老旧燃气管道改造施工方法综合分析

本文针对早年敷设的供人工煤气的灰口铸铁管，气源改为天然气后，部分高风险等级的管道需更换和改造，应采取何种管材、何种施工方法；对传统开挖施工方法和非开挖施工方法各自的优缺点、经济成本、适应范围进行分析和比较；为燃气管道的改造提供参考。

对于旧管更新，按照《城市燃气设计规范》新管道可采用PE管、钢管和机械接口球墨铸铁管。PE管柔韧性好、耐腐蚀性能强、使用寿命长、重量轻、连接方便，施工简单。钢管强度高、抗冲击性能好，但对防腐要求高。球墨铸铁管强度高、抗压、抗腐蚀性能好，但同管径的管材价格要贵一些。

钢管应用范围最广，可用在高压、次高压、中、低压燃气管道上；聚乙烯管可用在中压和低压燃气管道上，PE100SDR17.6聚乙烯管输送天然气最大允许工作压力为〇.4〇MPa,输送LPG混空气最大允许工作压力为0.30MPa,输送气态LPG最大允许工作压力为0.20MPa；球墨铸铁管一般用在中压B和低压燃气管道上。

综上所述，应用在中、低压燃气管道上，建议管径小于或等于DN300的燃气管道采用PE100SDR17.6聚乙烯管，管径大于DN300的燃气管道可采用钢管；在北方城市，鉴于地下热力管道较多，也可选择一些球墨铸铁管。

为了解决传统开挖施工方法对居民正常生活的干扰，对城市交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响，采用非开挖敷设管道是极好的施工法。

2.1插入管法

插入法是将一条直径小于旧管内径的PE管插入旧管内，代替原有旧管。插入的方法可以牵引也可以推入，完成插入后形成新的管道结构，使作为输气用PE管的防腐性能与作为保护用的铸铁管道的机械性能结合起来，使整体效能提高，延长了管道使用寿命。插入的PE管外径应不超过旧管内径的90%，一般选取较旧管小一至两级直径的PE管。

施工工序：先根据管道的实际情况，弯头的数量、位置、插入段的长度，作业面条件等，将管道划分成若干个施工段；在分段点挖掘插入和接受的作业坑；检查、清洗旧管道；应用热熔对接连接插入的PE管，在插入前，必须对已连接的PE管进行压力试验；插入管道，插入作业可用绞车将PE管拉出，也可用液压驱动机将PE管推入旧管。最后连同各施工段的PE管，并再次试压、验收。

国内有很多插入法施工的例子，如上海市北京西路煤气管道改造（DN300铸铁管内插入DN200PE管、长度为1.2km);上海市中山南路煤气管道改造工程（DN300铸铁管内插入DN200PE管、长度为3.0km);泰能天然气有限公司现正采用此施工方法，在原DN300的铸铁管内插入DN250PE管。

根据国内一些城市的经验，采用插入管法施工较全开挖施工，其拆除与恢复道路路面费用、人工费、机械费都会下降，工程总造价减少约10%~18%。

2.2U型内衬管法

U型内衬管法是为旧管道提供一个与母管内径吻合的内衬管。先将圆形PE管压成U型，插入旧管内，利用其高弹性展开，PE管恢复圆形。并紧贴旧管内壁。用于U型内衬的PE管应比旧管内径大，但最大不能超过旧管内径的2%。

将圆管压成U型有两种方式：一是在工厂预制，以盘管形式运至施工现场，即U-Line法；另一种是U-HDPE内衬技术。U-HDPE的做法是在工地现场，将HDPE管每段用热熔对接连接起来，去除翻边，检验试压合格后冷压成U型，再经专用机械用缠绕带将其缠紧，以保证该内衬折成U型后不会回弹。

施工工序：先根据管道的实际情况，弯头的数量、位置、插入段的长度，作业面条件等，将管道划分成若干个施工段；在分段点挖掘插入和接受的作业坑；检查、清洗旧管道；将HDPE管机械压成U型，用高强度定型胶带缠绕定型；牵引U-HDPE管至母管（旧管）；管端处理；U-HDPE管打压复圆；管道试压、验收。

U型内衬管需借助内压复圆，根据不同的工艺和要求可以使用常温压缩空气、常温水，也可使用蒸汽或热水。

国内有很多U型内衬管法施工的例子，如北京市前三门大街燃气管道改造（旧管为DN450钢管，内衬管为PE100SDR26DN450的PE管、长度为1.36km);北京市府右街至文津街燃气管道改造工程（旧管管径为DN400,内衬管为PE100DN400的HDPE管、长度为1.0km);

目前淮南中燃公司采用U型内衬管法正在进行管道改造施工。旧管为1989年敷设的铸铁管，共4条路，管径分别为DN300和DN400,总长度3.4km，运行压力为中压B级，内衬管采用PE100SDR26DN315和DN400HDPE管。按该项目的预算价格：DN315管道有两段，一段1km工程造价为53万元，另一段1km工程造价为62万元；DN400管道有三段，1km工程造价均为72万元。据悉，由于施工单位原先未充分预测到该项目的复杂程度，在施工过程中又要求增加费用，现该工程已暂停工。仅从淮南中燃的单项工程来看，U型内衬管法与全开挖施工相比，经济性不明显。但单项工程有其自己的特点，并不具备代表性。

根据国内一些城市的经验，采用U型内衬管法施工较全开挖施工，其主材费高、但拆除与恢复道路路面费用、人工费、机械费都会下降，工程总造价减少约9%~12%。

2.3爆管法

爆管法，又称胀管法，是使用爆管工具将旧管破碎，并将碎片挤压到周围的土层，同时将新管拉入旧管的管位，完成换管工作。

爆管法适用于铸铁管、钢管、塑料管等管道的更换。新管的管径可以与旧管的直径相同或更大，视地质条件的不同，最大可比旧管大50%。

按照爆管工具的不同，爆管法分为两种，即气动爆管法和液压切割爆管法。爆管法主要适用于不减少或需增加旧管道直径的管道更新工程。但采用此方法，必须特别注意与邻近管道保持适当距离，以免对周边管道造成损坏。

国内也有一些爆管法施工的例子，如北京市青年沟燃气管道改造（旧管为DN300钢管，更换为DN300的HDPE管、长度为0.5km);重庆市自来水管道更新改造（旧管为DN100灰口铸铁管，更换为DN110的HDPE管、长度为0.1km)。

表1和表2为几种燃气管道更新与改造施工方法技术经济分析和3种管道更新非开挖技术的的比较表。

修复管道泄漏的传统方法是补焊和换件，但均需短时间的停气，这对燃气用户影响很大。在不停气状态下，如何进行带压堵漏，非常重要。

带压堵漏技术是先进的设备维修技术，主要用于工业各类装置和系统、公用和长输管道上，可以在保持生产、运行连续进行的情况下把泄漏部位密封止漏，避免停车损失。带压堵漏操作简便、安全、迅速、经济。带压堵漏主要有夹具堵漏法（卡具注胶）和焊接堵漏法。

在众多的带压堵漏方法中，卡具注胶法是目前国内外广为采用的方法，具有操作简便、无须动火、安全可靠、成功率高的特点，现已广泛应用于石油化工、化肥、供热、燃气等各个行业。

国外带压堵漏技术发展比较快，在20世纪50年代，国际上卡具注胶技术已发展得比较成熟；比较有代表的是英国的弗曼奈特公司在线堵漏技术，该公司有几十个分公司，分布在世界各地，专门从事堵漏工作。我国带压堵漏技术的研究和应用，基本上是20世纪80年代初，开始派技术人员到英国学习，学成后在全国推广使用该项技术。经过二十多年的不断完善、改造、创新，该项技术得到了高速发展，已在国内大量应用，并得到了世界各国公认。

卡具注胶技术，是以动态密封结构理论为基础，在设备、管线或管件等的泄漏部位装上合适的卡具，形成新的密封空腔，以高于介质泄漏的压力将密封剂注入密封空腔，并迅速固化，建立新的密封结构，达到堵漏的目的。卡具注胶技术包括夹具的设计、密封的选择、堵漏操作和专用工具的使用，其使用的材料和工具如下：

(1)密封剂

由不同的橡胶制剂制成，用高压注射入泄漏点后迅速固化而进行堵漏。不同的压力、温度和介质应选用不同种类的密封剂。密封剂对被堵介质必须具有足够的耐溶胀、耐腐蚀、耐温度、抗水溶和不透气性，以及良好的流动性和高低温固化的适应性；

(2)注射枪和高压泵

注射枪用来将密封剂注射入密封夹具的内部空间。高压泵的作用是产生高压油、推动注射枪的活塞，使密封剂射入密封空腔，以达到堵漏目的。注射枪的注射压力和速度必须仔细控制，以防止局部超压并保证密封剂的均匀分布；

(3)堵漏夹具

夹具的设计制作取决于泄漏处的尺寸和形状。原则是为使在泄漏处保持适当的空间以便注入足以将漏点密封的密封剂剂量。夹具一般用钢板制造，除包容密封剂外，还需承受泄漏介质和注射密封剂的压力。

综上所述，传统开挖敷设管道施工方法仍应大量广泛应用；而非开挖施工敷设管道施工法具有不破坏环境、不影响交通、施工周期短、社会效益显著等优点，在一些城市里，无法实施开挖作业的地区，如繁华的市区交通干道；人流密度大、环境拥挤处；受到严格的道路及噪声管制的地段；可采用非开挖法在尽量少破路面的条件下，更换和修复地下燃气管道。