1、地下管道非开挖更换技术马孝春中国地质大学（北京）2024-3-22 山东济南20242024中欧管道工程与非开挖修复技术国际学术会议1概述2旧管片残留更换法3旧管排出更换法目录4总结地下管道非开挖更换技术1 概述Introduction北美地区爆管法更换地下设施的当前趋势新型材料的类型总的百分比%高密度聚乙烯管道98.8聚氯乙烯管道0.8球墨铸铁管道0.3陶土管道0.1钢管0.0混凝土管0.0Current trends in pipe bursting for renewal of underground infrastructure systems in North America 译文

2、北美爆管法更新地下管道的趋势.docx美国调查了886个爆管工程的统计数据表1 采用不同类型的新型管道材料完成的工程的比例更换管道类型扩径尺寸图5 爆管工程风险包络图1 概述1.1 1.1 概念概念1.2 1.2 旧管片排出方式旧管片排出方式1.3 1.3 相关规范相关规范1.4 1.4 设计设计1.1 1.1 概念概念 管道更换(pipe replacement)全称为“非开挖原位管道更换”，指在既有管道路径上，用不开挖路面的方法，将旧管道更换为新管道的方法。而且，更换后的管道直径还可能大于旧管道的直径。1.2 1.2 旧管片排出方式旧管片排出方式不排：将旧管破碎后挤入周围地层中，容易划伤新

3、拖入的新管。爆管法、裂管法、胀管法。排出：将旧管道移出地层。HDD法、微型隧道法、夯管法、抽管法、推管法。1.3 1.3 相关规范相关规范 CJJ 147-2010 城镇燃气管道非开挖修复更新工程技术规程 CJJ 210-2014 城镇排水管道非开挖修复更新工程技术规程 CJJ 244-2016 城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程 DWA-M 143-15 Sanierung von Entwsserungssystemen auerhalb von Gebuden Teil 15:Erneuerung von Abwasserleitungen und-kanlen durch Bers

4、tverfahren建筑物外排水系统的修复-第15部分：爆管法更换排水管道 ISO 21225-1-2018 Plastics piping systems for the trenchless replacement of underground pipeline networks Part 1:Replacement on the line by pipe bursting and pipe extraction ISO 21225-2-2018 Plastics piping systems for the trenchless replacement of underground pi

5、peline networks Part 2:Replacement off the line by horizontal directional drilling and impact moling胀插管修复法施工操作手册2023年，北京北排建设有限公司出版1.4 1.4 管道更换工程设计管道更换工程设计旧管状态检测周边环境调查新管设计计算级别管道埋深(m)现有管道直径(mm)新管直径施工长度(m)A(常规)3.7100300同径或扩大1级0110B(有困难)3.75.5300500扩大2级110140C(很困难)5.5610910扩大3级140推荐的新管扩大级别地面隆起管周挤扩力分布管周位

6、移规律顶推力计算doe die dor dir Los tpr tpe x h Fbp Fb Fbn Fp Lsc he Ff Fscp Fsc Fscn C L Replacement Pipe Existing Pipe Bursting Head 2 管片残留原位更换技术2 2 管片残留原位更换技术管片残留原位更换技术2.1 2.1 原理原理2.2 2.2 系统组成系统组成2.3 2.3 动力设备动力设备2.4 2.4 碎管方法碎管方法2.1 2.1 原理原理破碎旧管和拖入新管一般同步完成。破碎与置入新管的动力由管道更换设备提供。施力设备的作用方式：拉或推。拉：卷扬机、千斤顶、HDD钻机

7、；推：千斤顶、微型隧道、水平工程钻机在破碎旧管的同时，同步拉入或顶入新管方式1：拉入方式2：顶入2.2 2.2 系统组成系统组成工作坑系 统 组 成动力设备碎管工具传力杆作用方式：顶或拉钻机、拉管机、胀管机等滚轮割刀滚轮割刀Static Head(expander)Pneumatic Head(expander)链条钻杆拉杆Quick Lock Rods 快装杆2.3 2.3 动力设备动力设备水平工程钻机胀管机拉管机（只需提供拉力或顶力，不需提供回转动作）推力：450拉力：600爆管直径：324设备尺寸：750 5652.4 2.4 碎管方法碎管方法碎管法(爆管法)胀管法裂管法破碎方式动态静态

8、动作（1 1）爆爆管管法法 爆管法(pipe bursting,Berstverfahren)，又称碎管法。以冲击方式破碎旧管道。能产生冲击动作的爆管工具有气动矛、气动冲击器、液动冲击器。原管道：脆性管道，低配筋，弱强度短管爆管法（a）连续长管更换法（b）短管更换法2020 静拉爆管法非开挖管道更换技术理论研究_钟海晨案例：气动爆管法业主：巴西国有排水公司（SABESP）原管：375mm的钢筋混凝土管和外径400mm铸铁管新管：400mmHDPE管工法：气动爆管法工期：45天，2012年气动锤穿钢丝绳用HDPE管道去替代钢筋混凝土管道（2 2）裂管法）裂管法 裂管法适用性：旧管：钢管、铸铁管（

9、在切割PVC管、PE管时由于柔性变形，致使割管困难）旧管管径：一般为50150 mm；施工长度：一般在150m以内。典型的裂管装置ConsplitExpanders（前面装有切割轮，后面跟有扩张头）割开法兰盘案例：裂管法地面试验中用到的切削刀头破碎接头试验静态爆管设备连接新管线工程：美国加州纳帕谷12英寸钢质给水管道裂管工程设备：德国TT公司Grundoburst静态爆管机250吨原管：12英寸钢管新管：12英寸HDPE管长度：总2627英尺，单段600英尺（3 3）胀管法胀管法 液压胀管机又称液压爆管机、液压胀管器、液压扩管机等。只能提供拉力，不提供顶力。与液压胀管机配套的是胀管头。利用液压

10、静力将旧管胀碎，同时拖入新管。液压胀管机尺寸较小，所需工作坑和接收坑空间更小。HammerHead公司PortaBurst PB30 液压胀管机胀管法适用范围管径：50600mm；管线长度：100m以内；管材：仅适用于脆性的旧管道更换，如陶土管、混凝土管、铸铁管、石棉水泥管。不适于更换旧的钢管、加筋的混凝土管、石棉水泥管和玻璃钢管等。压力管道单段胀管长度发射发射/接收条件接收条件新管新管新管标准直径新管标准直径方法方法最大爆管段长度最大爆管段长度a）燃气和供水主管道）燃气和供水主管道坑坑坑坑长管800 mm（31）静态200 m（660 ft）600 mm（24）动态200 m（660 ft）

11、b）燃气和）燃气和供水供水支支管管坑坑，坑坑坑，坑/人井人井长管100 mm（4）静态60 m（197 ft）坑坑，坑坑坑，坑/人井人井长管100 mm（4）静态置换25 m（82 ft）坑坑，坑坑坑，坑/人井人井长管100 mm（4）动态60 m（197 ft）坑坑，坑坑坑，坑/人井人井长管100 mm（4）动态置换15 m（19 ft）表2 一般可达到的压力管道更换长度（取决于土的条件和个别现场情况）bjstt 2019-3污水管道单段更换长度bjstt 2019-3表3 一般可实现的污水管更换长度（取决于土的条件和个别现场情况）发射发射/接收条件接收条件新管新管新管标准直径新管标准直径方

12、法方法最大爆管段长度最大爆管段长度a）排水管道）排水管道人井人井/人井人井短管300mm（12“）静态70 m（230 ft）200mm（8“）动态50 m（165 ft）人井人井/坑坑短管300mm（12“）静态70 m（230 ft）坑坑/人井人井短管300mm（12“）静态70 m（230 ft）长管300mm（12“）100 m（329 ft）短管300mm（12“）动态50 m（165 ft）长管600mm（24“）70 m（230 ft）坑坑/坑坑短管1000mm（39“）静态150 m（493 ft）长管1000mm（39“）200 m（657 ft）短管300mm（12“）动态

13、70 m（230 ft）长管1000mm（39“）200 m（657 ft）b）支管）支管人井人井/人井人井短管150mm（6）静态60 m（197 ft）150mm（6）动态60 m（197 ft）坑坑/坑，坑坑，坑/人井人井长管150mm（6）静态60 m（197 ft）150mm（6）动态60 m（197 ft）3 管片排出原位更换技术3 3 管片排出原位更换技术管片排出原位更换技术3.1 HDD3.1 HDD法法（吃管法）（吃管法）3.2 3.2 微型隧道法微型隧道法（吃管法）（吃管法）3.3 3.3 夯管法夯管法3.4 3.4 抽管法抽管法3.4 3.4 推管法推管法3.1 3.1

14、水平定向钻（水平定向钻（HDD)HDD)法法 HDD法可实现破碎旧管道不排土和移除旧管道碎片两种工法。利用钻机系统提供的回拖力，牵引碎管工具，回拖新管线。也可以用夯管锤助力。还可利用钻机的钻进系统与泥浆循环系统，模拟水平定向钻的扩孔过程，在破碎旧管道的同时，拖入新管线，从而实现吃管法管道更换。HDD旋切法引自 福建腾鼎鑫市政工程有限公司 旋切法3.23.2 微型隧道法微型隧道法 吃管法(Pipe Eating，berfahren)是使用特殊的微型隧道掘进机，以旧管为导向，将旧管连同周围的土层一起切削破碎，并通过螺旋钻杆或泥浆循环系统排出，形成相同直径或更大直径的孔，同时将新管顶入，完成管线更换

15、的方法。泥水式排除管片碎屑14-吃管法管道更换技术特点与现状分析.docxIseki公司设备原理结构仍和AVP Crush Lining相似，它们之间的主要差别在于渣土的运输系统。由图4可以看到，Piranha Pipe Replacer并不是采用螺旋钻杆运输渣土，采用的是泥浆循环来运输管道和土壤的碎屑。图 4 日本Iseki公司Piranha Pipe Replacer系统螺旋式排除管片碎屑图 2 德国海瑞克AVP Crush-Lining该设备的导向系统由先导钻头和其前面的密封塞组成。它们的主要功能是置入旧管道内部，一方面引导设备沿着旧管道前进，另一方面有支撑管道的作用，防止管道在更换过程

16、塌落，影响上部土壤，造成地表位移。此外，由于切削系统中使用了气动锤，密封塞可以防止气体泄漏，提供合适的气压辅助稳固管壁和有助碎屑的回运。切削系统由适合于切割硬岩的刀盘和气动锤组成。刀盘中心与先导钻头连接，直径大于旧管道，在切割过程中就可以将脆性的管道与土壤一起切碎。为了增强破碎管道的效果（比如破碎钢筋混凝土的旧管道），刀盘后装有气动锤，通过震动来帮助破碎。此套设备的渣土运输系统采用了螺旋钻杆，螺旋杆直径比整个断面尺寸小，外有一层套管，在套管内回转将破碎的渣土和管道碎屑运出发射井。同时与断面尺寸相同的新管道可以随着设备的前进顶入铺设。顶进系统采用传统的顶进装置，包括主顶油缸、主顶油泵、顶铁、基坑

17、导轨、后座墙等装置。这是一种较为常见的顶进系统，安装在发射井中，将新管道一节一节顶入，完成铺设安装。这一设备的主要特点是安装快捷方便，操作简单。它的导向装置不像顶管法需要采用一些光学仪器进行导向纠偏，而是仅仅由一个正好可以塞入旧管道的先导钻头和密封塞组成，靠它们沿着旧管道前进来完成导向。虽然可能不能做到精确导向，但是沿着旧管道的轨迹来进行更换却是非常方便实用。另外，由于渣土运输采用了螺旋钻杆，不需要复杂的泥浆循环系统，减少了泥浆使用，节约成本，安装也更为快速方便。14-吃管法管道更换技术特点与现状分析.docx气动锤微顶旋切法引自 张永命 福建腾鼎鑫市政工程有限公司 旋切法吃管法的特点优点：对

18、地表和土层无干扰；可在复杂的地层中施工，尤其是含水层；能够更换管线的走向和坡度已偏离的管道；施工时不影响管线的正常工作。缺点：需开挖两个工作坑；地表需有足够大的工作空间。吃管法的适用范围：管径为100900mm；管线长度可达200m；可更换陶土管、混凝土管或加筋的混凝土管；新管为球墨铸铁管、玻璃钢管、混凝土管或陶土管等。berfahren-AVP-CrushlinerUnbemannt arbeitender Rohrvortrieb 微型隧道法3.3 3.3 夯管法夯管法BJSTT 2019-1图1 将34”的夯管锤连接到锥形管上图2 围绕48”套管夯进新的大直径管道图5吃管法夯管作业现场图

19、6 夯管结束后的现场美国 HammerHead 非开挖设备公司穿越美国1号国道加利福尼亚海岸线上夯进长度共计88英尺夯管时间：2周用吃管法将公路涵洞从48英寸升级至108英寸3.4 3.4 抽管法抽管法切割机(1)利用高压水射流将管道切成螺旋形(2)利用水平定向钻机拉出来抽管法(pipe extraction)就是将旧管道从地层中抽出，并用新的PE管代替。这项技术的关键是使用带有锥头的钢索。卷扬机在前面拉，顶推装置在管的后面推。旧管被逐渐拉出，同时将新管拖入。3.5 3.5 推管法推管法松动汽缸弄松旧管道辅助杆旧管道新管道推出旧管道推出旧管道拉回新管道拉回新管道4 总结总结管道更换管片残留爆管法裂管法胀管法排出管片吃管法HDD法MT法吞管法夯管法抽管法推管法1.目前管道更换较为成熟的方法是碎裂管法，其中以德国TT公司的产品较为普及；2.管道更换技术有待发展，从技术研发、理论研究到市场推广还有很大潜力；3.地下管道抽取技术值得研究，这对于旧管道的去除、原位扩容，乃至修复失败工程中管道的拔除都是需要的。谢谢观看马孝春 2024年3月22日