示意图
：
（1）利用原管道底座混凝土基础锚固竖向钢轨，通常厚度为200mm-300mm。
（2）利用原管道支撑力，管道通常和检查井壁的弧形持平，没有突出部分，油缸一体垫板后需要钢轨支撑。
（3）利用检查井墙壁支撑力，墙壁为钢筋混凝土结构，后背一般采用方木支撑。当后背结构基础或土层较差时采用型钢支撑。

（1）千斤顶垫板两侧安装要求水平、等高、对称、纵向坡度与管道设计坡度（平坡）一致，并与背墙紧贴。为放置油缸发生横向偏移，油缸缸体采用方木或钢轨形成“井”字形进行固定（-8）。
（2）液压千斤顶方木或钢轨支架是必不可少的辅助设施起着顶推和牵引的作用，并保持两个液压千斤顶与短管钢套筒顶推和牵引作用力在同一轴上。
（3）液压千斤顶与液压泵站的连接，安装好后油管应顺直，避免转角，保证油路畅通，油管盘好用轧带或铁丝固定后，避免工人下井踩踏损坏。安装完毕后进行试运行。
穿杆
利用液压千斤顶配合垫板、方木或钢轨支架作为穿插中空拉杆的后背支撑，将作用力传递至检查井后背。拉杆采用丝扣连接，把每根50cm长的中空拉杆用液压千斤顶向下游井室推进。直至将中空拉杆顶推出下游井室。
安装扩孔头
拉杆安装完成后，使用葫芦将扩孔钻头竖向送入检查井内，在检查井内使用葫芦将其翻转成水平方向。用葫芦调整扩孔钻头空间位置，使其中空孔洞对准拉杆。顺拉杆方向进行顶推。
扩孔钻头视根据管材情况采用圆锥式或带梯形刀头的圆锥形式；当管材为普通PE管，波纹管采用带刀头的扩孔钻头，当原管道为混凝土管、钢筋混凝土管、钢带增强波纹管时，选用不带刀头的扩孔钻头。
图7 扩孔钻头寸尺规格图
插销安装
穿杆和扩孔头安装完成后，中空拉杆上插上销子。一端卡住扩孔钻头尾部，另一端卡在牵引前端。使牵引端千斤顶的作用力传递至扩孔钻头。
短管及顶板安装
插销安装完成后，将钢套管（每节50cm长）和顶板吊入工作坑中，把钢套管插入钻头尾部。完成短管安装后将顶板对齐安装在钢套管后方（见图8）。
图8钢套管图
破碎原管道和扩孔
顶推端液压千斤顶均匀缓慢调高压力，使千斤顶顶推扩孔钻头及顶板缓慢前行。此时扩孔钻头将原管道进行剪切或修复。采用梯形刀头时对原管道进行剪切，采用锥形扩孔头时对既有管道缩径变形处进行修复。
图9 破碎原状管和扩孔示意图
顶管作业
扩孔钻头顶进一段位移（间距足以安装钢套筒）后，缩回千斤顶油缸，取出顶板，利用卷扬机或葫芦将加工好的钢套管（每节50cm长）吊入在顶推端检查井，将钢套筒小头插入扩孔头尾部，并将3cm厚度顶板放置在钢套筒前。采用液压千斤顶将管节依次顶进原管道，直至顶到牵引端井口。
优先使用顶推端液压千斤顶设备，该型号液压千斤顶设备最大压力为60Mpa，当压力达到40Mpa时（换算推力约为62t），启用牵引端液压设备提供拉力，辅助顶推作业。
液压千斤顶压力与推力换算公式如下：
1Mpa=10kg/cm2=；
短管置换用液压千斤顶活塞杆直径为140mm，；
即，。
图10 短管钢套筒插入扩孔头示意图

（1）碎(裂)管法施工前后，应检测管节及接口有无划痕、刻槽、破损等，管道壁厚损失不得大于 10%，接口不得破碎。
检验方法:施工前观察管节及接口，施工后对牵拉端取样检测。
检查数量:全数检查
（2）管道内衬管内壁表面应光洁、平整，无局部划伤、裂纹、磨损、孔洞、变形、错台等影响管道结构、使用功能的损伤和缺陷。
检验方法:观察或CCTV 检测;检查施工记录、CCTV检测记录等。
检查数量:全数检查
（3）新管道端口不得存在渗漏、土体松散现象。
检验方法:检查注浆记录及 CCTV 检测。
检查数量:全数检查。
拆除气囊
将管道封堵拆除，保持水流畅通。管道封堵拆除顺序为先拆下游管道，再拆上游管道，必要时需先向封堵范围内注水后再进行拆封。
3、解决的问题和达到的效果
主要工序用时分析
非开挖短管钢套筒置换施工工艺作为一种先进的施工工艺，与沟槽开挖工艺相比，有着显著的经济效益，非开挖短管钢套筒置换施工特点是环保式作业、施工效率高、安全有保障，减少其他辅助设施、加快工程进度和减少施工工期。
以本项目为例，一个标准段（30m）短管置换与开挖修复工期及费用对比如下：

表1 各工艺耗时统计表
工艺
工作时间(h)
总共用时
备注
管道清淤及检测
1
10
一个队伍平均3天完成2段
气囊封堵

安装液压千斤顶及配套设备

穿导向杆和安装扩孔头

短管、顶板、插销安装

顶管作业

检测验收及拆除气囊

以30米为一个标准段，非开挖短管钢套筒置换完成约10个小时，。沟槽开挖修复30m施工周期约为7天。总计节约时间为：7-=。