非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》是上海煤氣第一管線工程有限公司完成的建築類施工工法，完成人是顧軍、王敏敏、張煦、鈡紅光、許文浩。該工法適用於城鎮燃氣舊管道的更新和改造。

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》主要的工法特點是：能將施工對道路的破壞程度降低到最小，減輕對周圍道路交通的影響，基本保證道路的通暢能力，省去了由於大量開挖道路所花費的時間和費用，縮短了施工周期，節約了施工成本，特別適合在繁華的鬧市中心進行管道改造更新。

2008年1月31日，《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工
• 工法編號：YJGF309-2006
• 完成單位：上海煤氣第一管線工程有限公司
• 主要完成人：顧軍、王敏敏、張煦、鈡紅光、許文浩
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：2005-2006年度國家二級工法

形成原因

隨著“西氣東輸”等工程的建設，上海正經歷著人工煤氣向天然氣轉換的過程。由於天然氣和人工煤氣具有不同的物理化學特性，如不對原有管網進行改造，將不可避免地產生管道接口漏氣等問題，因此，必須對地下燃氣舊管線進行更新改造。地下燃氣管道更新改造施工中，有開挖施工與非開挖施工方法。傳統的開挖施工需要開挖路面，同時造成塵土飛揚、環境污染，特別是在繁華路段，由於車流量較大，開挖路面會嚴重影響交通。所以只要條件和環境許可，就應儘量採用非開挖施工方法。而在燃氣管道改造更新的方法中，採用燃氣PE管內插入原來舊管道內的施工技術是近年新興的燃氣管道非開挖改造技術。PE管內插敷設是國際上套用最早的燃氣管道非開挖內襯法修復技術之一。將PE管插入舊管道後，形成一種新的管道結構，使PE管的防腐性能和原管線的機械性能合而為一，從而提高了管道的整體性能，使管道壽命可以延長几十年，且改造後管道運行壓力提高。同時，由於城市地區地下管線錯綜複雜，如蛛網密布，在舊管道內實施管道改造，利用了舊管道的材料和占用空間，將管道改造工程對其他管線的影響減到最小，又節約了地下管道的敷設空間，對節約原材料、合理利用城市地下空間起到了推動作用。

該項穿管技術具有操作簡便、實用性強、環保節能等特點，且一次穿插長度可達100~300米，減少了路面開挖工程，工程造價低於開挖排管，從綜合經濟效益和社會效益考慮，《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》是舊燃氣管網改造、維修的選擇，具有套用前景。

工法特點

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》的工法特點是：

一、在舊燃氣管道改造更新施工中，該工法強調採用定向鑽機等動力設備，在不開挖路面的情況下實現舊燃氣管道的改造。

二、在非開挖管道更新施工中，如採用定向鑽機可在PE管牽引過程中對回拖力進行監視和控制，確保回拖力在PE芯管允許的強度範圍內。

三、該工法要求在完成穿管後，對內外管道間隙的注漿施工工藝，確保內插PE芯性管的穩定性、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。

四、採用新型的專用燃氣管PE材料敷設在原有管道內，不但具有優越的防腐性能和優良彎曲性能，而且通過外層舊管道的保護，具有抗擊多重破壞應力的影響，能保證燃氣管道安全運行，同時能使燃氣管道的運行壓力和輸送能力都得到有效提高。

五、採用該工法進行施工，能有效減低施工現場的噪聲、揚塵和污水的排放，與傳統管道改造技術相比，減輕了對施工周圍環境的影響。

六、該工法能將施工對道路的破壞程度降低到最小，減輕對周圍道路交通的影響，基本保證道路的通暢能力，省去了由於大量開挖道路所花費的時間和費用，縮短了施工周期，節約了施工成本，特別適合在繁華的鬧市中心進行管道改造更新。

操作原理

適用範圍

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》適用於城鎮燃氣舊管道的更新和改造。

工藝原理

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》的工藝原理敘述如下：

從下圖1和下圖2的施工原理圖中可知，燃氣PE管的內插入工法是基於不破壞地面結構的非開挖穿管技術、燃氣管道輸配技術、聚乙烯燃氣管的施工技術、PE材料的套用技術及地下管線探測技術為一體的綜合性施工工藝。

通過對燃氣PE管材料的屈服強度和允許的最小曲率半徑，管材的口徑、長度和自重，彎管處的受力分布，穿管時產生的摩擦阻力等物理參數，結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，進行綜合分析比較，確定所採用的定向鑽機的規格型號，同時完成燃氣管道彎管、集水器等零件的定位，開挖並取出彎管集水器等配件，根據PE管允許的曲率半徑開挖中間作業過渡坑。清除舊管道內的雜物，舊管口界面的處理，在完成焊接後的PE管道上使用保護環/套，以防燃氣PE管在穿過舊管道時與舊管壁產生摩擦而損傷。根據施工現場的交通和場地的影響，確定每段PE管材的長度並進行焊接和強度試驗，在回拖兩端開挖入出土坑實施穿管作業，完成拖管後在兩層管壁間灌注漿液以固定內管，提高管道的穩定性和運行的安全性。

注圖2：1一舊管；2一蓋板；3一漿液；4—PE管；5一PE保護環；6一柔性封堵；7一黃沙。

施工工藝

• 工藝流程

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》的施工工藝流程如下：

施工準備→工作坑開挖→舊管道處理→管道清洗→PE芯管回拖牽引→管內注漿→管道試驗。具體的施工流程詳見下圖。

舊管內插PE管改造施工流程圖

操作要點

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》的操作要點如下：

一、工作坑開挖：

根據PE管的允許彎曲半徑和舊管道埋設深度，計算設定穿管工作坑和中間過渡工作坑的長度，確保穿管操作在大於PE管的允許彎曲半徑條件下進行，避免芯管過度彎曲工作坑計算長度見下表。

二、舊管道處理：

1、切斷氣源，排除舊管內燃氣並進行吹掃，取樣合格。

2、根據舊管道附屬設備和零件情況，將舊管道上的集水器、閥門、彎管、三通等割除，割除長度以使PE芯管能順利通過該割除點為宜。

3、利用管道爬行器（CCTV）對管線內的雜質及零件進行檢查，並根據穿管要求進行清理。

三、舊管道清洗：

1、方法一：利用管道爬行器，在爬行器尾部帶入一根有長度標記的尼龍繩，尼龍繩從另一端穿出後將清管球固定在尼龍繩後端，將尼龍繩回拖，對舊管道內的固體雜物進行清掃。若爬行器遇堵不能前進，可確定堵塞位置，開挖後進行處理。

2、方法二：在利用定向鑽機作為動力設備時，在鑽桿端部安裝專用清管器，利用鑽桿旋轉對舊管道進行清管。清洗過程中應密切注意鑽桿的晃動情況和返出沖洗液中攜帶物的情況，判斷清洗情況。以沖洗液量的大小決定管內清洗後的沉渣是否能被水流衝出，清洗過程中轉速應儘量放慢，控制在每分鐘10轉左右。管道清洗二次，至管內無垃圾清出為止，最後一次清管採用皮碗式橡膠清管器進行。

3、舊管道清洗結束後，採用管道爬行器（CCTV）對內壁情況進行檢查，合格後進入下一工序。

四、芯管保護：

1、PE芯管安裝和回拖時，採用專用滾輪支架，防止PE芯管劃傷。

2、PE芯管回拖時，在芯管上隔一段距離設定保護環/套（間距見下表），防止芯管在回拖時與舊管內壁過度摩擦而損傷PE芯管。

保護環/套間距表

PE管口徑（毫米）	90	110	160	200	250	315	400	450
保護環/套間距（米）	0.8	0.8	1.0	1.7	1.9	3.5	3.9	4.2

3、在舊管的插入連線埠安裝內襯耐磨橡膠的漏斗形導滑口。在插入的PE管端部焊上拉管頭，並在拉管頭上安裝用於牽引的套環。

4、為確保PE芯管在回拖過程中不被舊管內壁劃傷，在各管段正式回拖前先進行一段3~4米的、與芯管同口徑的PE管的預穿越，預穿越後仔細檢查原金屬管對PE管外表面的損傷情況，若發現有嚴重的劃傷應重新對原管道內壁進行清理，用組合式原油管道清蠟器去清除那些突出的毛刺、焊渣等，直至預穿越合格。

5、芯管回拖後，對工作坑內的PE管採取兩側砌磚牆灌砂並加蓋水泥蓋板的措施進行保護。

五、芯管回拖：

1、把準備插入的PE管按設計要求進行強度試驗。在芯管的一端設定拖管頭後與定向鑽機或其他動力設備連線牢固。

2、將拉管頭插入導滑口內，通過動力設備的緩慢牽引將芯管插入舊管道中。根據定向鑽機上的拉力顯示，對牽引力的大小進行控制。拉力不能超出下表列出的數值。

PE管最大允許拖曳力數值表

口徑（毫米）	最大允許拖曳力（千克）	換算為（千克/平方厘米）	口徑（毫米）	最大允許拖曳力（千克）	換算為（千克/平方厘米）
315	13197	96	160	3440	98.9
250	8312	96	110	1609	97.6
200	5320	98	90	1077	97.6

3、在牽引PE管時，溝上PE管段應間隔放置專用滾輪支架，其他機械設備也可輔助推插PE管。

六、管內注漿：

1、注漿工作坑幾何尺寸按管道的埋設深度和口徑大小確定。管口兩端密封採用充氣密封，即在內管上緊固一隻擋板及擋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30厘米處，進行充氣膨脹密封。每個注漿段的鑄鐵管管口位於頂部放置一根50的注漿鋼管，兩端各設一根。一根用來檢測管內的注漿量，另一根用來向管內注漿。

2、注漿漿液主要為混合水泥漿液，漿液初凝時間為4~5小時，要求流動性好，並且保證總壓漿時間短於初凝時間。

3、將各種配漿材料按照設計要求的配比進行配製，嚴格控制配比。注漿時將注漿泵的注漿壓力控制在0.4兆帕以內。當管內漿液溢出管頂內插的鋼管時，即可停止注漿。

七、驗收：

1、各施工段施工後，進行管段間電熔焊接。並在插入管與原管道的連線埠採用“O”形橡膠圈、塑膠密封套或其他柔性填縫材料密封。

2、按照設計要求對內插芯管進行強度試驗和嚴密性試驗。

八、勞動力組織

根據《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》要求，勞動力配置見下表。

勞動力組織情況表

序號	崗位	人數	備註
1	項目經理	1	/
2	PE管焊工	2	/
3	定向鑽機操作員	2	/
4	管工	5	/
5	泥漿工	2	/
6	輔工	10	/
7	注漿人員	8	/
8	質量安全人員	2	/
9	合計	32人	/

材料設備

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》所用的材料及設備明細如下：

一、芯管材料：聚乙烯燃氣專用管（PE管）。

二、注漿材料：注漿液為混合漿液，漿體材料為425號普通矽酸鹽水泥、膨潤土、老粉、P·H·P、CMC添加劑。漿液的pH值為8~9之間。

三、採用的機具設備詳見下表。

機具設備表

序號	設備名稱	規格	單位	數量	備註
1	定向鑽機	/	台	1	/
2	地下管線探測儀	SUBSITE-950	套	1	/
3	汽車吊	8噸	輛	1	/
4	爬行式割管機	/	套	2	/
5	低噪音發電機	/	台	2	/
6	全自動PE管熱融焊接機	/	台	2	/
7	全自動PE管電融焊接機	/	台	2	/
8	泥漿測試儀	/	套	2	/
9	泥漿車	5噸	台	2	/
10	潛水泵	/	台	4	/
11	滾輪支架	/	套	若千	/
12	封閉式鑽孔機	DN50	台	1	/
13	雙皮碗清通器	/	套	2	/
14	注漿泵	SGB6-10	台	2	/

質量控制

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》的質量控制要求如下：

一、工程質量控制標準

工藝必須滿足以下國家行業和企業制定各項規範和標準：

1、《城市煤氣、天然氣管道工程技術規程》DG J08—10—2004。

2、《聚乙烯埋地燃氣管道工程技術規程》DG J08—80—1999。

3、《城鎮燃氣輸配工程施工及驗收規範》CJJ 33。

4、《城鎮燃氣管道工程施工質量驗收標準》SZ—34—2004。

5、《施工現場安全生產保證體系》DBJ 08—903—98。

6、該公司ISO9001質量體系檔案及標準化現場施工管理的有關檔案、記錄、過程等相關的控制細則。

二、質量保證措施

1、嚴格按照設計要求進行工作坑開挖，確保芯管回拖時的彎曲程度在PE管允許曲率範圍內，嚴禁過度彎曲。

2、應根據工法要求，切實做好舊管道清理和各項芯管保護措施，防止芯管損傷，確保回拖後芯管的強度。

3、按照PE管全自動熱融和電融焊機的操作程式進行PE管焊接，杜絕違規操作，並按照標準要求對焊縫進行外觀檢測和一定比例的焊縫刨邊檢測，保證接口焊接質量。

4、在PE芯管拖管牽引的過程中，根據定向鑽機或其他動力設備上的拉力顯示器，對牽引力的大小進行監視和控制，保證在PE管允許的拖動力範圍內。

5、按照混合水泥漿液的配比要求進行漿液配置，水灰比0.60。施工前漿液需先做好配方試驗，若達不到施工要求應進行調整，必要時添摻加劑以改善水泥漿性能，試配合格方後可進行注漿。

6、回拖完畢整體試驗合格後，對工作坑內暴露PE管按照防護要求做好保護措施。

安全措施

採用《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

一、安全管理基本原則

以安全生產作為標準化管理重點，嚴格執行《現場標準化管理規定》及有關各項措施，施工現場必須嚴格執行安全生產六大紀律及《建築機械使用安全技術規範》、《施工現場臨時用電安全技術規範》、《施工現場防火規定》、《施工現場機械設備安全管理規定》、《施工現場電氣安全管理規定》。

二、安全管理目標

按照施工檔案要求，結合工程自身特點，根據多處的施工實踐經驗，確定工程的安全目標，並制定相應一套安全控制、安全檢查、安全保證、安全責任制等制度和措施，並採用有效的組織方式和監控手段，確保工程的安全目標。

三、施工安全管理網路體系

建立公司分公司—項目部三級安全管理網路，落實安全生產責任制，明確各級安全管理職責，指導廣大施工人員進行工程的全過程安全管理、全部工作的安全管理、全員參與的安全管理，使得每個施工人員在施工中真正做到“不傷害他人、不被他人傷害及不傷害自己”的三不傷害原則。

四、公用管線保護措施

1、嚴格按照地下管線保護條例的要求建立管線保護網路、落實保護措施。

2、施工開工前，及時與有關管線單位聯繫辦理監護交底卡並現場交底。對圖紙上未標明管線，應在施工現場詳細測查，將資料分發到管線保護領導小組所有成員，並向現場施工員和作業班組長進行詳細交底。對於地下管線情況不明的地段，應當人工先進行試挖，嚴禁盲目使用機械開挖，造成野蠻施工，破壞地下管線。

五、工作坑施工安全要求

1、挖土中發現管道、電纜及其他埋設物立即報告，不得擅自處理。

2、基坑四周設安全護欄，安全護欄的安全性經常檢查，做好車輛交通指揮，做好夜間照明。

六、PE管道焊接安全要求

1、焊接機械放置在防雨和通風良好的地方，焊接現場不準堆放易燃、易爆品。

2、使用焊接機械必須按規定穿戴防護用品，並應經常檢查和驗收。

3、焊接機械專用線路採用YHS35×3+10+10線，做到“一機一閘”焊接機械接地電阻不大於4歐姆。

七、注漿安全事項

1、設備傳動的各類離合器、制動器必須安全可靠，凡轉動部分必須有防護罩。

2、注漿人員必須戴口罩和防護眼鏡。

3、注漿時，壓漿區域設立警示牌，非工作人員嚴格禁進入，工作人員應注意站位，嚴格按規程操作，防止受到壓力液體傷害。

4、注水後釋放壓力時，如管內仍存在壓力時，不能打開閘閥，以防水射出傷人。

5、注漿泵的安全閥必須完好，安全壓力設定為注漿時的最大壓力。

八、文明施工措施

1、施工現場布置設施，設備根據現場環境進行安裝，並隨施工的不同階段及時合理的調整現場臨時布置。

2、保持場地整潔、不積水、無散落的“五頭”、散物。

3、採用先進的低噪聲環保設備，降低噪聲污染。

4、對施工排放的水採用過濾或者外運等措施，不隨意排放。

5、夜間施工結束後，進行施工現場的清理，對開挖面鋪設鐵板並採取措施降低過路噪聲，並保證行車安全。

環保措施

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》的環保措施如下：

一、工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對施工燃油、廢水、泥漿、生產生活垃圾、棄渣、揚塵、噪聲的控制和治理，遵守廢棄物處理的規章制度。

二、控制施工範圍，合理布置、規範圍擋，做到施工場地整潔。

三、對舊管道清理過程的廢水和注漿過程中滴灑的漿液用槽車清運，並按照當地環保部門要求的指定地點排放棄渣及其他工程廢棄物按照工程建設指定的地點和方案進行合理堆放和處置。

四、優先選用環保機械，採取設立隔聲牆、隔聲罩等消聲措施降低施工噪聲。

效益分析

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》的效益分析如下：

由於採用了PE管內插改造技術，是對舊管道進行合理利用的非開挖技術，對城市地下空間的綜合利用具有積極的意義。該技術減少了傳統工藝所需開挖的路面，既節約了修路的費用和原材料的消耗，又對其他地下管線交通、綠化等公共設施的影響大量減少，同時加快了施工進度和效率，縮短了施工周期，即節約了勞動力的成本，又減少了對附近商業，居民的影響。同時由於PE管的焊接無噪聲，無粉塵，無電弧輻射，是一種無污染的焊接技術，因此對環境保護也起到了良好的作用。

套用實例

《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》的套用實例如下：

一、西藏路（南京路一新閘路）燃氣舊管道搶修改造工程

上海黃浦區西藏路（南京路新閘路段）舊燃氣管道已多次發生煤氣泄漏現象，但由於地處繁華地段，施工區域位於機動車道上，施工區兩側為繁華的商業網點，在施工時必須保證道路的清潔和施工時產生的噪聲不擾民，而且不能妨礙道路車輛的正常通行，因此也限制了馬路上的反覆開挖搶修工作。期間雖經多次搶修，但也不能從根本上修復泄漏管道，某些地點還不斷發生漏氣現象。通過使用PE管內插法施工方法，在原有鑄鐵管內部穿入PE管，將原有0.1兆帕的Φ450鑄鐵管燃氣中壓管道改換成0.4兆帕的Φ300PE中壓管道。整個施工過程全部採用非開挖水平定向鑽施工，全線施工長度總計400多米。工程分為南京路至鳳陽路、鳳陽路西面斜跨西藏路至鳳陽路西藏路東面、鳳陽路至西藏路北京路口及西藏路北京路至西藏路新閘路以北多個分段面，全部地處交通要道，地下管線分布不明，管件和集水器位置不確切，有時垂直落差接近2米。通過按照該施工方法，採用管線探測技術、非開挖定向鑽機設備穿入舊管道技術等方法，在很短的時間內，全部實現該地段燃氣PE管的貫通，該工程的實施已改進黃浦區市中心燃氣供應安全係數，解決了老齡“超期服役”鑄鐵管的嚴重泄漏問題，延長了管道使用壽命，又確保了周邊地下管線的安全運行，同時確保了道路的正常通行，顯示了社會效益和經濟效益。

二、浦東新區西營路燃氣管改造工程（耀華路~德州路）

該工程是在完成舊燃氣管道穿管作業後，實施新舊燃氣管道間的注漿工藝。工程是沿西營路施工，北起耀華路，經成山路後南止於德州路。施工區域位於西營路東側機動車道上施工區兩側為居民區和街道，在施工時必須保證交通的暢通、道路的清潔和控制施工時產生的噪聲，儘量不擾民。為減少開挖，主要採用VermeerD333×44水平鑽機將PE管拖入原鑄鐵管內的非開挖穿管施工工藝。為保障原有用戶用氣，工程需要先排390米臨時管，後對原鑄鐵管進行穿管改造，穿管結束後進行支管施工、管道復接和設備安裝並拆除臨時管。工程施工的基本流程是：施工準備→臨時管施工→工作坑開挖→DN500管道清通→PE管焊接→穿管前強度試驗→回拖→支管施工和管道設備安裝、閥井製做→管內注漿→整體管道強度、氣密性試驗→驗收及通氣→出場。

西營路穿管分為耀華路~農貿市場、農貿市場~德州四村、農貿市場~德州四村3段進行，並對原方案進行最佳化，使穿管時對交通的影響下降到最小。第一段德州路~德州四村穿管總計177米，穿管完成後，進行第二段德州四村~農貿市場300米穿管。隨後在第三段210米穿管完成後，進行相應的跳浜和開T接支管、Φ250PE管鑲接，完成相應的11處閥井的澆搗施工及燃氣管道間注漿，然後分段進行強度和氣密性試驗，至該成山路~耀華路通氣。工程全部完成。

三、浦東新區崮山路燃氣管改造工程（浦東大道~張楊路）

該工程沿崮山路進行施工，北起浦東大道，南至張楊路，總的管道改造長度為410米，為Φ500的舊鑄鐵管內穿Φ250的PE管。該工程共分四段進行PE芯管的牽引穿管，最長穿管距離為約220米該工程所選用的設備和注漿技術與浦東新區西營路燃氣管改造工程相同，故不再贅述。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《非開挖燃氣舊管道改造—PE管內插法施工》被評定為2005-2006年度國家二級工法。