CN104747859A - 一种管道免开挖快速修复方法及其所用的牵引杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道免开挖快速修复方法，包括旧管道定位-旧管道清洗-修复-检查过程，修复过程是将UHMW-PE管利用多级缩径机缩径，用复合碳纤维牵引杆将缩径后的UHMW-PE管拉入旧管道内，UHMW-PE管自然恢复原始尺寸后外壁与旧管道内壁紧密贴合形成复合管，适用管径为DN40～DN600；本发明同时涉及了所用的牵引杆。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)采用UHMW-PE管，具有良好的耐磨损性、抗冲击性和抗应力开裂性；2)UHMW-PE管在一次穿越长度范围内为连续管，无需焊接，无需机械变形，在穿插完成后也不必加热加压；因此施工过程更加简单，成本更低；3)牵引杆采用复合碳纤维材料制成，具有很高的抗拉强度和韧性，可实现DN100以下管道修复施工，一次穿越长度可达2000米。

Description

一种管道免开挖快速修复方法及其所用的牵引杆

技术领域

本发明涉及管道修复技术领域，尤其涉及一种管道免开挖快速修复方法及其所用的牵引杆。

背景技术

各种管道经过多年运行后，由于腐蚀、运行管理不善等原因，不可避免的会产生各种损伤和泄露，带来严重的经济损失，但全线更换新管道，不仅工程量庞大，而且耗资大、工程期长。如何经济高效、快捷地恢复管道安全运行受到了国内外的极大关注，因此管道修复技术的研究具有十分重要的意义。

管道修复的方法有很多种，近年来采用穿插修复旧管道的方法因为施工快、免开挖、修复费用低等优点得到了推广应用，此方法是将合适尺寸的新管插入需要修复的旧管道内，利用原有旧管道的抗冲击、抗压能力和新管道的耐腐蚀、耐磨特性形成具有综合特性的复合管道。目前常用的新管是PE(聚乙烯)管和HDPE(高密度聚乙烯)管，其中PE管的耐温极限仅为60℃，因此只适用于输送60℃以下的燃气或生活污水等；HDPE管的耐温极限可达到100℃，同时具有良好的耐腐性能。而本发明采用的UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)管机械性能指标高于HDPE管，具有突出抗冲击性、耐应力开裂性、耐高温蠕变性、低摩擦系数、自润滑性，还具有卓越的耐化学腐蚀性、抗疲劳性等优点。

申请号为03126240.6(申请日为2003年7月4日)的中国专利公开了一种“交联高密度聚乙烯和及其穿插修复旧管道的施工工艺”，其中对管道修复的施工工艺做了详细的描述，其修复过程的第五步为“让缩径后的交联HDPE管通过定型装置，将缩径的交联HDPE管定型”，第七步“给交联HDPE管两端采用热熔焊法焊接法兰，进行封头处理，”第八步“给交联HDPE管内充含有交联促进剂的热介质，保温保压，使缩径的交联HDPE管恢复变形，并进行交联反应，同时涨贴于施衬的管道内；”申请号为201310139949.5(申请日为2013年4月22日)的中国专利公开了一种“既有管道修复方法”，其修复过程的第三步为：“HDPE管焊接，并将其断面机械变形为马蹄形”。从这两个公开文件来看，采用HDPE管的修复过程相对复杂，而本发明采用UHMW-PE管，在一次穿越长度范围内为连续管，无需焊接；其与牵引头连接部分采用收缩缝和连接件达到与锥形连接段紧密贴合的目的，无需机械变形；而在穿插完成后，也不必加热加压。

“交联高密度聚乙烯和及其穿插修复旧管道的施工工艺”的《权利要求书》中明确指出“适用的管径为DN100～DN1200，一次施衬长度在1000米左右。”事实上，在本行业内，因为受牵引杆抗拉强度和HDPE管抗拉强度的限制，采用牵引法通常只能进行DN100以上管的修复，目前普遍采用管道机器人牵引铁线穿过，再通过铁线牵引钢丝绳，钢丝绳再牵引聚乙烯管的方法。但由于小管径管道机器人无法通过，所以DN100以下管始终无法采用穿插法修复。

发明内容

本发明提供了一种管道免开挖快速修复方法，采用UHMW-PE管施工，实现了DN100以下小口径管道采用牵引穿插施工，施工后的复合管性能更好，而且施工方法更加简单，成本更低；本发明同时提供了采用此方法所用的牵引杆。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种管道免开挖快速修复方法，包括旧管道定位-旧管道清洗-修复-检查过程，所述修复过程是将UHMW-PE管利用多级缩径机缩径，用复合碳纤维牵引杆将缩径后的UHMW-PE管拉入旧管道内，UHMW-PE管自然恢复原始尺寸后外壁与旧管道内壁紧密贴合形成复合管，适用管径为DN40～DN600；具体修复过程如下：

1)在已定位的旧管道两端分别挖一个操作坑，对旧管道进行清洗；

2)将外径为旧管道内径1.01～1.05倍的UHMW-PE管采用多级缩径机进行缩径，缩径量为8％～12％；

3)在一侧操作坑内安装牵引机，用牵引机将复合碳纤维牵引杆杆体推入旧管道内，直至牵引杆杆体从旧管道另一端伸出；缩径后的UHMW-PE管通过牵引头与牵引杆杆体连接，用牵引机拉动牵引杆，UHMW-PE管在牵引杆的牵引下被拉入旧管道内，直到将旧管道内壁全部覆盖；

4)静置24小时以上，待UHMW-PE管直径自然恢复并与旧管道内壁紧密贴合，形成具有耐磨、防腐、高强度特性的复合管。

所述牵引头与UHMW-PE管连接部分具有锥形连接段，UHMW-PE管与牵引头锥形连接段连接部分沿纵向开设4～8道拼接缝并进行拼接，与锥形连接段紧密贴合后通过连接件固定连接。

所述牵引机拉动牵引杆的牵引力为100～320KN，牵引速度为3～10m/min，一次穿越长度≤2000m。

所述旧管道为钢管、铸铁管或水泥管。

一种管道免开挖快速修复方法所用的牵引杆，包括牵引杆杆体和牵引头，所述牵引头具有锥形连接段，牵引头与牵引杆杆体连接处设内螺纹套和外螺纹套通过螺纹连接，内螺纹套与牵引头之间、外螺纹套与牵引杆杆体之间通过连接件固定连接。

所述锥形连接段自牵引头一侧向牵引杆杆体一侧逐渐收紧，锥角为15°～60°；牵引头最外端设锥形引入段，锥角为5°～15°，锥形连接段与锥形引入段之间设圆柱形过渡段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)管，不仅具有HDPE管的所有优点，还具有良好的耐磨损性、抗冲击性和抗应力开裂性；

2)UHMW-PE管在一次穿越长度范围内为连续管，无需焊接；其与牵引头连接部分采用收缩缝和连接件达到与锥形连接段紧密贴合的目的，无需机械变形；而在穿插完成后，也不必加热加压；因此施工过程更加简单，成本更低；

3)UHMW-PE管的抗拉强度高，牵引杆采用复合碳纤维材料制成，也具有很高的抗拉强度和韧性，因此本发明突破性地实现了DN100以下管道修复施工，一次穿越长度可达2000米。

附图说明

图1是本发明所述牵引杆的结构示意图。

图中：1.旧管道  2.UHMW-PE管  3.牵引头  3a.锥形引入段  3b.圆柱形过渡段  3c.锥形连接段  4.弹性圆柱销  5.锁紧螺钉  6.内螺纹套  7.外螺纹套8.加强套  9.牵引杆杆体

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

本发明所述一种管道免开挖快速修复方法，包括旧管道1定位-旧管道1清洗-修复-检查过程，所述修复过程是将UHMW-PE管2利用多级缩径机缩径，用复合碳纤维牵引杆将缩径后的UHMW-PE管2拉入旧管道1内，UHMW-PE管2自然恢复原始尺寸后外壁与旧管道1内壁紧密贴合形成复合管，适用管径为DN40～DN600；具体修复过程如下：

1)在已定位的旧管道1两端分别挖一个操作坑，对旧管道1进行清洗；

2)将外径为旧管道1内径1.01～1.05倍的UHMW-PE管2采用多级缩径机进行缩径，缩径量为8％～12％；

3)在一侧操作坑内安装牵引机，用牵引机将复合碳纤维牵引杆杆体9推入旧管道内，直至牵引杆杆体9从旧管道1另一端伸出；缩径后的UHMW-PE管2通过牵引头3与牵引杆杆体9连接后，用牵引机拉动牵引杆，UHMW-PE管2在牵引杆的牵引下被拉入旧管道1内，直到将旧管道1内壁全部覆盖；

4)静置24小时以上，待UHMW-PE管2直径自然恢复并与旧管道1内壁紧密贴合，形成具有耐磨、防腐、高强度特性的复合管。

所述牵引头3与UHMW-PE管2连接部分具有锥形连接段3c，UHMW-PE管2与牵引头锥形连接段3c连接部分沿纵向开设4～8道拼接缝并进行拼接，与锥形连接段3c紧密贴合后通过连接件固定连接。

所述牵引机拉动牵引杆的牵引力为100～320KN，牵引速度为3～10m/min，一次穿越长度≤2000m。

所述旧管道1为钢管、铸铁管或水泥管。

见图1，是本发明所述一种管道免开挖快速修复时用的牵引杆的结构示意图。本发明所述牵引杆，包括牵引杆杆体9和牵引头3，所述牵引头3具有锥形连接段3c，牵引头3与牵引杆杆体9连接处设内螺纹套6和外螺纹套7通过螺纹连接，内螺纹套6与牵引头3之间、外螺纹套7与牵引杆杆体9之间通过连接件固定连接。

所述锥形连接段3c自牵引头3一侧向牵引杆杆体9一侧逐渐收紧，锥角为15°～60°；牵引头3最外端设锥形引入段3a，锥角为5°～15°，锥形连接段3c与锥形引入段3a之间设圆柱形过渡段3b。

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)材料，可依靠聚乙烯长分子链对原始结构的记忆功能重新组合，因此UHMW-PE管2缩径后直径会逐渐自然到原始状态，UHMW-PE管2具有耐腐蚀、耐磨、摩擦系数小等性能，它的开发成功被普遍认为是20世纪十大科技成果之一，在工程应用中具有广阔的市场前景。

本发明所述一种管道免开挖快速修复方法，是利用超高分子量聚乙烯管2(UHMW-PE管)变形后能自动恢复原始物理形状的特性，用多级缩径机对外径略大于旧管道内径的UHMW-PE管2进行缩径，缩径后利用牵引杆在一定的牵引力和速度下快速将UHMW-PE管2拉入旧管道1内；24小时后，UHMW-PE管2恢复到原来的直径，此时UHMW-PE管2外壁过盈贴附于旧管道1内壁，形成同时具有耐磨和防腐的高强度的复合管，从而使旧管道1得以修复，同时过盈配合方式，对旧管道1起到了强化刚度、提高承压能力的作用。

施工时可在线操作，不必沿管线开槽，仅在起点、终点两处挖两个小型操作坑即可。

多级缩径机由电动机驱动，具有多级成对的碾压轮，操作简单方便、运行可靠，UHMW-PE管2通过缩径机后，直径可缩小10％左右，适用直径范围40-1200mm。

牵引机为卧式橇装设备，安装方便，采用低转速大扭矩液压马达驱动主动链轮轮及夹紧装置，通过记录主动轮转数可以换算成牵引长度，最大可提供320千牛的牵引力。

本发明所述牵引杆由复合碳纤维材料制成，其主要成份为碳纤维、玻璃纤维、超高纤维等，我们目前所采用的是专业厂家生产的成品,其抗拉强度＞2.0GPa,弹性模量＞200GPa。这种复合碳纤维材料制成的牵引杆在送入管道和牵引UHMW-PE管2时有足够的强度。牵引头3采用锥形连接结构，可减小牵引杆在旧管道1中的阻力。

牵引杆使用时，将UHMW-PE管2管端从锥形引入段3a一侧引入并套装在牵引头3上，通过纵向的拼接缝将UHMW-PE管2管端叠合拼接为与牵引头锥形连接段3c部分相适应的圆锥形状，然后在径向用锁紧螺钉5固定。将内螺纹套6与外螺纹套7通过螺纹固定后，再通过径向的弹性圆柱销4实现内螺纹套6与牵引头3的固定连接，通过外螺纹套7与牵引杆杆体9之间采用径向锁紧螺钉5固定，即实现了牵引头3与牵引杆杆体9之间的连接，为进一步增加强度，可在外螺纹套7与牵引杆杆体9之间增设加强套8。

Claims (6)

1.一种管道免开挖快速修复方法，包括旧管道定位-旧管道清洗-修复-检查过程，其特征在于，所述修复过程是将UHMW-PE管利用多级缩径机缩径，用复合碳纤维牵引杆将缩径后的UHMW-PE管拉入旧管道内，UHMW-PE管自然恢复原始尺寸后外壁与旧管道内壁紧密贴合形成复合管，适用管径为DN40～DN600；具体修复过程如下：

1)在已定位的旧管道两端分别挖一个操作坑，对旧管道进行清洗；

2)将外径为旧管道内径1.01～1.05倍的UHMW-PE管采用多级缩径机进行缩径，缩径量为8％～12％；

3)在一侧操作坑内安装牵引机，用牵引机将复合碳纤维牵引杆推入旧管道内，直至牵引杆从旧管道另一端伸出；缩径后的UHMW-PE管通过牵引头与牵引杆连接，用牵引机拉动牵引杆，UHMW-PE管在牵引杆的牵引下被拉入旧管道内，直到将旧管道内壁全部覆盖；

4)静置24小时以上，待UHMW-PE管直径自然恢复并与旧管道内壁紧密贴合，形成具有耐磨、防腐、高强度特性的复合管。

2.根据权利要求1所述的一种管道免开挖快速修复方法，其特征在于，所述牵引头与UHMW-PE管连接部分具有锥形连接段，UHMW-PE管与牵引头锥形连接段连接部分沿纵向开设4～8道拼接缝并进行拼接，与锥形连接段紧密贴合后通过连接件固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种管道免开挖快速修复方法，其特征在于，所述牵引机拉动牵引杆的牵引力为100～320KN，牵引速度为3～10m/min，一次穿越长度≤2000m。

4.根据权利要求1所述的一种管道免开挖快速修复方法，其特征在于，所述旧管道为钢管、铸铁管或水泥管。

5.根据权利要求1所述的一种管道免开挖快速修复方法所用的牵引杆，其特征在于，包括牵引杆杆体和牵引头，所述牵引头具有锥形连接段，牵引头与牵引杆杆体连接处设内螺纹套和外螺纹套通过螺纹连接，内螺纹套与牵引头之间、外螺纹套与牵引杆杆体之间通过连接件固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种牵引杆，其特征在于，所述锥形连接段自牵引头一侧向牵引杆杆体一侧逐渐收紧，锥角为15°～60°；牵引头最外端设锥形引入段，锥角为5°～15°，锥形连接段与锥形引入段之间设圆柱形过渡段。