PE非开挖技术手册内容正式稿之令狐文艳创作.docx
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PE非开挖技术手册内容正式稿之令狐文艳创作
第一章总则
令狐文艳
第一节总则
一、为了使PE管道在非开挖施工过程中合理安装，正确使用管材、管件，确保工程质量、施工安全、节约材料、提高经济效益，特制定本手册。
二、本手册采用的PE管道为公称外径系列。
管材产品应符合国家标准GB/T13663-2000；管件产品应符合国家标准GB/T13663.2-2005。
三、为了加强对PE管道定向钻进敷设施工的质量控制，特制订本手册。
四、本手册适用于PE管道工程定向钻进敷设及顶管敷设施工及验收，管道口径为D630mm及以下。
五、本手册依据国家工程建设的法律、法规、管理标准和有关技术规范标准编制。
除符合本手册所规定的要求外，尚应符合国家现行相关规范、规范。
六、工程中所需原材料、半成品和成品的质量及工程技术质量标准，应符合国家及生产厂家的有关规范、标准，同时应符合本手册规定。
第二节专业术语
一、非开挖技术trenchlesstechnology
即在不开挖或少量开挖地表的条件下进行各种管线的探测、铺设、修复和更换的施工技术。
二、水平定向钻horizontaldirectionaldrillingtechnology
水平定向钻进技术的简称：
指使用水平定向钻设备、通过定位仪器导向，从地表定向钻孔、扩孔和拉管，在不同的深度和地层铺设地下管线的施工方法。
三、顶管法top-tubemethod
顶管施工就是借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直椎到接收坑内吊起。
与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖敷设地下管道的施工方法。
四、钻进液drillingfluid
由水和膨润土或聚合物调制成的混合液体，用以冷却钻头、携带岩屑与润滑钻具及稳定护壁作用。
五、起始工作坑entryshaft,entrypit,startshaft,startpit
非开挖铺设地下管线的起点，为安装定向钻进设备和存放成孔液而开挖的工作坑。
六、接收工作坑receptionpit,receptionshaft,exitpit,exitshaft
非开挖铺设地下管线的终点，为定向扩孔安装回扩头，回拖管线而开挖的工作坑。
七、导向定位仪locator
利用安装在钻头上的探头发射出来的电磁波信号并通过地表接收装置进行接收以确定地下钻孔位置的电子仪器。
八、导向孔pilothole
导向钻进施工时，按设计轨迹钻进的小口径钻头钻进的最初的小口径钻孔。
又名先导孔。
九、入/出土角entry/exitangle
定向钻进施工时，钻杆钻入地层或钻出地层时钻杆与水平方向所形成的角度。
十、随钻测量measurementwhiledriling（MWD）
在钻进的同时连续检测有关地下钻孔信息的测量技术。
十一、回扩backreaming
在运用定向钻进设备施工过程中，钻完导向孔后，根据铺设管线的管径及钻机能力，利用扩孔钻头进行回拉扩孔的施工过程。
回扩可进行多次。
十二、回扩钻头backreamer
用于逐级扩大钻孔，连接在钻杆前端的钻头。
十三、回拉pull－back
铺设管线时，将待铺设管线从接收工作坑反方向拉回到起始工作坑，称之为回拉，亦称回拖。
第二章非开挖技术及公司产品简介
第一节地下管线的分类
当今社会，几乎所有的人类活动都离不开地下管线（管道和电缆）（如图1）。
（图1地下管线分类图）
随着科技的进步和社会的发展，城镇和农村大量的新管线需要铺设，现有的管线需要及时的检查、维护和修复。
而传统的开挖技术具有很大的局限性，如造成交通不便、影响环境、施工周期长、成本高等，已经不能适应新时代的需要。
此外，管线经过古迹保护区、闹市区、农作物及植物保护区、高速公路、铁路、建筑物、河流等场合，施工十分困难，甚至根本无法进行施工。
因此，非开挖技术（TrenchlessTechnologyorNo-Dig）应运而生。
第二节非开挖施工技术介绍及施工方法
非开挖地下管线铺设施工技术（简称非开挖铺管技术）是指利用岩土钻掘、定向测控等技术手段，在地表不挖槽和地层结构破坏极小的情况下，对诸如供水、煤气、天然气、污水、电信电缆等公用管线进行铺设的施工技术。
非开挖施工方法早在19世纪末就已经出现，一些非开挖铺管法，如顶管法和水平钻进法已大量采用，只是当时没有使用“非开挖”这一术语而已。
这里将顶管法和水平钻进法称为“传统的非开挖地下管线施工法”。
本施工技术手册也是主要针对这两种施工方式进行讲解和概述。
20世纪70年代以来，为了适应经济发展的需要，陆续出现了各种新的非开挖地下管线施工方法（参见表2－1）。
这些方法与传统的非开挖方法相比具有以下的特点：
1、引入了管线轨迹的测量和控制技术；
2、可在复杂地层（如在地下水位以下、含卵砾石的地层和硬岩地层）中施工；
3、大大提高了铺管的能力，包括铺管的直径、长度和精度；
4、可以原位更换和修复现有的地下管线；
5、高效、低成本。
为了区别于传统的非开挖地下管线施工法，我们称新的非开挖地下管线施工法为现代的非开挖地下管线施工法，其所使用的非开挖施工设备称为现代非开挖工程机械。
非开挖施工方法大致可分为如下三大类：
1、管线铺设：
铺设新的地下管线；
2、管线更换：
在原位更换旧管线；
3、管线修复：
修复现有管线的局部缺陷或改善其性能。
（表2－1）常见非开挖施工技术的特点及应用见下
施工方法
典型应用
管材
适用管径
施工长度
管线铺设
顶管法
各种大口径管道，跨越孔
钢、塑料
＞900
30—1500
定向钻进法
长跨越孔，水平环境井
钢塑料
300—1500
100—1500
管线更新
爆管法
各种重力和压力管道
PE
50—1200
230
吃管法
各种重力和压力管道
PE
100—900
200
管线修复
注:
PE=聚乙烯
第三节中财PE非开挖管材产品及性能介绍
一、执行标准
我公司的PE非开挖给水管材按国家标准GB/T13663-2000、管件按照国家标准GB/T13663-2005组织生产，并符合卫生标准GB/T17219规定。
PE非开挖排污管材按照标准
二、产品种类
1、中财PE非开挖管材所用原料主要为PE100。
管材长度一般为6米或12米，也可根据客户要求供货。
PE非开挖管材产品规格见表：
（表2-1）PE100级非开挖给水管材公称压力和规格尺寸
规格
壁厚mm
SDR11
SDR13.6
SDR17
SDR21
D110
10.0
8.1
6.6
5.3
D125
11.4
9.2
7.4
6.0
D140
12.7
10.3
8.3
6.7
D160
14.6
11.8
9.5
7.7
D180
16.4
13.3
10.7
8.6
D200
18.2
14.7
11.9
9.6
D225
20.5
16.6
13.4
10.8
D250
22.7
18.4
14.8
11.9
D280
25.4
20.6
16.6
13.4
D315
28.6
23.2
18.7
15.0
D355
32.2
26.1
21.1
16.9
D400
36.3
29.4
23.7
19.1
D450
——
——
26.7
21.5
D500
——
——
29.7
23.9
D560
——
——
33.2
26.7
D630
——
——
37.4
30.0
2、我公司的PE非开挖管材，与其配套的管件完全可以满足工程需要。
管件根据施工方法、用途的不同，可分为电熔管件和热熔管件；根据生产方式的不同，可分为注塑管件和焊制管件两大类。
大部分管件都可以采用注塑模具一次成型，但对于一些壁厚、体积、重量都较大的管件，则采用管材焊制加工的方法制造。
采用焊制方法的管件有三通、四通和弯头，公称尺寸范围随着管材扩大；采用注塑方法生产的热熔管件有法兰、异径套通、弯头、等径三通、异径三通和端帽；电熔管件也采用注塑的方法生产，其种类有电熔套筒、电熔异径套通、电熔弯头、电熔三通和电熔鞍型三通等。
（如下图2）
1、焊制45°弯头2、焊制三通3热熔三通
4、电熔90°弯头5、电熔套筒6、电熔三通
图2部分管件
三、产品外观
1、我公司的PE非开挖管管材、管件颜色均为黑色，管材表面有醒目的蓝色色条。
2、管材的内外表面应清洁、光滑，不允许有气泡、明显的划伤、凹陷、杂质、颜色不均等缺陷。
管端头应切割平整，并与管轴线垂直。
3、管件的内外表面应光滑、平整、不允许有气泡、裂纹、明显的凹陷、痕纹、颜色不均等缺陷。
管件应完整无缺陷，浇口及溢边应修除平整。
（如下图2）
图3管材、管件表面图
四、产品特点
1、中财PE非开挖管材产品特点：
（1）中财PE非开挖管材具有其优良可靠的焊接性能——只要用我公司推荐的焊接工艺，焊接后PE管热熔接口的强度高于管材本体的强度，实现了接口与管材—体化，可充分保证管材接口的强度，可有效抵抗非开挖施工过程中所产生的轴向拉伸应力，抗拖拉能力强。
与橡胶圈类接头或其它机械接头相比，不存在因接头扭曲所造成的泄漏或接头易出现脱开的现象。
（2）中财PE非开挖管材具有其优良的挠性——可以有效的避免管道沟槽的不平整度和弯曲度，使得PE管的敷设可以蛇行铺设，大大提高了其敷管的弹性；其次有些非开挖施工技术（如采用内衬法）就是充分利用了PE材料的柔韧性，施工前改变PE管的大小和形状，插入旧管后能很好恢复原来的大小和尺寸。
（3）采用非开挖施工技术，不论是铺设新管或旧管道的修复及更新，刮痕是无法避免的。
刮痕造成材料的应力集中，将导致管道的损坏。
而中财PE非开挖管材具有较好的耐慢速裂纹增长能力，大大减少刮痕的损害。
（4）中财PE非开挖管材质量轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。
（5）中财PE非开挖管材具有良好的卫生性能——材质无毒性，无结垢层，不滋生细菌，很好地解决了城市饮用水的二次污染。
还具有较强的抗地基不均匀沉降性能，其断裂伸长率一般超过了500%，非常适合非开挖的拖拉管或修复管。
（6）中财PE非开挖管材有效的解决了普通PE双壁波纹管和PE缠绕管只能短距离铺设的局限，同时也解决了因接头强度过低和外壁粗糙所致的摩擦过大而易拉断或渗漏的隐患。
（7）中财PE非开挖管材具有其卓越的耐腐蚀性能——除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质侵蚀；无电化学腐蚀。
有效的解决了传统的铸铁管，钢管的易腐蚀、使用寿命短、施工难度大，成本高、卫生指标达不到要求等缺陷。
（8）中财PE非开挖管材具有良好的抗震性能——有效的解决了传统的管道材料抗地基不均匀沉降性能低下的缺陷。
（9）中财PE非开挖管材内外壁光滑，水流阻力小——能充分提高管材的通径流量。
同时管材耐摩擦系数低，采用定向钻施工时，穿管阻力小。
（10）中财PE非开挖管材耐冲击强度高——重物直接压过管道，不会导致管道破裂。
（11）中财PE非开挖管材具有长久的使用寿命——在额定温度、正常的工作压力状况下，PE管道可安全使用50年以上。
（12）中财PE非开挖管材管材件配套齐全——完全可以满足工程需求，杜绝了因采用不同厂家管材焊接后焊接接口脱开或漏水的隐患，为管材后续的质量跟踪提供保证，解决了用户的后顾之忧。
2、中财PE非开挖管材采用非开挖技术施工时，与传统的施工方法相比较具有以下优点：
（1）解决了传统开挖施工法对居民正常生活的干扰，对交通、环境、周边建筑物等基础的破坏和不良影响。
非开挖施工基本不会阻断交通、破坏绿地、影响商店、医院、学校和居民正常生活和工作秩序。
（2）在传统施工方法无法施工或不允许开挖施工的场合，如穿越运河、湖泊、重要交通干道等区域，可采用我公司PE非开挖管材从其下方穿越铺设。
（3）现代非开挖技术可以高精度地控制地下管道的铺设方向、埋深、并可使管道绕过未曾发现的地下障碍（如巨石和地下构筑物）。
（4）有较好的经济效益和社会效益，在一些难以采用开挖施工的场合，非开挖管道铺设、更换、修复的成本可低于开挖法施工，管径越大，埋深越大，优势越明显。
五、产品性能
1、PE非开挖给水管材性能指标
（表2－3）PE给水管材物理性能要求
序号
项目
要求
1
断裂伸长率,﹪
≥350
2
纵向回缩率（110℃）,﹪
≤3
3
氧化诱导时间（200℃）,min
≥20
4
耐候性（管材累计接受≥3.5GJ/㎡老化能量后）
80℃静液压强度（165h）
不破裂,不渗透
断裂伸长率,﹪
≥350
氧化诱导时间（200℃）,min
≥10
（表2－4）管材的静液压强度
序号
项目
环向应力,MPa
要求
PE80
PE100
1
20℃静液压强度（100h）
9.0
12.4
不破裂,不渗透
2
80℃静液压强度（165h）
4.6
5.5
不破裂,不渗透
3
80℃静液压强度（1000h）
4.0
5.0
不破裂,不渗透
2、检测设备
检测设备是产品品质的重要保证，在大规模、集约化的生产过程中，产品质量的稳定性与一致性有举足轻重的作用，PE管在我国尚属新型建材，具有极高的安全保障要求，中财管道在引进世界最先进的生产设备和最优质原料的同时，更添置了一系列先进的检测设备，如多台全自动高低温恒温控制的大型管材耐压爆破试验机，电子拉力实验机，机械式拉力试验机，恒温干燥箱，气密性试验箱，从美国进口的DSC差式扫描量热仪，熔融指数仪，电熔，热熔焊机及多角焊机等，为用户提供高品质的产品。
1、融体流动速率测定仪2、DSC热差扫描测试仪
3、德国IPT管道液压爆破实验机4、水分快速测定仪
5、电子拉伸试验仪
（图4部分检测设备）
六、中财PE非开挖管材的应用领域
1、城镇自来水管网系统；
2、城镇燃气管网系统；
3、可用于内衬法、修复法、爆管法置换水泥管、铸铁管和钢管的管网系统；
4、工业原料输送管道；
5、园林绿化供水管网；
6、埋地排水、排污用管网系统；
7、农用灌溉管道系统；
8、通讯光缆、电力电缆用护套管网系统。
七、中财PE非开挖管材最大铺设长度，可参考下表：
（表2-5）PE100管材最大铺设长度
规格
扩孔钻
头外径
0.8MPa
1.0MPa
1.25MPa
1.6MPa
长度
拉力
长度
拉力
长度
拉力
长度
拉力
D110
D250
68
18.7
90
23.1
118
28.6
143
34.1
D125
D300
76
24.2
99
29.7
127
36.3
163
45.1
D140
D300
108
30.8
121
37.4
180
46.2
193
56.1
D160
D300
116
40.7
146
49.5
182
60.5
226
73.3
D180
D300
132
50.6
168
62.7
210
77
255
90.2
D200
D300
150
62.7
191
78.1
234
94.6
283
113.3
D225
D300
178
80.3
220
97.9
272
119.9
333
150.7
D250
D450
180
97.9
227
119.9
285
147.4
351
178.2
D280
D450
207
123.2
259
150.7
324
184.8
396
223.3
D315
D500
235
155.1
296
191.4
369
234.3
434
272.8
D355
D500
270
196.9
338
243.1
419
297
511
358.6
D400
D550
308
250.8
384
308
475
376.2
582
456.5
D450
D600
346
317.9
431
390.5
532
476.3
651
577.5
D500
D700
383
392.7
479
482.9
591
588.5
725
713.9
D560
D750
428
491.7
535
603.9
661
738.1
807
893.2
D630
D800
486
621.5
607
765.6
749
933.9
915
1131.9
注：
长度—PE管材铺设的最大长度（m）拉力—PE管材能够承受的最大拉力（KN）
八、中财PE非开挖管材在非开挖施工中如何选用管材
用于定向钻敷设的聚乙烯（PE）管道，除了满足流量、压力以外，管材材料还必须是具有良好的耐慢速裂纹增长和抗快速裂纹扩展的性能，具有独特的柔韧性，抗拉强度和弹性模量高的管材。
建议采用PE100SDR11系列管材，因为它能提供较大的强度、弹性模量和环刚度，这是由于定向钻钻出的孔洞直径是管道外径的1.2-1.5倍，敷设管道一般均在地表3m以下，管道周围填充钻孔泥浆和土壤切削的混合物。
这些混合物在未脱水固化时，管材的侧土及周围还不能象填充材料那样给管道提供土壤的支撑，回拖时管道要有弯曲变形，除承受对孔洞土壤的压缩推力外，还要承受回拖力。
回拖力过大时，管材会发生变形，从而使管材的整体性能下降。
因此，确定安全的回拖力是选材的重要内容。
回拉力计算请参照第三章第四节中回拉力计算公式。
第四节管材、管件运输及贮存
一、管材、管件在运输、装卸和搬运时，应小心轻放，排放整齐，避免油污，不得受剧烈撞击及尖锐物品碰触，管材吊装不得采用金属绳索不得抛、摔、滚、拖。
二、管材长距离运输，宜采用支承架、成捆排列、整齐运输；散装件运输应采用带挡板的平台车辆均匀堆放，平台或挡板不得与管材直接接触，应加支垫物。
三、管材与车辆应牢固固定，运输时不得松动；带承口管材应分插口承口二端交替堆放整齐，捆扎牢固。
四、管材堆放场地应平整，无突出尖棱物块，不应露天堆放；室内库房贮存应通风良好，室温不宜大于40℃，远离热源，且应避免接触腐蚀性试剂或溶剂。
五、管材直管堆放高度应小于或等于1.5m，带承口管材承口和插口两端交替排列存放；管件应码放整齐，堆放高度不宜超过2.0mm。
堆放场地或库房应设灭火器和消火栓。
六、管材出库应遵守“先进先出”原则，减少管材、管件库存时间，不宜大于一年；管材、管件在工地短期露天堆放时，严禁在阳光下暴晒，应有篷布覆盖。
第三章工程设计
第一部分非开挖定向钻进施工设计
第一节一般规定
一、非开挖铺管工程一般情况下宜按两阶段设计：
初步设计和图件设计。
二、对重大的、技术复杂的穿越工程应进行初步设计。
初步设计应根据国家现行标准、规范，在充分调查研究基础上，结合管线的使用功能和建设方意见，优化设计方案。
三、非开挖铺管施工图设计应包括下列内容：
1、工程概况：
项目、地点、内容、主要工程量、计划施工周期；
2、既有地下管线；
3、施工方法、技术工艺；
4、施工机具及材料；
5、检验及验收标准。
四、设计文件应提交施工图审查，审查合格后方可使用。
五、设计变更应填写设计变更通知书及变更内容，并经原审图机构审查确认后方可继续实施。
第二节导向孔轨迹设计
一、定向钻导向孔轨迹设计应包括下列内容：
1、钻孔类型和轨迹形式；
2、选择造斜点；
3、确定曲线段的曲率半径；
4、计算各孔段钻孔轨迹参数。
二、定向钻导向孔轨迹宜由斜直线段、曲线段、水平直线段等组成。
其设计应根据生产管线技术要求、施工现场条件、施工机械等进行轨迹综合组合。
三、定向钻导向孔轨迹设计可采用作图法或计算法确定。
1、作图法：
入、出土角和曲线段的确定可按图5进行。
（图5导向孔轨迹设计示意图）
图中：
α1——入土角
α2——出土角
A——入土点
D——出土点
B——第一曲线段和直线段轨迹变化点
C——直线段和第二曲线段轨迹变化点
h——轨迹（铺管）深度
L1+L2+L3——定向钻铺管水平长度
2、计算法：
入、出口角和曲线段的计算可按本规程图5.3.3及下列公式计算。
四、入土角应符合下列条件：
1、入土角应根据机具设备性能确定；
2、入土角应根据施工场地条件确定；
3、入土角应根据穿越路由上既有地下管线（构筑物）的分布情况确定；
4、入土角（点）距穿越障碍物起点的距离应能完成造斜段的钻进；
5、入土角（点）应能达到铺管深度要求；
6、入土角宜为80～200。
五、出土角应根据定向钻铺设管线类型、材质、管径确定。
PE管、PVC管的出土角宜在00～200。
六、在地面上采用始钻式钻机钻进导向孔时，第一直线段轨迹应是入土角的斜直线段，该段最小距离不应小于一根钻杆长度；大型设备该段距离不宜小于10m。
七、定向钻穿越公路、铁路、河流、地面建筑物时，最小覆土深度应符合专业规范要求；当专业规范无特殊要求时，最小覆土深度应符合表3－1的规定。
（表3－1）最小覆土深度
项目
深度
城市道路
与路面垂直净距＞1.5m
公路
与路面垂直净距＞1.8m；路基坡角地面以下＞1.2m
高速公路
与路面垂直净距＞2.5m；路基坡角地面以下＞1.5m
铁路
路基坡角处地表下5m；路堑地形轨顶下3m；0点断面轨顶下6m
河流
一级主河道百年一遇最大冲刷深度以下＞3m
二级河道河底最低标高以下＞3m，最大冲刷深度以下2m
地面建筑
根据基础结构类型，经计算后确定。
注：
最小覆土深度还应必须大于生产管管径5～6倍以上。
八、定向钻铺设的管线与建筑物或既有地下管线的距离应符合下列规定：
1、铺设在建筑物基础以上时，与建筑物基础的水平净距不得小于1.5m；
2、铺设在建筑物基础以下时，与建筑物基础的水平净距必须在持力层扩散角范围以外，尚应考虑土层扰动后的变化，扩散角不得小于450；
3、在建筑物基础下铺设管线时，必须经过验算后确定深度；
4、与既有地下管线水平铺设时，D200mm以上的管线，净距应为最大扩孔径的2倍以上；φ200mm以下的管线，净距不得小于0.6m；
5、从既有地下管线上部交叉铺设时，垂直净距应大于0.6m；
6、从既有地下管线下部交叉铺设时，垂直净距应符合下列要求：
（1）粘性土地层应大于扩孔直径的1倍；
（2）粉土地层应大于扩孔直径的1.5倍；
（3）砂土地层应大于扩孔直径的2倍；
（4）小直径管道（D＜110mm）垂直净距不得小于0.5m。
7、遇可燃性管道和特殊管线及弯曲孔段应考虑加大水平和垂直净距。
若达不到上述距离时，应增设有效的技术安全防护措施。
九、定向钻铺设PE管的最小允许曲率半径可采用以下公式计算：
式中：
－曲率半径（cm）
E－弹性模数（Mpa）
DH－管外径（cm）
－弯曲应力（Mpa）
铺设PE管时，钻孔轨迹的曲率半径应同时满足钻杆的曲率半径。
十、钻杆的曲率半径应由钻杆的弯曲强度值确定。
根据工程实践经验，一般情况下钻杆弯曲半径为1200D以上（D为钻杆外径）
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