市政公用工程,主讲人：张永丽教授,四川大学,第2章 市政公用工程技术,污水处理厂沉淀池,地下排水管道施工,顶管施工,生态园林示范工程,准好氧填埋场,2.2城市地下管道修复技术与工程实例,2.2.1管道修复技术发展,修复原因 管道老化，不能满足实际需要 管道腐蚀，结构损坏或老化 开槽敷设新管道影响交通且投资高,发展历程管道修复技术是非开挖技术的组成部分，在20世纪70年代末,发达国家已开始研究开发，目前已经发展为专门的行业；我国近年来城市地下管道不开槽修复技术发展十分迅速。,2.2城市地下管道修复技术与工程实例,管道修复技术发展现状,管道局部修补技术,适用于：管道的结构完好，仅有局部性缺陷（裂隙或接头损坏） 施工方法：密封法、补丁法、铰接管法、局部软衬法、灌浆法、机器人法,全断面修复技术,适用于：燃气、供水、供热等管道修复工程中得到推广应用 施工方法：内衬（插管）法、喷涂法、缠绕法。,局部修补是在基本完好的管道上纠正缺陷和降低管道的渗漏量等。,全断面修复是在管道上增加内衬层。,密封法：在管道、阀门、法兰等部件的泄漏处周围,利用专用装置向泄漏部位周围注射一种特殊的阻止泄漏的密封剂料,在外部提供一个新的密封圈,代替损坏了的密封圈,以阻止工质的泄漏。,喷涂法：施工时，高速回转的喷头在绞车的牵引下，一边后退一边将水泥浆或环氧树脂均匀的喷涂在旧管内壁上，喷头的后退速度决定喷涂层的厚度。,缠绕法：借助螺旋缠绕机，将PVC或PE等塑料制成的、带连锁边的加筋条带缠绕在旧管内壁上形成一条连续的管状内衬层。,内衬法：施工时将一直径较小的新管插入或拉入旧管内，新管和旧管之间的环空间通常无需灌浆固结。,补丁法：使用钢套环、套环或软衬管来修复管道的小孔或裂隙，多用于污水管道的局部修复。,铰接管法：铰接管由数块铰接而成，管片为包含在聚乙烯泡沫塑料中的不锈钢片（管径150600mm）或PVC片（管径大于600mm），利用膨胀器使铰接管就位。,局部软衬法：利用毡筒气囊局部成型技术，将涂灌树脂的毡筒用气囊使之紧贴母管，然后用紫外线等方法加热固化。,灌浆法：在管道外侧形成隔水帷幕，或在裂缝或接口部位直接注浆来阻止管道渗漏的做法。,机器人法：先通过闭路电视摄像，找出管道结构破损部位，形成新鲜的表面，最后向其中充填环氧树脂。,非开挖管线修复的优点,对环境、交通、商业区、拥挤的生活区干扰小 利用原有管线的轨迹，无需控制施工方向 可加大原有管道的过流能力 施工效率高，安全性好 不需排屑，减少了对路面的损坏,非开挖管线修复的基本流程,尽管各种非开挖修复方法的工艺有所差异，但总体流程基本如下：,适用于：管道原位全断面修复，非开挖技术 关键点：任何管网系统中管节的接头数目都应尽量减少,2.2.2静压裂管法工艺,静压裂管法是管道原位全断面修复技术中的一项新工艺。 基本方式：以待更新的旧管道为导向，在将其破碎的同时，将新管节拉入或顶入旧管道内，实施管道更新。,2.2.2静压裂管法工艺,2.2.3实例工程简介,某燃气集团公司在静安里中压线天然气管网改造工程中使用裂管施工工艺，取得了成功的施工实践。 工程起点为既有DN200中压A天然气闸井，终点为静安里中低压调压站，沿途没有用户支线。待修复管道为DN200的无缝钢管，新管材为SDR11的直径200PE管，管段长477m；采用800G型裂管设备，共设工作井8座，工期26天。,工程概况,施工现场调查,(1)工程地质情况调查施工前，委托专业单位对工程范围的岩土工程地质情况进行勘探，确定各岩土层厚 度、取样深度、含水量、颗粒度、承载力标准值等数据，给出穿越地形和地质钻探剖 面图。 (2)管道情况调查考虑到在破碎旧管道的同时适当扩径，挤压和振动会引发相邻管线的损坏，以及分支管的连接点处需进行开挖施工等情况，在施工前对施工现场沿线进行勘察、物探。调查主要内容：待修复管道的埋深、拐点、三通、阀门、凝水缸及其他管道附件的位置；附近埋地管道的位置、材质、规格、输送介质；其他地上（下）主要构筑物等。,2.2.3实例工程简介施工组织与设计,对存在三通、阀门等附件的管线连接处必须暴露开挖；管道走向变化处（10）必须暴露开挖；根据设备能力及施工条件确定一次施工长度；工作井的位置不应影响交通。,考虑因素,工作井设置,共设置9个工作井：6、7、8号为设备井；1、3、4、5为进管井；1-1、2为复合井，划分为8个施工段。,工作井断面确定,L=H（4RH）0.5DN 式中 L工作井长度（m）H敷设（管中距地面）深度（m）R聚乙烯管许用弯曲半径（m）R25DNDN公程直径（m）,2.2.3实例工程简介施工组织与设计,静安里中压线天然气管网改造工程施工示意图,2.2.3实例工程简介施工组织与设计,管道内部污垢较多时，需先进行清洗。沉积物较疏松时选用机械清洗，沉积物较多且结垢坚硬时选用高压水清洗，沉积物为粘稠油状物时选用化学清洗剂清洗。 该工程管道沉积物较少，只局部采用高压水进行清洗。,旧管道清洗,裂管设备安装,800G型裂管设备吊放在设备井内，以旧管道中心和所在井壁面为基准，安放平整，液压动力设备放置在设备井外，设备支撑稳固。,设置切割刀具角度,割刀角度设置以不破坏管道与管道上的回填土之间的平衡力为原则，角度已设置在“5点”或“7点”位置。,割刀轮位置,2.2.4施工注意事项,裂管设备操作要点,2.2.4施工注意事项,回拉管注意事项与解决措施,可先将裂管头取下，只用割刀将旧管道从头到尾割裂，在工作井和进管工作井内围绕旧管的管头各垒土坝，坝的上沿高过旧管道的管顶高度，向旧管道内注水至旧管道管顶淹没为止。 蓄水后保持一天； 最后将旧管道内的蓄水抽走，再继续回拉管。,在被卡住的地点开挖，将重压物移除，再继续回拉管。,2.2.5工程结果与建议,采用原位裂管法将DN200的无缝钢管置换为DN200的聚乙烯新管道， 全长477m在28d预定工期内施工完毕。 除工作井占用道路设置围挡外，其余部位保持路面交通，影响较小。,工程结果,改进建议,国内设备配套性差，政府应引导企业消化引进技术设备； 国内尚无管道修复前后检测评价技术和评价标准，应着手编制； 国内尚无行业标准，地方可先行编制地方标准。,2.8玻璃夹砂管排水管道长距离顶进施工技术,玻璃钢管道断面结构示意图,玻璃钢夹砂管简介,性质：玻璃纤维增强塑料夹砂管是一种新型柔性非金属（树脂、纤维、砂等）复合材料管,2.8玻璃夹砂管排水管道长距离顶进施工技术,中继站法,中继间的作用就是传递顶力。实际中，不管什么样的管材都有一个承受顶力的极限。超过管材所承受的顶力，管材就损坏了。为了避免管材顶坏，用中继间一段一段的推进，从而达到长距离顶管的目的。 将需顶进的管线全长分成若干段，在相邻两段之间设置一个与所顶进管相同管径的工作管，其中布置顶进设备，此工作管节称中继间。中继间以前的管段用中继间的顶进设备顶进。,中继站工作原理,为了保证长距离顶管工作的顺利进行，需采用一些辅助方法进行施工。,2.8玻璃夹砂管排水管道长距离顶进施工技术,泥浆套法,在顶管过程中，以高压泵向管外壁与土层之间注入触变泥浆，以减小阻力的措施。触变泥浆是用粘性土、水、化学处理剂等按一定配合比搅拌而成，当静置时它处于“凝胶”状态。泥浆套法具有施工偏差小,且易纠正,附近地表几乎无沉陷的特点。,大直径管道人工控制注浆法,2.8.2实例工程简介,该工程是G市污水处理厂外收集污水系统的关键工程， 全长约5km，沿线为城市道路、农田、万亩果树保护区、河涌， 管道采用DN2200玻璃夹砂管（水力条件相当于DN2600钢筋混凝土管）、DN2500玻璃夹砂管（水力条件相当于DN3000钢筋混凝士管）顶管施工， 现况地面标高6.5-5.6m，设计路面标高约8.0m。,工程简介南洲路污水主干管道工程,工程勘察报告,工程区域地质情况从上到下分别为：人工填土、淤泥、淤泥质粉细砂、粉质黏土、细砂、黏土、基岩。淤泥、淤泥质粉细砂层含水量高、孔隙比大、承载力低、厚度大，属典型的软弱土层，其中淤泥质粉细砂属轻微中等液化。设计管道主要从淤泥质粉细砂、粉质黏土层中穿越。施工场区低平、开阔，属珠江三角洲冲积平原，是地下水和地表水的排泄区，地下水丰富。此外，人工填土层还含有限的上层滞水。,2.8.3施工方案优化,根据各项基础资料的分析，结合道路和污水管线沿途情况，经过技术经济比较论证：工程全线采用玻璃夹纱管，机械顶管施工方案。其理由见P90。,2.8.3施工方案优化,根据设计，管道平面位置200250m设一座顶进工作井或接受工作井。顶管机在工作井内向两侧接收井顶管，并采用多台顶管机同时作业。 采用泥水平衡顶管机有利于快速穿越淤泥质、淤泥粉质细砂层，同时可满足长距离顶管要求。取最大顶力的75(9000KN)为设计顶力。 目前玻璃纤维夹砂管行业标准中, 无顶管品种, 且在环初始挠度的径向变形率数据中, 仅规定了10kPa以下管刚度等级，为满足远期规划南洲路车辆、填土等荷载作用下的变形要求,要求管道刚度等级不得小于15000 Nm2 。 顶管最大顶力计算：顶管阻力包括顶管迎面阻力和管道摩阻力，根据GB50268中第6.3.4公式计算顶进阻力，kN 玻璃钢管外径，mL 管道设计顶进长度，m 平均摩阻力，kN管道迎面阻力，kN 根据经验，顶进距离为250m时，最大顶力为8700kN 9000kN，满足要求。,2.8玻璃夹砂管排水管道长距离顶进施工技术,2.8.4施工关键技术,试验段施工,沉井施工,进、出井施工,2.8.5工程结果,大管径玻璃夹砂管顶管施工创造了一次顶进最长（236m）、顶进速度最快 （69md）顶管工程最长（约5km）的当时的国内记录，为玻璃夹砂管的顶管施工提供的宝贵经验。工程竣工后管线运行良好，并获得广州市年度优秀勘察设计一等奖和优质工程奖励。,2.9大直径钢管输水管道顶进施工技术,2.9.1钢管顶管施工技术发展,随着城市建设的进一步发展，顶管法施工在市政工程中的应用越来越多，目前在修建地下水道和管道穿越铁路、公路、河流等地下工程时广泛采用，由于综合成本低、施工周期短、环境影响小、对地面构筑物影响很小及不影响交通等优势，近年来，已成为来发展非常快速的市政工程施工方法。,顶管施工发展：,适用管材更广：,尽管顶管技术显示出很多优势，但在施工过程中也存在以下问题：顶管技术在我国的存在的主要问题：机械设备技术比较落后 ，地区 差异明显，水平参差不齐，缺乏规范化，人才不足，尚待进一步宣传推 广。就目前而言，对顶管机械设备我国主要依赖于进口，虽然国内也有 生产企业，但技术仍落后于国际先进水平，掘进机型号种类不足，难以 以适应工程需要，我国尚无适于中强度岩层以上的岩盘掘进机，适应土 质范围不宽，且耐用性、机械化 、自动化水平不够。 从地域上说，顶管技术的发展与我国地域经济水平相适应，我国东部 的顶管技术发展水平远远高于中西部地区，仅广东、上海、浙江、江苏 和山东五省市就占到了非开挖铺管工作量的 75%。欠发达地区与发达地 区差距非常显著。顶管施工技术在城市之间的发展不平衡，在上 海，北 京、广州等大城市技术水平比较高，应用比较普遍，但在中小城市应用 较少，在中西部地区的城市应用更少。,顶管技术存在问题,2.9大直径钢管输水管道顶进施工技术,2.9.2实例工程简介见课本P93顶管掘进机是城市地下管道、通江隧道、地铁隧道和穿山隧道挖掘及管道铺设的大型专用设备，是通道挖掘必备设备，需进行合理选择。,2.9大直径钢管输水管道顶进施工技术,中继间处理,密封结构：采用双道径向可调的橡胶密封，另增加两道鹰嘴形橡胶止水圈。 伸缩时密封装置：采用双道径向可调的橡胶密封。 临时防水措施：采用鹰嘴形橡胶止水圈。 密封配合面：应经过立车的精加工，并经过抛光处理，涂抹润滑脂。,2.9大直径钢管输水管道顶进施工技术,中继间处理步骤,