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)鈱崿F(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)氮氣置換后停運。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)，工程全長約1.8 km。若按以往采用新管位全部雙排管開挖溝槽的常規(guī)做法，不但工程量大、工期長，對附近居民出行交通也會造成極大的影響。

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)是頗受好評的燃?xì)夤艿朗┕し椒?。針對滬青平公路的實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題，將管道改造工程對其它管線的影響減到最低。該項目(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信息管用來實時檢測是否存在燃?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，延長了管道的使用壽命。

1.2 工程特點

(1)本工程施工條件特殊，舊管道服役年限已久，自然沉降所帶來的弧度問題給穿越工作增加了阻礙。雙管穿越的另一大難點在于無法控制雙管位置，穿越時易發(fā)生滑動、傾覆等問題。為有效固定雙管位置，提高施工效率，我們針對性研發(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，保證施工時兩根管子能順利地回拖。在實際運用中，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，同時保證橡皮的寬度大于保護(hù)夾的寬度，防止鋼管在穿管過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

(2)考慮到長距離雙管穿越的管道投運后存在泄漏點檢測難的問題，我們在管道兩側(cè)同步設(shè)置兩根DN50信息管道用來實時監(jiān)測是否有燃?xì)庑孤?，如有泄漏則運行監(jiān)測平臺可立即接到報警，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)及地下管線探測技術(shù)為一體的綜合性施工工藝，插管改造示意圖見圖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姸群驮试S的最小曲率半徑，管材的口徑、長度和自重，彎管處的受力分布，穿管時產(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管線位置走向的探測，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，同時完成燃?xì)夤艿缽澒?、集水器等零件的定位，開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挖中間作業(yè)過渡坑。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┻^舊管道時雜物落入管道。

根據(jù)施工現(xiàn)場的交通和場地的影響，確定每段新管道材的長度并進(jìn)行焊接和強度試驗，在回拖兩端開挖入、出土坑實施穿管作業(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)定性和運行的安全性。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 主要工藝步驟

根據(jù)工程施工需求及特點和穿越條件，本工藝分為如下步驟：

(1)首先挖一個 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，注入氮氣，吹掃清潔原管道。

(3)采用管道爬行器CCTV觀察管內(nèi)情況，并對舊管道進(jìn)行清洗，同時做好穿管前準(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。這時的PE管應(yīng)根據(jù)管道的扭曲度來決定PE管熱熔管長度。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接，對接焊接后進(jìn)行拍片、防腐。然后借用外力推入DN1200管內(nèi)。

圖4 PE管與鋼管推入時示意

(6)重復(fù)以上步驟。

3.2 施工流程圖

整個工程施工流程圖如圖5所示，在施工過程中采用一體化施工方法，即施工準(zhǔn)備→工作坑開挖→舊管道處理→管道清洗→穿越管回拖牽引→管內(nèi)注漿→管道試驗多項工藝連貫成一體，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

3.3.1 原管道處理

首先對原管道進(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、彎管、三通等割除，割除長度以使兩根穿越管(下文中簡稱為“芯管”)能順利通過此割除點為宜。

利用管道爬行器(CCTV)對管線內(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，開挖后進(jìn)行處理。

方法二：在利用定向鉆機(jī)作為動力設(shè)備時，在鉆桿端部安裝專用清管器，利用鉆桿旋轉(zhuǎn)對舊管道進(jìn)行清管。清洗過程中應(yīng)密切注意鉆桿的晃動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，采用專用滾輪支架以防止芯管劃傷。尤其在芯管回拖時，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)計要求進(jìn)行強度試驗。在芯管的一端設(shè)置拖管頭后與定向鉆機(jī)或其它動力設(shè)備連接牢固。

將拉管頭插入導(dǎo)滑口內(nèi)，通過動力設(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，對牽引力的大小進(jìn)行控制。

在牽引新管道時，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。一根用來檢測管內(nèi)的注漿量，另一根用來向管內(nèi)注漿。

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

將各種配漿材料按照設(shè)計要求的配比進(jìn)行配制，嚴(yán)格控制配比。注漿時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，即可停止注漿。

3.3.6 驗收

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)計要求對內(nèi)插芯管進(jìn)行強度試驗和嚴(yán)密性試驗。

3.3.7 犧牲陽極和閥門的安裝

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

圖6 閥門安裝點示意

4 施工中遇到的問題與解決方法

為了保證鋼管在工作坑內(nèi)順利焊接，對工作坑長度進(jìn)行加長，穿管工作坑尺寸為長20 m×寬3 m，接收工作坑尺寸為長6 m×寬3 m，工作坑打密板樁，同時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

實際施工時經(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。為解決這個問題，現(xiàn)場施工組將工作坑內(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法施工時，需要及時進(jìn)行物探，查明有無彎頭和閥門等零件。如果有零件，需要在該處開挖工作坑，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。對于此類情況，經(jīng)現(xiàn)場的實踐，縮短該段穿管上安裝的“保護(hù)夾”周圍四個支撐的長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)時埋設(shè)時有一定坡度，因此實際施工作業(yè)中尤其在灌漿時經(jīng)常會發(fā)生因為坡度原因?qū)е鹿酀{灌不進(jìn)去。此時可以采用增加工作坑，減少灌漿長度的方法。

5 結(jié)語

大口徑人工煤燃?xì)夤軆?nèi)雙排管穿越技術(shù)，不僅是對舊管道的合理利用，同時對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)工藝所需的路面開挖的工程量，既大幅縮減了修路的費用和原材料的消耗，縮短了施工周期，同時也大大降低了對其它地下管線交通、綠化等公共設(shè)施的影響。尤其對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，以有效延長管線的使用壽命，滿足管線的運行性能，可在今后類似的燃?xì)夤艿朗┕ぶ羞M(jìn)行廣泛推廣。