２３６ 宁夏工程技术 第６卷 气动锤爆管法适用于更换５０～４５０ ｍｍ管径的 铸铁管、易延展的铁管、石棉水泥管、ＰＶＣ管和混凝 土管．被插人的新管多为聚乙烯或ＰＶＣ管．一般其 应用长度为８０ｍ． １．２液压胀管器 最普遍的爆管是大小对应，或扩张现有管径Ｎ３倍 大小．大的扩张需要更多的能量，而且会引起更强 的地面运动，特殊的前端扩张器可以解决这些问题． 此外，小管径的管道可能更难被爆裂，因为它的管壁 相对于钻头的尺寸要厚一些．目前，在旧管管径的 而且更大一些的管径 在液压胀管系统中，液压扩张钻头顺着管道与 基础上扩张３０％是普遍做法， 绞车连接，这个钻头间歇地张开从而使管道破裂，并 扩张已经在一些工程中成功地实现．且迫使碎片进入土里，其张力垂直地作用到管道上， ２．３爆管长度 爆管长度通常为２５～３５ ｍ，这是通常下水道检 因而比其他系统要更强有力．这个系统经常被应用 到污水管道更新及管径扩张中． 液压胀管系统适用于更换５０～６００ ｍｍ管径的 修孑Ｌ之间的距离．然而，更长的爆管可根据需要实 现．长距离的爆管一般需要更强有力的设备来完成 ． 玻璃黏土管、混凝土管、铸铁管和石棉水泥管．新管 的管材多为聚乙烯、聚丙烯、黏土或ＧＲＰ（玻璃钢）． 一３设计爆管法需考虑的因素 因为非开挖修筑工程要求在地面下进行一定程 １．３静力牵引器 度的挖掘工作，因此它们在本质上与传统的开挖安 静力钻头没有移动的内部，它只是靠一个沉重 装过程有着许多共同的不利因素．为了避免这些不 的牵引装置，通过连接分段的钻孑Ｌ机杆或沉重的链 利因素，一些因素如土壤条件、管径扩张程度和爆管 条，将其从管道内部牵引，作用到钻头的张力是相当 大的．圆锥形的爆裂钻头将水平牵引力转变为半径 力，这使得旧管爆裂并且给新管道提供了空间． 静力牵引系统适用于更换５０～２００ ｍｍ管径的 铸铁管和易延展的铁管，聚乙烯和ＰＶＣ适用于新管 管材，其应用长度为８０ ｍ． 般其应用长度为８０～９０ ｍ． 深度都应在设计管爆系统中考虑到． ３．１土壤条件 理想化的土壤参数，如体积模量、剪切模量、弹 性模量、泊松比、扩张角和磨擦角都与爆管产生的土 壤位移有关圈．土壤条件与在爆管过程中的地面运 动、替换管的布置和对附近结构组织的影响均有关． 底部土壤应该能够支撑起爆管设备和新管的质量， 而且土壤条件在管道周围应该非常均衡并沿着管道 爆管法是更换管道的前沿技术．根据土壤和工 长度一致．如果在现有管道周围的土壤条件是均衡 地环境的多样性，这种方法能够在大范围管径和多 的，那么爆管法可以减小现有管道的下陷，但在现有 ２爆管法的适用性 种类管材中得到应用．因此，管材、爆管长度、土壤 条件、管线埋深和新管道管径是决定爆管法适用性 至关重要的因素． ２．１管材 管道下方的坚硬土壤或岩石基底可以抑制管道下腹 的爆裂，并且会导致爆裂钻头朝着管道顶部爆裂，从 而使替代管道完全地偏离到现有管道的外围．如果 现有的土壤是松散的沙子，或是还正在下沉的新沟 最适合用爆管法替换的旧管管材一般为易碎的 材料，例如铸铁、玻璃黏土、普通混凝土、石棉或一些 塑料材料；而且，没有被加固的混凝土管也可通过 爆管法被替换．易延展的铁管和钢管不适合传统爆 管法，但新的特殊装置提供了一些爆裂它们的方法【３】． 通常用于爆管法的管材如表１所示． ２．２管径 被爆裂的管径范围为５０～９００ ｍｍ，最大甚至到 １ ２００ ｍｍ．在不久的将来，利用新的设备，爆裂很大 的管径，如２ ０００ ｍｍ，或更大管径也能够成为可能． 槽回填，那么爆管过程就会使现有的土壤进一步下 沉．另外，如果土壤非常紧凑，而且管道没有被埋得 很深，那么爆管过程很可能会产生地表隆胀，尤其是 在大程度地扩张管径的时候同．在沙地，爆裂钻头产 生的尾部空穴很容易局部坍塌．对邻近管道的干扰 也与土壤的种类有关．如果管道位于松软的土壤，那 么荷载力的传递就没有通过强硬且不能压缩的土壤 那么显著． ３．２管径扩张程度 管径扩张程度是影响爆管方法选择的因素之 表１适用于爆管法的管材 Ｔａｂ．１ ｐｉｐｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｐｉｐｅ ｂｕｒｓｔｉｎｇ 管道类型 旧管 管材种类 ＶＣＰ（玻璃黏土管），混凝土管，ＣＩＰ（铸铁管），ＡＣ（石棉水泥管），塑料管（如ＰＶＣ，ＰＥ，ＡＳＳ），ＤＩＰ（钢和易延展性铁管） 新管ＨＤＰＥ（高密度聚乙烯），ＰＶＣ（聚氯乙烯），易延展性铁管，玻璃纤维，金属管等． 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 一 丁文捷：正在兴起的非开挖技术——爆管法 ２３７ ．例如，大比率地扩张管径不能用静力牵引方 法，这是因为这种方法仅仅依赖于牵引力，它不足以 爆裂管道． 当已经是很大管径的管道被大幅度地扩张时将 出现一些操作恶化，在２～３倍于管道直径时，相当 大的位移则会发生．不合适的管径扩张程度也会引 —爆管力（Ｎ）；Ｐ１一土对爆管头的阻力（Ｎ）； 一旧管道对爆管 起地面的振动． ３．３爆管深度 旧管的埋深影响着周围土壤的膨胀．而且，地 下水位的影响是随着深度而变化．随着深度的增加， 插人坑和接受坑也会相应增大而且会更加复杂 ． 旧管的埋深在不同方面影响着爆管过程，例如：①存 在地下水或是更深的地下水需要进行脱水或额外地 脱水；②由于额外的土壤质量，爆管之后的土壤膨胀 会变得更加困难；③根据土壤的种类，扩张新管道 管径会需要额外的土壤膨胀；④由于必须的安全 程序，人口坑（插人坑）和出口坑（接受坑）则需要 额外的支撑；⑤由于额外的土壤荷载，允许的弯曲 度会减小． 现有管道不深及地面位移向上运动是发生很 大地面位移的临界条件．如果爆管发生在最小覆盖 深度之下，并且同邻近的地下结构有一定距离，那么 地面位移应该是可以被接受的．３．３５ ｍ和２．４５ ｍ分 别是爆管对于住宅建筑物和邻近的地下建筑的安全 的距离罔． 旧管道所处的地层条件对地表移动的影响很 大．当旧管道处在可压缩的土层中，爆管时引起的地 表移动会比较小，变形分布也相对容易控制，如可塑 黏土层；而在软土层中施工时，由于软土层的强度 低、压缩性高、地下水位高、渗透性低，变形持续时间 较长，所以在软土层中施工，容易引起地层变化．地 层的变形控制是施工质量控制的重要内容．地层条 件的影响包括地下水的影响，由于在一些城市中管 道埋置较深，有的在地下１０ ｍ左右，因此必然考虑 地下水的影响．爆管法施工时，会引起土体孔隙水压 力的变化，由于总应力不变，土体的有效应力会随之 发生变化，产生垂直方向上的变形． 在不同地层条件下进行爆管法施工，要针对具 体条件选择不同的施工方法，以达到良好的技术和 经济效果．不论采用何种方法，必须考虑旧管道的 埋深情况，如果旧管道的埋深较小，就会对周围的土 体产生较大的影响，这时不宜选用爆管法．另外一 个重要的施工条件是爆管力７１（图３）． 为了达到破裂旧管道的目的，根据力学原理可得 Ｔ＞ＰｌｓｉｎＯ／２＋ＰｚｓｉｎＯ／２＋Ｆｙ， （１） 毋：． ＋Ｇ）． （２） 头的阻力（Ｎ）； 一由垂直土压力施加管壁的法向力（Ｎ）； 一由 水平土压力施加管壁的法向力（Ｎ）；Ｇ一管道自重（Ｎ） 管壁与 土的摩擦因数；竹一摩阻力（Ｎ）； —爆管头的角度． 图３受力分析 Ｆｉｇ．３ ｆｏｒｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ 爆管力７１的选取必然会对施工产生较大的影 响，主要表现在对旧管道的破碎程度，与此相关的土 体扰动情况及周围土层的变形情况．爆管力的选取 要综合考虑地层条件、旧管道的管材等因素以后再 选取合适的值． ４爆管法的优点 爆管法能够使城市更换地下设施时不影响地表 建筑物．这项先进的技术使用了带有特殊爆裂钻头 且具有强推动力的穿透工具，使得旧管道被击碎，并 同时拖人新的替换管道．更重要的是，它能够在不 影响地表建筑物的情况下工作． 爆管法有一些比开挖沟槽法和其他非开挖修复 方法更为独特的优点：①由于它是沿着现有管道线 路施工，所以容易和邻近设施相协调；②爆管法可以 通过增大沿线管径而使整个管道系统的容量增大； ③适用于无污染物的饮用水管道的安装，并无须对 工作区进行预先清洁处理；④精度校准和新管道的 安装同时进行，并可在覆盖土层相对较浅的情况下 施工；⑤新道管径可以小于、等于或远大于旧管道 管径，并且最小寿命期可达８０ ａ；⑥工作的高效 率——可达到每天施工２００ ｍ（Ｅｈ工作类型决定），并 产生较小的交通中断，同时，减少了开挖和重建的费 用，达到低排放、高质量和安全的标准；⑦系统组成 是根据牵引力和推力而设计． ５结语 爆管法代表了非开挖替换现有管道的一种有效 方法，在国外，它的许多应用方向仍在研究中．爆管 法表现出的一个优于其他管道更新方法的特点是： 它能够通过增大管径使得流量增大，并且能安装一 个可以独立行使现有管道作用的新管道．不同种类 的方法用在了爆管技术中，如静力牵引、气动锤和液 压胀管器等系统，这些方法在不同的环境下具有不 维普资讯 http://www.cqvip.com ２３８ 宁夏工程技术 第６卷 同的适用性．与开挖沟槽的方法相比，爆管法的特 ［３】梁坚．燃气管网建设与旧网改造中的非开挖技术［Ｊ］．上 性要求与传统的置换方法有着不同的考虑因素，如 海煤气，２０ｏ２（５）：３５＿４５． 管道的性质、特性及其周围的环境条件等等，都是 ［４１ ＳＩＭＩＣＥＶＩＣ Ｊ，ＳＴＥＲＬＩＮＧ Ｒ Ｌ．Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ Ｐｉｐｅ Ｂｕｒ・ 分析爆管法可行性并且避免在安装过程中可能出 ｓｔｉｎｇ［Ｒ］．ＵＳ：ＥＲＤＣ，２００１． 现危险的主要因素．为了确保成功的操作，设计人 ［５］ＳＡＢＥＲ Ａ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｇｒｏｕｎｄ Ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ ｄｕｅ ｔｏ 员应该能够预期到地面运动的潜在危险性和对周 Ｐｉｐｅ Ｂｕｒｓｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ２００３（１ １１：１４０—１４４． 围设施的影响． ［６ ＡＴＡＩ６］ＡＨ Ａ．Ｇｒｏｕｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｈａｒｄ ｒｏｃｋ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ 参考文献： ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｐｉｐｅ ｂｕｒｓｔｉｎｇ［Ｍ］．ＵＳ：ＡＳＣＥ，２００４：１—１０． ［１】ＫＲＡＭＥＲ Ｓ Ｒ，ＭＣＤＯＮＡＬＤ Ｗ Ｊ，ＴＨＯＭＳＯＮ Ｊ Ｃ． ［７】ＤＵＡＮ ＺＨＥＮＹＡＮＧ．Ｇｒｏｕｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｍ］．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ： ｍｉｃｒｏｔｕｎｎｅｌｉｎｇ［Ｄ］．Ｊａｃｋｓｏｎ：Ｊａｃｋｓｏｎ ｓａｔｔｅ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｖａｎ Ｎｏｓｔｒａｎｄ Ｒｅｉｎｈｏｌｄ，１９９２：１２４． ２０ｏ１． ［２］ＬＵＥＫＥＬ Ｊ Ｓ，ＡＲＩＡＲＡＴＮＡＭ Ｓ Ｔ．Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ［８】ＡＴＡＩＡＨ Ａ．Ｓａｆｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌａｒｇｅ・ｄｉａｍｅｔｅｒ ｒｏｃｋ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｐｉｐｅ ｒｅｐｌ— ｐｉｐｅ ｂｕｒｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｎｅａｒｂｙ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ａｎｄ ｂｕｒｉｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕ— ａｃｅｍｅｎ￣．Ｐｒａｃｔｉｃｅ Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌ ｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６， ａｎｄ Ｃｏｎｓｔｎｒｃｔｉｏｎ，２００１（２）：２５． １３２（４）：３５０－３５６． Ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－－ｐｉｐｅ ｂｕｒｓｔｉｎｇ ＤＩＮＧ Ｗｅｎ－ｉｆｅ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｉｎｇｘｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ ７５００２１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｐｉｄｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ａｒｅａｓ ｉｎ ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｇａｓ ｐｉｐｅｓ，ｓｅｗｅｒ ｐｉｐｅｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｍａｉｎｓ．Ｐｉｐｅ Ｂｕｒｓｔｉｎｇ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｏｎｌｙ ｒｅｎｅｗａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｐｉｐｅ ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ａ ｂｕｒｉｅｄ ｐｉｐｅ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｐｌａｃｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｎｅｗ ｐｉｐｅ ｔｈａｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｐｅｒｍｉｔｓ ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｌｉｎｅ ｔｏ ｂｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｂｕｒｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｇｉｖｅｓ ｇｅｎｅｒａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｙｔ，ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｐｉｐｅ ｂｕｒｓｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐｉｐｅ ｂｕｒｓｔｉｎｇ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｉｆｎｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ （责任编辑、校对王德平） （上接第２３４页） Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＳｉＣｐ－ＡＩ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗｉｔｈ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｍａｓｓ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ＴＩＡＮ Ｘｉｎｇ－ｈｕａ （Ｎｉｎｇｘｉａ ｍｅｄｉｃａｌ ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ ７５０００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ＳｉＣ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ＳｉＣｐ－Ａ１ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，ｍａｋｉｎｇ ｕｓｅ ｏｆ ｔｒａｎｄｉｔｉｏｎａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＳｉＣ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ ｒｅｉｆｎｏｒｃｅｄ ｐｕｒｅ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗａｓ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ，ｗｉｈｔ １０％，１５％，２０％ａｎｄ ２５％ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＳｉＣ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｓ’ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｍｉｃｒｏ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ａｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｗｉｈｔ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ ＳｉＣ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｇｅｔ ｍｏｒｅ ｄｏｍｉｎａｎｔ ｗｈｉｌｅ ｉｔ’ｓ ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｇｅｔ ｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｔｈｕｓ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ａｇｒｅｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ｍｉｘｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｒｔｉｃｌｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｒｕｎｄｕｍ；ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｍａｔｉｒｘ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ （责任编辑、校对高继红）
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