靜壓裂管法非開挖施工原理及其應用

黃 勇，紀 斌，蔣博林

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，江蘇杭州 311122; 2.重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074;3.重慶工程職業技術學院，重慶 402260)

1 概述

在城市管網的管道施工與運營維護中，大量管道由于陳舊或破損等原因需要進行更換。對此，原有對傳統的管線替換方法是開挖地面取出舊管埋入新管，再進行回填，這種方式的劣勢是顯而易見的。因此，出于施工過程中對城市交通及環境影響等問題的避免，非開挖鋪設和更換管道技術以其獨特的優越性，日益廣泛地被人們認識和接受。

非開挖的施工技術具有不影響交通、不破壞環境、施工周期短、綜合施工成本相對較低、經濟效益及社會效益顯著等優點。裂管法作為非開挖更換管道修復技術中的一種，是管線替換的一種新技術。

目前非開挖技術相關研究的文獻已有不少，而針對裂管法相關的研究和技術文獻發表相對較少。

針對裂管法施工原理的介紹，較早見于美國十方國際公司中國分公司的張斌1999年在《巖土鉆鑿工程》上的發表；其在文中介紹了一種置換舊管的新方法——裂管法，簡要介紹了該法所配各的設備、施工原理、工藝流程以及應用實例[1]。

2003年董久樟、王欣等[2]發表了裂管法更換舊管道的國內首次應用，介紹了裂管法替換舊管道的施工工藝，詳細介紹了其施工設備、施工過程及工程中遇到的問題，并對PE管的劃痕問題及其相關實驗進行了闡述。

2003年席德粹等[3]在研究項目《天然氣轉換工程燃氣管網非開挖更新改造技術研究》中根據上海市的具體情況，選用了三種非開挖管道更新改造技術進行研究：燃氣管道非開挖翻轉內襯技術研究、聚乙稀燃氣管道非開挖穿管技術研究和聚乙稀燃氣管道非開挖擠壓穿管技術研究。分別完成了口徑DN300,長度為1～2 km的舊煤氣管道改造為天然氣管道的試點工程，制訂了相應的技術規程(試行)，并對其它非開挖管道更新技術的適用性進行了研究。

2006年靳學峰等[4]介紹了脹管法在管線更換方面的應用，介紹了脹管法是一種采用液壓脹管機等專用非開挖設備脹破舊管線同時完成等徑或增大直徑的新管線安裝的管線更換方法。

2008年陶偉元、蔡燕飛、顧衛東等[5]發明了非開挖大口徑給水壓力管道修復施工方法。該方法包括舊管清垢、內襯管鋪設、管道連接、檢視及壓力試驗等工序，其特點在于：所述的內襯管鋪設是將口徑比原母管口徑略小的玻璃鋼夾砂管和鋼管穿入原母管內，在無分支的管道段使用玻璃鋼夾砂管，在需要連接分支的管道段使用鋼管，各段內襯管之間設置一個具有密封和連接功能的接頭。

2010年丁小峰[6]發表了大直徑污水管道更換工程中的非開挖液壓脹管施工技術，介紹了上海虹橋樞紐工程中采用液壓脹管技術，成功地更換了大管徑排水管道，并且取得了較好效果的案例。

2011年張園媛[7]介紹了裂管施工技術在燃氣管線改造過程中的應用。2012年趙巨堯[8]針對廣州城鎮排水管道非開挖修復適用技術進行了研究，得到了一些有益的結論。

2015年王友印、李冠群、景發岐等[9]發明了一種用于非開挖穿越和城市老舊管網改造用管道防護技術，其特征在于：將防護管套裝在用于非開挖穿越和城市老舊管網改造的塑料主管外側，所述防護管為能夠抵抗低應力條件下引起的慢速裂紋擴展的塑料管；所述防護管的厚度為3～7 mm。

2 工程應用背景

重慶空港新城F片區基礎設施項目(一期)投融建設工程管網改造工程，是國內外關注度極高的重點工程。項目共計25條道路，總計25.4 km，包括金蘭路、祥和路、順義路、桂馥一支路、城馨路、福暢路、舟濟路、Z11B路、睦鄰路、同盛路、桂馥西路、桂馥東路、民興路、Z23路、百果路、春華大道、福暢路(接春華大道)、桂馥大道、蘭桂大道、蘭馨大道、盛景路、騰芳大道、同茂大道，主要建設內容包含排水管網改造。

鑒于明挖法涉及大量樹木需遷移、毗鄰管線需采取保護措施、大量人行道及檢查井需拆除，且社會影響輿論壓力較大，施工難度大，費用高，為了保證施工順利進行，決定采用靜壓裂管法進行施工。

本次項目實施范圍蘭馨大道區段位于重慶市渝北區空港新城，項目采用靜壓裂管法施工的排污管道位于道路左側人行道上。原設計為明挖施工方案置換DN400混泥土排水舊管，因人行道上有大量的行道樹，及現場其他市政管線離排水管太近，明挖施工難度較大費用較高。故將明挖方案改為靜壓裂管置換施工方案。將DN400混凝土排水管置換成D400PE管，施工長度500 m。施工范圍：WLX20-WLX39、WLX44-WLX51。

根據現場CCTV檢測視頻資料發現該段管道存在破裂、變形、塌陷、錯口、滲漏、電纜穿入、管道上開、淤堵(建渣、磚塊、垮塌泥土)等多種缺陷共計22段。

3 靜壓裂管法工藝原理

裂管法施工主要施工原理是在上游檢查井(接收井)內安裝液壓油頂，作為施工動力源，在下游檢查井(插入井)進行新管道節段拼裝頂進。為便于在檢查井里操作，新管道節段單節長度0.54 m，節段與節段之間采用子母扣承插的方式連接。

施工時首先將頂(拉)桿利用液壓油頂沿舊管道頂入下游檢查井，頂(拉)桿頂進時桿頭加工成圓球加尖錐形，圓球直徑較頂桿直徑略大，便于定向以及刺穿前方阻礙頂桿前進的舊管道，詳見圖1。

圖1 裂管法施工原理示意(頂桿頂進過程)

頂(拉)桿到達下游檢查井過后將擠擴頭、新管道節段依次穿在頂(拉)桿尾端相應位置，三者整體由上游接收井內的油頂施加拉力向前拉進，下游插入井同時安裝液壓油頂向前逐段頂進新管道，見圖2。舊管道主要起到兩個作用：

(1)在頂(拉)桿頂進過程中起定向作用，保證頂(拉)桿能夠順利到達下游井位；

(2)包裹新管道，起管道“基礎”作用。

在頂(拉)桿回拉過程中，擠擴頭處于最前端，起到劃開舊管道，“開路”的作用，在擠擴頭的尾端連接PE管道，擠擴頭的直徑要比舊管道的內徑大一些，并且要比新管道的外徑要稍微大些，以便減少新管道進入的摩擦力，并且為頂進新管道留下一定的余地。

本項目中舊管道內徑為400 mm，采用擠擴頭外徑440 mm，新管道PE管外徑400 mm。同時，在擠擴頭的尾端緊密連接新管道節段，新管道節段緊隨擠擴頭頂入。在頂(拉)桿的拖拉作用下擠擴頭、新管道依次從插入井進入舊管線并逐步向前推進，最終將整條管道更換。

圖2 裂管法施工原理示意(拉桿拉拽過程)

4 結論

以重慶空港新城F片區基礎設施項目(一期)投融建設工程管網改造工程為工程背景，介紹了靜壓裂管法在該項目的設計應用。通過系統總結靜壓裂管法中頂桿頂進過程和拉桿拉拽過程的詳細工序，并介紹該工法在背景工程中的應用效果，創新性的提出了非開挖技術中的靜壓裂管工法。工法的提出對同類工程的實施具有明確的借鑒作用。