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1、非开挖技术在市政给排水管道施工中的应用施工技术非开挖技术在市政给排水管道施工中的应用王玉明林武星(中国葛洲坝集团国际工程有限公司)?4O5?【摘要】非开挖施工技术的含义及应用范围,归纳了非开挖技术在城市给排水铺设新管线和修复旧管线工程应用中的常用方法,并对施工工艺和主要使用的设备进行了筒述,针对目前非开挖技术中存在的问题并结合我国实际情况,探讨了我国发展非开挖技术的方向.【关键词】非开挖技术;城市给排水管道;铺设;修复【中图分类号】TU316【文献标识码】A【文章编号】16743954(2010)1lo4O502随着我国国民经济的高速增长,居民生活水平的不断提高,人们对市政工程施工环境的要求也
2、越来越高.传统的施工方法所造成的交通堵塞,环境污染,扰民等问题也逐渐成为当前市政工程面临的较为突出的矛盾,非开挖技术的出现为解决上述问题提供了有效的途径.近几年,我国非开挖技术作为一个新兴行业,得到了健康,稳步的发展,为市政基础工程建设的顺利进行提供了有力的保障.l非开挖技术简述非开挖技术也称非开挖地下管线施工技术,是指在不开挖地表的情况下,利用岩:二导向,定向钻进等手段,采用专用的技术设备和技术手段,铺设,修复或更换各种地下管线的一种高科技实用技术.与传统的施工方法相比,具有不影响交通,不破坏环境,施工周期短,综合成本低,安全性好等优点.目前广泛应用于穿越公路,铁路,建筑物,河流,在闹市区,
3、古迹保护区等不允许或不能开挖的地方,完成诸如供水,煤气,石油天然气,污水,电力,电信,电缆,热力等地下管线的铺设,更换和维修.2非开挖技术的特点传统的地下管线施工是挖槽埋管法,被人们戏称为开膛破肚或拉锁式,对交通的影响极大,使本来已经十分拥挤的城市交通雪上加霜.另外,开挖施工使道路质量变差,寿命变(缩)短,而且地下管线被挖断的事件时有发生,造成巨大的人力和物力的经济损失.与开挖施工技术相比,非开挖施工技术的主要优势如下:不阻断交通,不破坏绿地,植被,可以避免对居民正常生活的干扰.在开挖施工无法进行或不允许的场合,如河流湖泊,交通干线,重要建筑物,重要道路等,可选择工程量最小的地点,用非开挖技术
4、从其下方穿越铺设管线.可高精度地控制管线的埋深和铺设方向,绕过地下障碍(如巨石或地下构筑物).较好的经济,环境和社会效益.在可比条件相同时,非开挖技术的综合经济效益和社会效益均低于开挖施工,管径越大,埋深越大越明显.3非开挖技术的工程应用非开挖技术在给排水工程中主要有铺设新管线和修复置换旧管线两方面的应用.通常铺设管线采用的施工技术包括:水平导向钻进法,夯管法,推挤顶进法,盾构法(微型隧道法)和顶管法.修复旧管线施工技术包括:原位固化法,缠绕法,滑动内插法,变形再生法,原位换管法,局部修复法等.3.1铺设新管线中的应用311水平导向钻进法(HDD)水平导向钻进法是一种无需挖掘工作井就能快速铺设
5、地下管线的钻进方法,是将钻探技术与拧向技术巧妙结合的现代非开挖施工新技术,是非开挖施工法中应用较广的一种.其原理是通过预先设计的铺管线路(可通过设备上的电脑进行辅助设计),由钻机驱动装有锲形钻头的钻杆从地面钻人,再按照预定的方向绕过地下障碍,直至抵达目的地,然后卸下钻头换装适当尺寸和特殊类型的回程扩孔器,使之能够在拉回钻杆的同时水平钻孔至所需直径,并将需要铺设的管线同时返程牵回至钻孔入口处,以保证铺设管线不会由于空问不足或钻榍摩擦而受到破坏,在扩孔的同时注入化学泥浆以保证钻孔不致坍塌.该方法的工艺流程为:施工准备一测量定位一钻机就位一导向L钻进一扩孔一回拉管线一检查井砌筑一工作坑回填一地貌恢复
6、.工程施工配套的设备主要有:导向钻机,导航仪,随车吊,辅助动力助推装置,管线探测仪,电法勘测仪,夯管设备等.水平导向钻进法工艺可铺设钢管,PVC管,PE管等刚性连接的管道,在施工前应将待铺管道于地面上完成管道连接,曲线段可采用1.的借转角度,一次钻进最长可达800米的距离,导向定位系统可测至30米的深度.它的另一优势是可以灵活处理施工中遇到的地层复杂情况.在导向或扩孔过程中如遇到大块石,或其他障碍物,不能形成一条合格的孔道时,大不了再换一个位置另打一条,不会造成管材的损失.它的局限就是对施工场地有一定要求,所铺设管道的两端都必须有足够长的空地,一端放置钻机,另一端开挖下管坑;如果有一端靠近建筑
7、物,没有开挖下管坑的场地,就不能单独运用定向钻进完成铺管.312夯管法夯管法是采用低频,大冲击力的气动夯管锤将待铺设的钢管沿设计路线直接夯人地层.夯管设备一般是引进国外的大口径夯管锤,可以铺设直径在2米以内,长度100米以内的各种钢管.与水平导向钻进法相比,夯管法只要求一端有下管坑的场地既可;对于直径较大的钢管的铺设,工作效率更高.夯管法所用的主要设备有发电机组,空压机,夯管锤等.施工时,夯管锤的冲击力直接作用在钢管的后端,通过钢管传递到前端的管靴上切削土体,并克服土层与管道之间的摩擦力使钢管不断进入地层.随着钢管的前进,被切削的土芯进入钢管内,在第一节钢管夯人地层后,后一节钢管与其焊接在一起
8、,如此反复,直到夯人最后一节钢管,待钢管全部夯入后,可采用压缩空气,高压射流,螺旋钻杆,人工掏土等方法将管内的土体排出.夯管过程中,用经纬仪和水准仪控制进管的方位,高程和角度,保证夯进精度.该项技术靠动荷载夯进,在施工时不需要靠背支撑,施工时不掏土,也不会发生局部沉降,其地层适应性广泛,施工周期短.不过,夯管法也存在明显的局限:一是只能铺设钢管,二是一次施工长度有限(最多只有100多米),三是如遇到地层复杂情况,如较大块石,混凝土块等,导致夯管无法进行下去,夯进去的钢管又难拔出,造成管材的损失.在某些特定条件下的非开挖工程中,单独采用一种施工手段不能达到目的,但组合运用水平导向钻进法和夯管法这
9、两种方法,相互取长补短,往往能解决施工中的难题,达到完成铺管的目的.3.1.3盾构法(微型隧道法)盾构就是一种在地下由前端掘进后端衬砌的施工设备,为钢制壳体.主要由三个部分组成,即前部的切削环,中部的支撑环和尾部的衬砌环.切削环可做为保护罩,能将其刃脚插进土层中,人工或机械在环内挖土,出土.在支撑环内安装有液压千斤顶等推动装置.千斤顶的前端固定在切削环上,当切削环内挖土工作完成后,它负责将整个盾构壳体向前移动.当千斤顶回程后端收缩后,就留出了衬砌环,在衬砌环内人工或机械衬砌预制砌块当砌完一环砌块后,千斤顶又可以将砌块傲为后背向前推动盾构壳体,开始下一个挖土和衬砌的循环.盾构施工工艺往往用在大型
10、施工项目上,如铁路隧道,地下铁路,地下隧道,水下隧道等,在城市管网铺设方面运用较少,但是目前也正向城市管道施工方向发展,尤其在日本,美国和英国发展较快.3.1.4顶管法顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法,适用于埋设直径在600mm一4000ram之间的管道.我国最早采用的非开挖施工法就是顶管法.过去,顶管法作为一种特殊的施工手段,一般不轻易采用,现在,顶管施工作为一种常规施工工艺已被业主所接受.顶管施工最早主要用在下水道施工,近年来,越来越多地运用到自来水管,煤气管,动力电缆,通信电缆等许多管道的施工中,且使用愈来愈普遍.顶管技术最主要的优势是在交通繁忙的城市道路下进行给
11、排水管道施工时,可以在不切断正常交通的情况下实现管道的铺设难题.顶管施工先在管道设计路线上施工一定数量的小基坑作为顶管工作井,作为一段顶管的起点与终点,工作井的一面或两面侧壁设有圆孔作为预制管节的出口和进口.顶管出口孔壁对面侧墙为承压壁,其上安装液压千斤顶和承压垫板.千斤顶将带有切口和支护开挖装置的工具头顶出工作井出口壁,然后以工具头为先导,将预制管节按设计轴线逐节顶人土层中,直至工具头后第一段管节的前端进人下一工作井的进口,这样,就施工完一段管道的铺设.对于长距离顶管,由于主油缸的顶力不足以克服管壁四周的土体摩擦力和迎面阻力,常将管道分段,在每段之间设置由一些中继油缸组成的中继间,且在管壁四
12、周加注减摩剂以进行长距离管道的顶推.顶管技术在城市道路下的给排水管道施工虽已逐步得到重视和应用,但也必须解决好施工过程中带来的诸如如地面沉陷和隆起,施工中对通车路面的防护措施等问题,否则也会带来一系列棘手的问题.3.2修复旧管线中的应用管道修复在城市地下给排水管道管理中将占据一个非常独特而且重要的角色.管道出现破坏时可采取局部修复,独立管段修复,全管道整体修复以及废弃旧管铺设新管等多种技术措施.不论采用何种方式,从整体意义及广义来讲都可称之为管道修复.由于受设备和技术水平的限制,在我国非开挖管道修复技术刚刚起步,用于管线修复的设备基本依靠进口,诸如爆管法,吃管法,内衬法,缠绕法等管线修复和更换
13、的方法还不成熟,部分工法甚至处于空白状态,亟待填补.据报道,美国2004年在旧管线修复中用非开挖修复的占了64%(污水管)和20%(自来水管).与之相比,我国在旧管线修复中的非开挖技术的使用比例要低得多.从我国已有地?406?冲压模具精加工分析霸宝平(阿城继电气股份有限公司)【摘要】模具制造,精加工阶段采用的方法一般采用磨削,电加工及钳工处理,形状公差及尺寸精度等净多教术参数,在具体的生产中,操作困难较多,但还是有一定的经验保证方法.【关键词】模具;精加工;控制;分析【中图分类号】TU473【文献标识码】A【文章编号】16743954(2010)11040601一套模具是由很多的零件组配而成,
14、零件的质量直接影响着模具的质量,而零件的最终质量又是由精加工来完成保证的,精加工可以采用精磨和电加工,两种加工方式各其特点,对不同形状的模具有这不同的加工效果.l模具精加工过程控制模具零件的加工,是针对不同的材质,不同的形状,不同的技术要求进行适应性加工,它具有一定的可塑性,可通过对加工的控制,达到较好的加工效果.根据零件的外观形状不同,大致可把零件分三类:轴类,板类与异形零件,其共同的工艺过程大致为:粗加工热处理精磨电加工钳工(表面处理)组配加工.2零件热处理零件的热处理工序,针对零件获得相应硬度的同时,还需对内应力进行控制,保证零件加工时尺寸的稳定性防止变形,不同的材质分别有不同的处理方式
15、.如了Crl2,9CrSi,T10,等.对以Crl2,9CrSi,T10为材质的零件,在粗加工后进行淬火处理,淬火后工件存在很大的存留内应力,容易导致精加工时工件开裂,零件浮火后应趁热回火,消除淬火应力.生产中遇到形状复杂的工件,回火还不足以消除淬火应力,精加工前还需进行去应力退火或多次人工时效处理,充分释放应力.对以崩刃为主要失效形式的模具很适用.3零件的磨削加工磨削加工采用的机床有三种主要类型:平面磨床,内外圆磨床及工具磨具.精加工磨削时要严格控制磨削变形,因此,精磨的进刀要小,不能大,冷却液要充足,尺寸公差在0.Olmm以内的零件要尽量恒温磨削.防止热变形对工件尺寸造成的误差,各精加工工
16、序都需充分考虑这一因素的影响.精磨时选择好恰当的磨削砂轮十分重要,根据模具钢材的具体状况,选用GD单晶刚玉砂轮比较适用,淬火硬度高的材质时,优先采用有机粘结剂的金刚石砂轮,有机粘结剂砂轮自锐性好,磨出的工件粗糙可达Ra=0.2m.磨削加工中,要注意及时修整砂轮,保持砂轮的锐利,当砂轮钝化后会在工件表面滑擦,挤压,造成工件表面烧伤,强度降低.板类零件的加工大部分采用平面磨床加工,磨削时以精密平口钳,等高块垫,百分表,块规,表座等保证平行,垂直,对称尺寸,加工时小进刀,多光刀,加工好一面后,翻面装卡找正平行,垂直,对称,这样可改善磨削效果,这样可以达到技术要求.轴类零件具有回转面其加工J泛采用内外
17、圆磨床及工具磨床.加工过程中,加工时多采用工艺头止,反顶尖,中心架装卡,如果中心孔存在形状误差,加工出来的工件同样会产生此问题,影响零件的质量,因此在加工前要精研修中心孔.进行内孔磨削时,由于砂轮杆伸出教长且转速较高,砂轮杆的刚性较差,要减少砂轮与亡件的接触面积,砂轮可以修整成到锥,只有前端很少的一端约46mmi工件接触,可充分降低磨削阻力,在磨削时要小进刀,不进刀多次光刀,直到砂轮火化基本没有时,才能再进刀,加工薄壁套类零件,最好采用工艺弹性套夹持工件,防止夹持工件变形,否则容易在工件圆周上产生内等三角变形.4电加工控制现代的模具工厂,不能缺少电加工,电加工可以对各类异形,高硬度零件进行加工
18、,它分为线切割与电火花二种.线切割加工精度较高,加工开始时,先预加工出大致形状,然后再进行热处理,并进行去应力热处理,让热处理加工应力在精加工前先行释放,保证热稳定性.热处理完后,在平面磨床上,磨出一个基准平面,以基准平面定位,上线切割机床加工形腔,这样工件在热处理中已完全变形,在精加工中就不会再变形.加工凸模时,丝的切人位置及路径的选择要仔细考虑,裴卡方法和固定方式都要合理,因为线切割加工,工件受力基本为零,只要保证工件在加工中不移动就可以,装卡中可以使用传统的压板装卡,还可以使用金属强力胶粘接,磁铁吸附等装卡方式,高精线切割加工,通常切割遍数为两次,可以保证零件质量.当加工带有锥度的凹模时
19、,本着快速高效的原则,第一遍粗加工直边,第二遍锥度加工,接着再精加工直边,这样只精加工刃口段直边,既节约时间又节约成本.5表面处理及组配零件表面在加工时留下刀痕,磨痕是应力集中的地方,是裂纹扩展的源头,在加工结束后,需要对零件进行表面强化,通过钳工打磨,处理掉加工隐患.对工件的一些棱边,锐角,孔口进行倒钝,R化.电加工表面会产生6101xm左右的变质硬化层,颜色呈灰白色,硬化层脆而且带有残留应力,在使用之前要充分消除硬化层,方法为表面抛光,打磨去掉硬化层.在磨削加工,电加工过程中,工件会有一定磁化,具有微弱磁力,十分容易吸着一些小铁沫,在组装之前,要对工件作退磁处理,组装过程中,装配一般先装模
20、架,后配凸凹模,然后再对各处间隙,特别是凸凹模间隙进行组配调整,装配完成后要实施模具检测.对发现的问题,从精加工到粗加工,逐一检查,直到找出症结,解决问题.下管线庞大的数量和非开挖管线修复的技术经济效果分析,预计大量的旧管线的非开挖修复和更换工程将很快开展起来.下面主要就非开挖管线修复诸多方法中的原位固化法和缠绕法进行较为详细地叙述.3.2.1原位固化法原位固化法(rope)是由英国于1971年研制成功,当时主要用于修复英国的下水道.在发展初期,CIPP仅是一种管线施工的普通工法,用于在不扰动土层的情况下更新老化或失效的地下管线,随着不断的发展,该技术逐渐成为国外维护城市地下管线设施的首选方案
21、.原位固化法可以修复不同大小,不同形状以及不同过渡区的地下管线.原位固化法在1003000mm的管径范围内都可以安装使用,即现有的旧管内壁上衬一层液态的热固性树脂,通过加热(利用热水,蒸汽)使其固化,形成与旧管紧密配合的薄层管,而管道的过流端面损失很小,但流动性能则大大改善.使用这项技术修复的管道寿命可达3O一6O年.衬管和紧贴在旧管上的树脂材料完全可以满足市政污水管线的使用要求,同时在含有高温及高浓度化学物质的工业管道中也可正常使用.3.2.2缠绕法缠绕法主要用于修复污水管道,该技术发明于澳大利亚.缠绕法是利用聚氯乙烯(PVC)或高密度聚乙烯(HDPE)制成的带T型筋和边缘公母扣的板带,用安
22、装在井内的制管机将板带卷成螺旋形圆管并送人管内,相嵌并锁结,同时用硅胶加以密封.制管完成后再在螺旋管和混凝土母管之间灌注水泥浆.具体施工工艺流程为:准备一管道清洗一ccTV检测一缠绕机具就位一加润滑剂一管道缠绕就位一张拉钢丝一空隙灌浆一支管,井修复一ccTv检测一浸水试验.缠绕法修复管道时可带水作业,该法在澳洲,日本,德国,中国台湾等地的下水道管道修复中已广泛使用,在中国内地城市亦有成功使用的工程实例.缠绕法适用于管径为1502500mm,管线长度为300m左右的各类污水管道的修复.在中国大城市直径较大的污水管线中,有很大的应用前景.3.3非开挖管道施工方法的选择非开挖地下管道施工成功的关键是
23、选择合适的施工方法和施工机械.管道施工方法和施工机械的选择,主要根据工程地质条件,水文地质条件,管道埋深,管道端面形状及尺寸,施工技术条件和施工技术水平及工期要求等诸多因素综合确定.例如软弱的粘土宜采用挤压冲击掘进;对于土体较松软,含水量较大的砂质粉土,可采用水冲式顶管机.施工方法与施工机械相辅相成,一定的施工方法对应着一定的施工机械.以顶管法为例,手掘式顶管法只适用于能自立的土中,采用手掘式工具头进行施工;泥水式顶管法采用的是泥水平衡式工具头;土压式顶管法的适用范围最广,可以称得上是全土质型,小刀盘的土压平衡顶管机和大刀盘的DK土压平衡顶管机在工程中经常被采用.因此管道施工方法的选择,应根据
24、工程地质和水文地质条件,选择合适的施工方法,采用相应的设备,在科学管理下进行信息化施工.4结论非开挖施工技术的整体优势在于施工负面影响小,所占用场地比较少,对地面,交通,环境以及周围地下管线等的影响很微弱.非开挖施工技术推广的难度在于费用的居高不下,使得很多中小城市望而止步.其实综合考虑交通影响,周围管线开挖的危险,市民的生活质量等因素,非开挖修复的费用是可以接受的.除费用问题外,我国在非开挖技术上还应考虑如下方面问题:非开挖技术涉及的行业和部门较多,应该尽快制定相关行业规范和标准;引进国外先进技术和设备的同时,大力开发具有自主知识产权的非开挖技术和设备.日前国内非开挖技术方面的专业人才很少,应加强这方面的专业人才培养.可以预见,在不久的将来,随着非开挖技术的不断成熟和施工费用的不断降低,其必将被市政和给排水行业所接受,并广泛应用于城市管道施工中.
