Pilot Pipeline renovation in Malaysia using‘no-dig’techniques

　　摘要：最近，馬來西亞無收益水（即滲漏水，NRW）的損失要比本地區(qū)許多其它發(fā)展中國家要高。這是因?yàn)椴糠肿詠硭?dāng)局還缺乏對(duì)于那些埋設(shè)的管道，特別是年久的管道的綜合性維修和升級(jí)換代計(jì)劃。雪蘭莪自來水部已認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并著手在馬來西亞當(dāng)?shù)貤l件下運(yùn)用現(xiàn)代管線維修技術(shù)的適用性和節(jié)省費(fèi)用方面進(jìn)行試驗(yàn)。本文介紹了在雪蘭莪州選定不同地區(qū)，不同交通條件進(jìn)行四種“無開挖”法的試驗(yàn)及其成果，同時(shí)也比較了無開挖法管線維修和傳統(tǒng)的明開法兩者的費(fèi)用。
　　關(guān)鍵詞：脹破法或隧道擠入法　中密度聚乙烯(MDPE)管　四周擠壓襯里法　滑動(dòng)襯里法　水泥砂漿襯里法　無開挖法　明開法　工程費(fèi)用　經(jīng)濟(jì)價(jià)值

　　 一、引言

　　“無開挖”法已在許多發(fā)達(dá)國家的管線更新中廣泛應(yīng)用。由于造成對(duì)公眾和交通的不便，傳統(tǒng)的明開法已不再采用。當(dāng)前無開挖法的開發(fā)主要是為更換年久的鑄鐵干管。
　　然而在馬來西亞，管材中占主導(dǎo)地位的是石棉水泥，因此研究現(xiàn)代無開挖法在馬來西亞情況下的適用性和經(jīng)濟(jì)性是很必要的。下面就介紹一下引入馬來西亞的四種“無開挖”法的試驗(yàn)方法及其成果。

　　二、四種“無開挖”法的試驗(yàn)方法及成果

　　1、脹破法或隧道擠入法
　　脹破法主要用于直徑為200mm的石棉水泥管的更換。使用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的直徑225mm的中密度聚乙烯(MDPE)管，PN（可塑性指數(shù)）為10來換管。這些塑料管一般是按照ISOCD4427－供水聚乙烯管規(guī)格生產(chǎn)的，更換管線總長2600m，包括38個(gè)管箍接口、2個(gè)支管連接和6個(gè)工業(yè)戶連接。
　　脹破法是在原管線位置更換成新管，其方法如圖1所示。現(xiàn)有管道被擠破的同時(shí)，擴(kuò)大了空間，由于沖擊成隧道，就不需另行開挖，可迅速安裝新管。這種方法適用于管徑與原來的相同或較大的管道。此法一次可安裝100m的管道，而且可適應(yīng)彎曲半徑大的彎頭。

　　沿著現(xiàn)有管道內(nèi)壁用絞車帶動(dòng)風(fēng)動(dòng)沖擊的“隧道”成形頭，脹破管壁并把碎片壓入四周土中。隨后新的MDPE管就被拉入形成的“隧道”內(nèi)，加大沖擊隧道的尺寸，就可安裝上比原管大的管道。
　　隧道沖擊成形頭有一水平往復(fù)式氣錘，在圓柱體內(nèi)裝有一錐形頭部。往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供了向前的推力，脹破原管并拉入所換的管道，成形頭的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)通常由裝有絞車的拖拉機(jī)完成。
　　前進(jìn)速度可以變慢，在遇混凝土包裹管外壁時(shí)也可停下來。類似地，水管支墩、維修套管、鋼管和鋼管接頭也是成形頭的障礙。開工前應(yīng)采取措施查明并清除這些障礙物。但管線上可再使用的閥門或排氣閥必須先拆下，以免被成形頭損壞。目前，沖擊成形只能用于鑄鐵管、UPVC管、石棉水泥管或無筋混凝土管。
　　更換MDPE管后，所有的管件、特種配件和管箍都必須重新安裝，連接技術(shù)通常使用對(duì)口溶接、承插口連接或法蘭連接。相連管道的再連接，可每個(gè)接口單獨(dú)開挖小工作坑來進(jìn)行，新型的電熔管箍熔接到所換管上，并且引入多重卡口接頭把新的聚乙烯連接管與現(xiàn)有的鍍鋅鐵管聯(lián)接起來。
　　按裝完畢后，新的MDPE管在投入使用之前要沖洗和消毒。通常，原有管道中斷時(shí)時(shí)間為8－12小時(shí)。
　　試行此法的場(chǎng)地選在海水粘土處。這種條件下制約脹破管的主要因素是覆蓋在原有管線上土的厚度。當(dāng)覆土1.5m時(shí)不會(huì)有什么問題，然而一旦超過1.5m，成形頭的進(jìn)度就會(huì)明顯降低（此地的最大覆土為1.8m）。
　　限制脹破管使用的另一唯一的因素是在使用鋼管，而事先并未探測(cè)出來之處，如進(jìn)入廠房的路面下。當(dāng)成形頭遇到鋼管，它欲向前推進(jìn)，都不可避免地在管內(nèi)卡住。所以這些鋼管部分必須使用傳統(tǒng)明開法重新鋪設(shè)。
　　一般地說，每更換50－60m長管道，大約需要開挖6m長的進(jìn)入工作坑?？缭焦驹O(shè)施或靠近正在維修的管線，都不受影響，路面也不會(huì)開裂。
　　2　四周擠壓襯里法
　　選擇原管徑為250mm的石棉水泥管作四周擠壓襯里法試驗(yàn)。此管滲漏很嚴(yán)重。所換管為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的管徑250mm的MDPE管，PN為6。管線總長為1200mm，有7個(gè)管箍接口，1個(gè)支管連接口，5個(gè)工業(yè)戶連接，1個(gè)橫向連接以及8個(gè)消火栓和排氣閥。
　　四周擠壓襯里法是在現(xiàn)有管內(nèi)安裝MDPE管作為內(nèi)部襯里。此法如圖2所示。這種插入MDPE管的方法使新舊管之間沒有縫隙，從而可使管徑最大。

　　

　　此法可一次更新數(shù)百米長的管線。直徑稍大于原管內(nèi)徑的MDPE管被拉長，并用對(duì)口溶接焊來連接。用作襯里的管道，由裝有防裂拉模的四周成形器拉過。施加于襯里管上的牽引拉力使MDPE管外徑減小，此管即被拉入待更新的且事先刮過的原管。MDPE襯里管安裝完畢，牽引力卸掉后，原斷面的管徑增大，長度隨之縮短，直到與原管牢固地結(jié)合在一起。此時(shí)，一種緊密襯里就形成了。
　　防裂拉模裝在工作坑內(nèi)，并固定在需要襯里的原管未端。這樣可以使裝配時(shí)間減至最少，并可避免將拉模固定在路面上。MDPE管以每分鐘4-6m的速度通過拉模，這樣當(dāng)所有準(zhǔn)備工作完成，安裝起來就很快。
　　由于此法取決于最后形成的緊密結(jié)合襯里，因而原管的內(nèi)壁清潔是很重要的，為達(dá)到此目的，需在襯里之前徹底地猛烈沖擊原管，然后用閉路電視（CCTV）檢查整個(gè)長度的管子內(nèi)部，以辨明任何障礙物。
　　MDPE管的拉開和對(duì)口熔接與脹破法用的類似。同時(shí)接三通和管箍連接的步驟也如前面脹破法所述的一樣。
　　此法試驗(yàn)過程中遇到的唯一困難就是原石棉水泥管內(nèi)徑有所不同。開工前的調(diào)查表明管內(nèi)徑在245-250mm。然而這并不精確，實(shí)際內(nèi)徑自239至280mm不等。這就給使用12%的拉模帶來了一定困難。然而這已經(jīng)克服了，試驗(yàn)順利進(jìn)行。但是這些困難確實(shí)突出了設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)之前務(wù)必全面調(diào)查原有管的最大和最小內(nèi)徑的重要性。
　　3　滑動(dòng)襯里法
　　選擇需要更新的原石棉水泥管的管徑為600mm，管長為1500m。此管道已埋設(shè)了30年且在接口處有滲漏。使用的襯里管是直徑為500mm的MDPE管，PN為10。原石棉水泥管有一個(gè)水沖洗口和一個(gè)排氣閥，沒有管箍接口及支管連接。
　　滑動(dòng)襯里法是把新的MDPE管安設(shè)在原管內(nèi)。所采用的方法如圖3所示，新的MDPE管并非緊貼在原管內(nèi)壁上，它可用卷揚(yáng)機(jī)直接裝到預(yù)先刮好的原管內(nèi)。使用此法時(shí)，可以一次更新幾百米長的管道。原管半徑大的彎頭也可容許。

　　高級(jí)的對(duì)口溶接設(shè)備不適合焊接此種尺寸的MDPE管。因此要特別注意采用適當(dāng)?shù)娜劢蛹夹g(shù)確保做成可靠的接口。這就需要在廠內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大量的接口試驗(yàn)。
　　電溶接耦合器通常用于MDPE管的現(xiàn)場(chǎng)連接。然而此法所用的管徑?jīng)]有相應(yīng)的電熔接耦合器，因此現(xiàn)場(chǎng)連接必須是為該現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的，當(dāng)?shù)刂圃斓倪B接配件。新MDPE管與原石棉水泥管的連接，也另行設(shè)計(jì)連接配件，因?yàn)樵隈R來西亞沒有現(xiàn)成的500mm直徑的Maxfit連接配件可以采用。
　　試驗(yàn)條件下應(yīng)用滑動(dòng)襯里法已證實(shí)了可適用于下列兩種情況：
　　(1)雙車道重載車處；
　　(2)沒有焊接管道的位置。
　　但是，現(xiàn)代對(duì)口熔接和電熔接技術(shù)以及相應(yīng)的連接配件只適用于管徑400mm以下的管道。因此建議在連接技術(shù)還未發(fā)展到適應(yīng)大管徑的管道之前，馬來西亞MDPE管的使用還應(yīng)限制在直徑不超過400mm管道。
　　4　水泥砂漿襯里法
　　此法在特重車輛行駛的某地段進(jìn)行試驗(yàn)。用此法更新了管長150m、管徑150mm、管內(nèi)壁結(jié)垢相當(dāng)嚴(yán)重的原鑄鐵管。
　　水泥砂漿襯里法是用水泥砂漿在預(yù)先刮好的鑄鐵管內(nèi)部進(jìn)行襯里，以達(dá)到更新的目的。此方法如圖4所示。

　　沿著需更新的管道在100-150m間隔處挖一個(gè)工作坑。管道由動(dòng)力鏜管或牽引刮管進(jìn)行清管，然后通過一活塞，以確保管內(nèi)不僅已清除了所有碎片，而且也沒有其它障礙物。
　　在一個(gè)特制的混合裝置中混合1:1的水泥砂漿，用泵打入管內(nèi)。在管內(nèi)插入一個(gè)噴射頭（旋轉(zhuǎn)噴頭），水泥砂漿通過管子泵到噴射頭。當(dāng)噴射頭沿著管道緩慢后移時(shí)，水泥砂漿由離心作用射到管內(nèi)壁，為使表面光滑，在噴射頭上安裝一個(gè)抹子。然后襯里要養(yǎng)護(hù)16-24小時(shí)，在管道恢復(fù)使用之前，再進(jìn)行氯化和沖刷。
　　清除試驗(yàn)管道用牽引刮管法。管道結(jié)垢很嚴(yán)重，有平均厚20mm左右的結(jié)垢，這樣就使刮除下的垢堆積在前方，阻擋了刮除機(jī)的前進(jìn)。因此將來應(yīng)該采用導(dǎo)軌輸送鏜孔技術(shù)。
　　水泥砂漿襯里法在試驗(yàn)條件下的應(yīng)用證實(shí)了它可適用于下列兩種情況：(1)重載車行道；(2)市政府限制進(jìn)入之處。
　　此法可使年久的鑄鐵管以嶄新狀態(tài)重新作用，而不需沿著管線進(jìn)行大規(guī)模開挖。

　　三、工程費(fèi)用

　　前面已經(jīng)敘述了四種無開挖法的技術(shù)適用性，下面將探討實(shí)施每種技術(shù)的費(fèi)用以及在馬來西亞的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　工程結(jié)束后承擔(dān)的總費(fèi)用是2.8萬RM（1美元=2.5RM）
　　四種方法中每一種所使用的費(fèi)用都進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)分析。分析結(jié)果見表1。

表1　各種無開挖法的單價(jià) 方　　法 管徑(mm) 單價(jià)(RM/m) 脹破法 22.5 356 四周擠壓襯里法 250 362 水泥砂漿襯里法 150 213

　　四種方法的主要費(fèi)用如下：
　　(1)專業(yè)廠家的租金（外國）；
　　(2)專業(yè)人員勞務(wù)費(fèi)（外國）；
　　(3)外國的原材料費(fèi)用（電熔接頭等）；
　　(4)當(dāng)?shù)毓S租金（JCB，載重車，壓縮機(jī)等）；
　　(5)當(dāng)?shù)氐膭趧?wù)費(fèi)（工程師、技師和工人）；
　　(6)當(dāng)?shù)氐牟牧腺M(fèi)（所有管子和管件）。
　　這幾項(xiàng)技術(shù)費(fèi)用的百分比如表2所示。

表2　技術(shù)費(fèi)用分類（百分?jǐn)?shù)）及基本費(fèi)用項(xiàng)目 費(fèi)用項(xiàng)目 方　　　法 脹破法 四周擠壓襯里法 滑動(dòng)襯里法 水泥砂漿襯里法 專業(yè)廠家 11% 11% 8% 14% 專業(yè)人員 44% 43% 34% 59% 外國原材料 3% 4% 0% 2% 當(dāng)?shù)毓S 6% 8% 6% 10% 當(dāng)?shù)貏趧?wù) 6% 6% 5% 8% 當(dāng)?shù)夭牧? 30% 28% 47% 7%

　　從表2中可看出專業(yè)人員勞務(wù)費(fèi)占了總費(fèi)用相當(dāng)大的比例（平均45%）。這是因?yàn)樵隈R來西亞無開挖法還未曾采用過，經(jīng)濟(jì)豐富的當(dāng)?shù)厝诉€沒有。開始時(shí)應(yīng)有外國專家培訓(xùn)當(dāng)?shù)氐墓こ處熀图夹g(shù)工人以傳授技術(shù)。希望這種技術(shù)能很快掌握，支付外國專家的費(fèi)用就可減少。
　　在一個(gè)長時(shí)期內(nèi)，當(dāng)?shù)毓こ處熀图夹g(shù)工人能夠運(yùn)用這些方法，則外國專業(yè)人員勞務(wù)費(fèi)用的比例可減少，例如從45%降至15%，如用后一數(shù)字，則將來各項(xiàng)費(fèi)用將如表3所示。

表3　在大量減少聘用外國專家后的估計(jì)單價(jià) 方　　法 管徑(mm) 單價(jià)(RM/m) 脹破法 225 252 四周擠壓襯里法 250 260 滑動(dòng)襯里法 500 597 水泥砂漿襯里法 150 119

　　四、經(jīng)濟(jì)價(jià)值

　　無開挖法的開發(fā)用來更新和改善公用設(shè)施對(duì)社會(huì)的破壞性極小。因此，為了評(píng)價(jià)無開挖法的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，就必須確定傳統(tǒng)的明開鋪管的費(fèi)用，也包括社會(huì)效益。
　　1、明開法鋪管的費(fèi)用
　　為了合理地比較“無開挖”和明開兩法，假定每種方法使用同樣的MDPE管材，同時(shí)假定開挖范圍內(nèi)的工廠、材料和勞動(dòng)都結(jié)合當(dāng)?shù)氐臈l件。
　　明開法鋪管的費(fèi)用總結(jié)如表4。

表4　傳統(tǒng)的明開法鋪管的單價(jià) 管徑(mm) 單價(jià)費(fèi)用(RM/m) 150 134 225 182 250 213 500 593

　　　　1美元＝2.5RM
　　2、干擾社會(huì)的費(fèi)用
　　使用無開挖法更新管線的基本原則是把對(duì)交通、商業(yè)和廣大公眾和干擾降到最小限度。
　　在干擾社會(huì)費(fèi)用中所采取的簡化方法是：(1)在受影響的地方測(cè)定交通流量；(2)估算明開法所減少的交通流量。
　　從(1)和(2)用交通模擬法也可估計(jì)出延誤的程度，車輛等待的費(fèi)用和旅行者時(shí)間延誤的費(fèi)用也能估算出來。
　　四個(gè)無開挖法的場(chǎng)所，只有一處并不考慮對(duì)行車的影響，其余三處的社會(huì)效益已歸納如表5所列。

表5　使用無開挖法干擾社會(huì)的費(fèi)用 地　　點(diǎn) 方　　法 費(fèi)　　用 甲 脹破法 － 乙 四周擠壓襯里法 300 丙 滑動(dòng)襯里法 1570 丁 水泥砂漿襯里法 240

　　3、費(fèi)用比較：明開法對(duì)無開挖法
　　每一個(gè)地點(diǎn)的所有費(fèi)用都已列出，因此可以對(duì)它們進(jìn)行實(shí)際的費(fèi)用比較好了。表6所示為比較結(jié)果。

表6　明開法與無開挖法鋪管費(fèi)用比較 地點(diǎn) 方法 明開法 無開挖法 基本費(fèi)用 干擾費(fèi)用 總費(fèi)用 短期費(fèi)用
(外國勞務(wù)費(fèi)) 長期費(fèi)用(當(dāng)?shù)貏趧?wù)費(fèi)) 甲 脹破法 182 － 182 356 252 乙 四周擠壓襯里法 213 300 513 362 260 丙 滑動(dòng)襯里法 593 1570 2163 737 597 丁 水泥砂漿襯里法 134 240 374 213 119

　　表中所有費(fèi)用單位均為RM/m，1美元=2.5RM
　　從表6可得出下列結(jié)論：
　　(1)總的來說，在非重載車道的地段，例如鄉(xiāng)村，明開法換管比較經(jīng)濟(jì)，然而，從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，水泥砂漿襯里仍然是很好的選擇，即使在農(nóng)村地區(qū)亦然。
　　(2)在重載車道的市區(qū)，如果考慮對(duì)社會(huì)的干擾費(fèi)用，采用無開挖法鋪管就可節(jié)省大量費(fèi)用。
　　(3)從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，當(dāng)當(dāng)?shù)厝藛T如已得到培訓(xùn)，可以運(yùn)用無開挖法，那么使用無列挖法換管與傳統(tǒng)的明開法相比可以節(jié)省大量費(fèi)用。

　　五、結(jié)論

　　在國外，無開挖法已發(fā)展到可以快速而有效地更新舊有管線。在這些國家，公眾已不再容忍在人行道和車行道上的明開帶來的延誤和干擾。馬來西亞的公眾也開始不能容忍這種開挖，因此雪蘭莪政府倡導(dǎo)了試用四種無開挖法的觀點(diǎn)，即把新技術(shù)引入馬來西亞，并解決各種技術(shù)問題；當(dāng)與傳統(tǒng)的明開法相比時(shí)，確立無開挖法是較經(jīng)濟(jì)的概念。
　　一條總長5200mm已漏水的管道已成功地進(jìn)行了更換，那里不允許停頓交通，而且市政府對(duì)明開溝槽有嚴(yán)格的限制。事實(shí)上，遇到的所謂“技術(shù)問題”都與設(shè)備或材料不適用有關(guān)，而這些在國外則都有現(xiàn)成的可以應(yīng)用。這就需強(qiáng)調(diào)下列基本需要：
　　1、要全面調(diào)查擬更新的管道的所有特征（管徑的變化、所有閥門和管件位置等）；
　　2、計(jì)劃要完整，并應(yīng)預(yù)計(jì)到特殊事故與準(zhǔn)備應(yīng)付未預(yù)見到的困難。
　　在經(jīng)濟(jì)效益方面，進(jìn)行了簡單的分析以確定由明開土方所引起的交通停頓而延誤的費(fèi)用。這已說明了無開挖法比傳統(tǒng)方法更經(jīng)濟(jì)。當(dāng)需要外國專業(yè)人員時(shí)，短期內(nèi)可節(jié)省65%的費(fèi)用，而從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)來看，當(dāng)當(dāng)?shù)厝藛T成功地掌握技術(shù)后就可節(jié)省72%的費(fèi)用。
　　這后一種觀點(diǎn)對(duì)馬來西亞全面接受無開挖法是很關(guān)鍵的，每種方法的技術(shù)都是相對(duì)易懂并很容易被掌握，而困難之處在于要知道如何處理現(xiàn)場(chǎng)中未預(yù)見的問題，例如纜繩卡在管內(nèi)怎么辦。經(jīng)濟(jì)只能通過試驗(yàn)和處理這類問題而獲得。開始時(shí)，經(jīng)濟(jì)將來自外國專業(yè)人員。因此本地工作人員需要對(duì)正在進(jìn)行的更新管線的工程進(jìn)行實(shí)地培訓(xùn)以使能掌握和處理發(fā)生的任何問題。這樣的話，馬來西亞將得益于此方法以克服在重載車道上的開挖溝槽的干擾。

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