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HG-80TN 液压换管机机械系统设计与仿真研究 专专 业：业：机械设计及理论机械设计及理论 硕硕 士士 生：生：徐徐 毅毅 指导教师：指导教师：原思聪原思聪 教授教授 摘 要 现代非开挖技术是一种环境友好型的施工技术，随着现代城市化进程的加快， 它的应用将越来越广泛，而本文所述的液压换管机就是一种非开挖施工机械。 本文通过对现代非开挖技术施工方法的研究，并参考已有美国和丹麦生产的 液压换管机的工作原理及工作环境，提出了一种新型液压换管机系统的设计方案。 该机型采用裂管法更换地下管线，可以不用开挖地面即可完成对地下管线的更换， 比传统的施工方法更具优势。在机械结构设计理论的指导下，拟定了该型液压换 管机机械系统的工作原理及方案，进而确定了系统主要的性能和技术参数；与此 同时通过参考相关机械设计手册，完成了液压换管机机械系统各个零部件的结构 设计和标准件的选型。由于拉杆是系统的重要工作部件，因此对其也进行了设计 及全面的校核。 机械系统的现代设计方法极大的提高了产品设计的成功率和可靠性。 本文通过 Pro/ENGINEER 三维建模平台来建立液压换管机的三维实体模型， 应用自上而下的设计方法完成了液压换管机的设计与装配。同时为了验证设计的 合理性，将模型数据导入了 ADAMS 软件进行运动学仿真，实现了液压换管机一 个工作循环的运动学仿真，得到了液压换管机的速度、位移曲线，证明了系统各 项参数满足设计要求。最后，利用 NX Nastran 有限元分析软件对夹紧机构、机 架及拉杆进行了结构的静态有限元分析，获得了它们在工作时的应力应变分 布情况，保证了结构强度满足要求。 本文的工作为国内液压换管机的进一步研发和生产提供了重要的参考依据。 关关 键键 词：词：液压换管机；机械系统设计；动态仿真；有限元分析 论文类型：论文类型：应用研究 Mechanical System Design and Simulation Research of HG-80TN Hydrostatic Pipeburster Specialty: Mechanical Design mechanical system design; dynamic simulation; analysis Thesis Type: Application Foundation I 目目 录录 1、绪论、绪论 . 1 1.1 课题的来源以及背景 . 1 1.2 非开挖技术的发展现状 . 2 1.2.1 国外非开挖技术的发展现状 . 2 1.2.2 国内非开挖技术的发展现状 . 3 1.3 液压换管机的研究现状 . 4 1.4 课题主要研究内容及意义 . 6 1.4.1 课题主要研究内容 . 6 1.4.2 课题研究的意义 . 7 2、地下管线施工方法、地下管线施工方法 . 9 2.1 地下管线的分类及主要施工方法 . 9 2.1.1 地下管线的分类 . 9 2.1.2 地下管线的主要施工方法 . 11 2.2 非开挖施工方法的分类及应用 . 11 2.3 液压换管机工作原理及施工方法 . 13 2.3.1 裂管法的优缺点及应用范围 . 14 2.3.2 裂管法工作原理 . 14 2.3.3 液压换管机施工方法 . 15 2.4 本章小结 . 16 3、液压换管机整机结构设计与计算、液压换管机整机结构设计与计算 . 17 3.1 液压换管机主要工作参数的确定 . 17 3.2 液压换管机工作方案的确定 . 17 3.3 伸缩机构结构设计及计算 . 18 3.3.1 伸缩缸的选择： . 18 3.3.2 导轨的的选择 . 20 3.4 夹紧机构结构设计及计算 . 20 3.4.1 夹紧缸的选择 . 21 3.4.2 杠杆的设计 . 23 3.5 装卸杆机构设计及计算 . 24 3.5.1 液压马达的选取 . 24 II 3.5.2 减速箱的选取 . 25 3.5.3 支架的设计 . 25 3.6 箱体结构设计 . 26 3.7 拉杆的设计计算及校核 . 26 3.7.1 拉杆的设计计算及连接螺纹选型 . 26 3.7.2 拉杆连接螺纹校核 . 28 3.8 本章小结 . 31 4、液压换管机整机数字化模型的建立、液压换管机整机数字化模型的建立 . 32 4.1 建模平台的选择 . 32 4.2 伸缩机构零部件的实体建模 . 33 4.2.1 伸缩液压缸的实体建模 . 33 4.2.2 机架的实体建模 . 34 4.2.3 伸缩机构的装配模型 . 34 4.3 夹紧机构的实体建模 . 35 4.3.1 夹紧液压缸的实体建模 . 35 4.3.2 杠杆的实体建模 . 36 4.3.3 夹紧机构的装配模型 . 36 4.4 装卸杆机构的实体建模 . 37 4.4.1 液压马达的实体建模 . 37 4.4.2 减速器的实体建模 . 37 4.4.3 支架的实体建模 . 38 4.4.4 夹紧机构的装配模型 . 38 4.5 箱体的实体建模 . 39 4.6 液压换管机总装配图及总体参数 . 40 4.6.1 液压换管机总装配图 . 40 4.6.2 液压换管机总体参数 . 42 4.7 拉杆的实体建模 . 42 4.8 本章小结 . 43 5、液压换管机工作机构的运动学仿真、液压换管机工作机构的运动学仿真 . 44 5.1 仿真技术简介 . 44 5.1.1 仿真技术的基本概念 . 44 5.1.2 虚拟样机的概念 . 44 III 5.1.3 ADAMS 软件简介 . 45 5.2 三维实体模型的导入 . 45 5.2.1 ADAMS 与 Pro/ENGINEER 的接口 . 45 5.2.2 ADAMS 中导入 Parasolid 格式文件 . 46 5.3 工作机构的运动学仿真 . 47 5.3.1 添加运动副 . 47 5.3.2 添加驱动 . 48 5.3.3 运动学仿真 . 49 5.4 本章小结 . 52 6 夹紧机构的有限元分析夹紧机构的有限元分析 . 53 6.1 有限元简介 . 53 6.2 NX Nastran 有限元分析的基本过程 . 54 6.3 机架的有限元分析 . 55 6.3.1 前处理 . 55 6.3.2 求解 . 57 6.3.3 后处理分析 . 58 6.4 夹紧机构的有限元分析 . 59 6.4.1 前处理 . 59 6.4.2 求解 . 61 6.4.3 后处理分析并优化参数 . 61 6.4.4 优化设计 . 62 6.5 本章小结 . 64 6 总结与展望总结与展望 . 65 致致 谢谢 . 66 参考文献参考文献 . 67 附录：硕士研究生学习阶段发表论文及专利附录：硕士研究生学习阶段发表论文及专利 . 70 1 1、绪论 1.1 课题的来源以及背景 当今社会，几乎所有的社会活动都离不开地下管线（管道和电缆） 。随着社会 的进步和历史的发展，大量的新旧管线形成了一个巨大的地下管网系统。在我国 的一些大城市中， 地下管线作为城市基础设施的重要组成部分， 具有悠久的历史， 如北京城早在 19 世纪中期就建设有较完整的明暗结合的排水系统； 1861 年上海市 开始铺设第一条煤气管道；天津 1898 年开始铺设第一条自来水管道；许多省会城 市在建国前就铺设有地下管线。改革开放以来，随着城市建设的不断发展，地下 管线建设也在发生着翻天覆地的变化，新的管线需要铺设，达到一定使用年限的 管线也需要修复或更换。 而传统的开挖施工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，已经不能适应现今社会的需求。此外，在一些特殊场合， 如文物古迹保护区、城市街区、农作物及植被保护区、施工需要穿越河流、湖泊、 道路、建筑物等场合，开挖施工将难以进行或是根本无法实现。因此，非开挖管 线工程施工技术应运而生。 非开挖管线工程施工技术起源于西方发达国家，称为 “Trenchless Technology”， 译名为非开挖技术，国外称 TT 技术，该技术是利用岩土钻掘等技术手段，在 不开挖地表的情况下完成地下管线的铺设、更换及修复的一项施工新技术。 运用该技术，可在地面无需挖掘沟槽的前提下，在各类地层中，进行各类用途、 各类材质管线的铺设、修复和更换，该技术是对传统的开挖法埋设地下管线工程 技术的一场革命。而实施该技术所用的设备、测试和监控仪器等，统称为非开挖 施工设备。 该技术是对传统的开挖法埋设地下管线工程技术的一场革命。该技术自上世 纪 70 年代初进入实际工程施工以来，以其独特的技术特征、对环境和交通的最小 干扰和危害、以及高效率和较低的综合成本，日益受到发达国家各方面的重视和 提倡，并取得了很好的社会和经济效益。可以说，非开挖技术目前在西方发达国 家已成为一项政府支持、社会提倡、企业参与的新的技术产业，是城市现代化进 2 程中一项不可或缺的关键技术。 目前，该技术在发达国家不仅成为地下管线工程的一个新技术增长点，并以 其自身的技术优势和广阔的市场前景逐渐发展成为一个新兴的产业。它解决长久 以来管线施工的 “马路拉锁” 现象 ,因此具有不影响交通、不破坏环境、施工周 期短、综合施工成本低、社会效益显著等优点。尤其在不能开挖施工时如穿越江 河湖泊、铁路、建筑物、高速公路等地段进行供水、排污水、煤气、石油、天然 气、电力、电讯等等管道的铺设或更新、修复管道时更显示出其巨大优越性。 与传统的开挖技术相比，非开挖技术具有很多优势：解决了传统开挖施工 对居民正常生活的干扰，减少了对交通、环境、周边建筑基础物的破坏和不良影 响；在传统施工方法或不允许开挖施工的场合（如穿越河流、高速公路、铁道、 机场跑道、广场、绿地等）可用非开挖技术从其下方穿越铺设，并可将线管从设 计工程量最小的位置穿过；非开挖技术可以高精度地控制地下管线的铺设方向、 埋深，并可实现管线饶过未曾发现的地下障碍物（如巨石和地下构筑物） ；有较 好的社会效益和经济效益，在可比性相同的情况下，非开挖管线铺设、更换、修 复的综合成本均低于开挖法施工，且在管径越大，埋深越大时越明显。 现代非开挖工程机械是非开挖工程的利器，设计合理的工程机械会使新的施 工方法更具优势，从而使非开挖技术应用更加广泛。现有管线原位更换的非开挖 技术方法主要有爆管法（胀管法） 、裂管法、吃管法、扩孔法。目前我国虽可以实 现对地下管线的原位更换，但与其配套的现代非开挖工程机械并不完善，尤其是 采用裂管法更换地下管线更是不成熟，甚至没有自主知识产权的产品，这在一定 程度上制约了非开挖技术的使用与普及，因此对非开挖工程机械进行深入研究， 提供一种高效率、高性能的地下管线更换机械是十分必要的。 1.2 非开挖技术的发展现状 1.2.1 国外非开挖技术的发展现状国外非开挖技术的发展现状 新技术的的形成与普及速速取决于实际工程需要的迫切程度。非开挖技术也 是一样的，由于发达国家的城市化进程先于其他国家，非开挖技术也主要在一些 发达国家形成并普及，如美国、英国、日本。而且由于每个国家所遇到的实际情 况的不同，所采用的技术方法也有区别。美国的通讯石油天然气工业的快速发展 促使其迫切需要铺设大量的通行电缆和石油天然气输送管道，从而导致了定向钻 3 进和导向钻进的发展速度迅猛；英国由于其已有管道大多数已经使用多年，因此 其非开挖换管及修复技术发展迅速；日本则主要针对需要增加市内污水管道而发 明了微型隧道法（小口径顶管法） 。 1986 年在伦敦，国际非开挖技术协会的成立及其主办的相关会议极大的促进 了世界非开挖技术的快速传播与发展。各种非开挖技术应经广泛的应用于自来水 管道、石油天然气管道、动力电缆等领域的新管道铺设与旧管道修复和更换。 现代的非开挖技术是 80 年代初由发达国家兴起并逐步发展成熟的地下管线铺 设、更换及修复的新技术，是一项工程施工领域的技术革命。它以广阔的市场前 景和技术创新优势受到了世界各国的高度关注。 1.2.2 国内非开挖技术的发展现状国内非开挖技术的发展现状 非开挖技术在我国的发展和起步比较晚，中国非开挖技术的使用与发展，大 体可分为两个阶段： 1953 至 1985 年为第一阶段， 是传统非开挖技术使用阶段； 1985 年至今为第二阶段，即现代非开挖技术开始引入中国阶段。 1953 年在北京中国首次使用非开挖方法，以后逐渐推广至全国。所以液压换 管机在我国的发展和起步也较晚，由于制造工艺差造成产品质量不高，限制了在 国内工程中的应用。目前国内还没有完善的生产液压换管机的自主知识产权，生 产商家基本处于空白状态，我们在市场上看到的液压换管设备都是从国外进口的。 虽然我国非开挖施工设备的研制开发上我国虽已取得了一定的进展，但与国 外一些发达国家相比差距较大。具体表现在以下几个方面： 1）品种单一，能力有限，不成系列，难于满足工程施工的需要。迄今为止， 我国已开发的产品主要为小型导向钻机，不同部门开发的几个机型基本属于同一 档次，没有建立起完整多样的产品体系。 2）液压化程度较低。国内已研制的导向钻机，多为“半液压”式，即主传动仍 为机械传动，仅控制系统和部分执行机构采用液压传动，致使各方面的功能均远 较同类国外机型低。 3）装载形式单一，适应性差。以导、定向钻机为例，国内现有机型均为拖轮 式底盘，对工程场地、路面要求高，机动性差、施工准备繁琐。 4）识别系统研制和产品极为有限。为确保管线的铺设方向和精度符合设计要 求，国外在导向、定向钻进中分别采用了导航仪和随钻测量系统，而在小口径顶 管设备中则采用激光导向装置。而我国在此方面基本处于空白状态，进入市场的 4 导向钻机所用的导航仪全为进口。 然而，随着国内经济的高速发展和城市化进程的加快，非开挖技术在我国的 的发展速度也与日俱增。首先，我国已于 1998 年成立了中国非开挖技术协会，这 为加速开展人才培养和专业知识培训工作提供了一个合适的平台；目前国内的高 等院校也在成立相应的研究机构用来培养这方面的专业技术人才， 真正做到 “产、 学、研”相结合，促进科技成果产业化及科技创新。其次，大多数管线更换施工 设备和其他类工程设备一样，向全液压驱动和机电液一体化控制系统的方向发展， 以前的“半液压式”会被逐渐取代；为适应复杂的施工条件和改善工作环境 ,管线 更换设备均向结构紧凑，操作灵活，工艺适应性强，组合灵活方向发展，以便于 实现减少辅助作业时间和施工场地面积。最后，在完善设备基本性能的同时，管 线更换的质量和精度也会不断提高，这样在市场经济的条件下，非开挖更换地下 管线工程价格会逐渐降低。这就为我国液压换管机的发展提供了更有利的市场。 虽然目前我国非开挖更换管线工程量不大，但其发展速度之快令世人瞩目，无论 从环境保护的角度还是从今后市场的需求来看，非开挖更换管线技术的前景都是 令人鼓舞的。 1.3 液压换管机的研究现状 现代非开挖设备从无到有，目前发达国家涉及非开挖设备和材料的生产厂商 已达 450 家之多。设备大致可分为：管线安装设备、管线更新与修复设备、管线 更换设备、工作井掘进设备等。非开挖液压换管机是目前正在兴起的一种非开挖 施工机械。目前，主要的原位管线更换非开挖技术方法有爆管法(也称胀管法)，裂 管法，吃管法，扩孔法。原位更换管线法是指以待更换的旧管道为导向，在将其 破碎的同时，将新管拉入或顶入的管道更换技术，从而完成管线更换作业。 爆管法是指以欲更换的旧管道为导向采用专门的气动锤，静力牵引器,在卷扬 机的牵引下,将旧管破碎或爆裂并将碎片压入周围土层,同时将新管拉入到旧管的 管位，完成管道的更换工作。该方法适用于大部分管道的更换，尤其适用于由脆 性材料制成的管道（如灰口铸铁管） 。 裂管法是指在液压动力机的强大牵引力作用下，切割刀头沿着旧管道将其切 开，连接在切割刀头后的扩张器紧接着将切开的旧管道撑开并挤入周围的土层， 以便回拖头将新管拉入旧管所在的位置。目前，处于领先水平的是美国 PIM 公司 的 Consplit 裂管器和丹麦生产的 T 系列裂管器。本次设计的液压换管机就属于采 5 用裂管法的换管设备。 吃管法是指使用经改进的小口径顶管施工设备或其他的水平钻机，以旧管为 导向，将旧管从端部连通周围的土层回转切割，破碎或冲击旧管的同时顶入直径 相同或稍大的管道，完成管线的更换。破碎后的旧管碎片和土由螺旋钻机排出。 扩孔法是指先将钻杆柱插入待更换的一段旧管内，并在钻杆的一端接上一个 特殊设计的扩孔头；然后开始扩孔，在扩孔的同时，也将新管回拖入旧管的位置， 进而完成管线的更换。由于扩孔头具有切削齿，可以通过回转切削过程将旧管扩 孔部分的土层破碎，破碎下来的旧管碎片和土渣随泥浆集中排到人井或工作井内， 以便由真空泵或泥浆泵排出地表，并加以处理。 各种管线更换施工法优缺点比较如表 1.1 所示： 表 1.1 管线更换方法优缺点比较 方法 优点 缺点 爆管法 通过增大管径而使整个管道系统 的容量增大，保持或增加了原有管 线的设计能力，速度快，效率高， 工程造价低 不适合弯管，可能引起临 近管道损坏，引起地表隆 起， 对材料有一定要求 （一 般为脆性） 裂管法 保持或曾加原有管线的设计能力 （百分之一百） ，对被更换管道的 材料要求不高，速度快，效率高， 干扰小 不适合弯管，可能引起地 表隆起 吃管法 可适用对复杂地层中的施工，干扰 小，精度高 对空间要求较大（排出旧 管碎片）原有管线尺寸变 化不大 扩孔法 利用现有人井，对地表干扰小，速 度快，精度高 施工场地要求较大，对土 层有一定要求 采用液压裂管法更换管线时由于该方法所使用的换管设备体积小，回拖力大 而可广泛应用于天然气，煤气，自来水，电信，环卫等工程项目的施工。目前， 6 美国 PIM 公司研发生产的（Consplit）液压换管机，可对钢，软铁和塑料材质的旧 管进行替换，而丹麦开发研制的 T 系列液压换管机，如图 1.1 所示，可根据被更换 旧管材质（如钢管，铸铁管，水泥管，PVC 管等）的不同选取适合的切割刀头， 这种设备采用一种特殊的全自动控制系统，使得钻杆在送进和拉出时保持了较高 的速度，每 100 米作业需时 4560 分钟（由于回拖力不同） ，从而大大缩短了施工 时间，一次作业的长度可达 250m。但是由于其为国外进口，成本较高，在国内未 能广泛应用。 图 1.1 丹麦 85 吨液压换管机 1.4 课题主要研究内容及意义 1.4.1 课题主要研究内容课题主要研究内容 课题的主要任务有：首先完成对液压换管机施工工艺的研究；然后根据实际 施工需要完成液压换管机的工作原理设计，并进一步完成液压换管机的详细结构 参数设计以及各种主要标准件的选型；最后采用 ADAMS 对其进行运动学仿真，采 用 NX Nastran 对其主要结构进行有限元分析，验证设计的可行性及合理性。具体 内容包括以下 5 个方面： 1. 分析研究国外液压换管机的工作原理及典型工作环境，进而确定本次总体 设计方案及总体设计参数，并对地下管线施工工艺进行研究。 2. 液压挖换管机机械系统设计计算，主要是主伸缩机构和夹紧机构的确定及 相关元件（液压缸、夹紧块等）参数的计算与选型。 （1）确定主伸缩机构的参数（包括系统额定推拉力，驱动功率） ； 7 （2）确定机械系统方案，绘制机械系统三维模型； 3. 液压换管机液压缸虚拟样机模型的建立，在前面计算结果的基础上，用三 维建模软件 PRO/E 建立整机模型。 4. 对工作装置进行运动学及动力学仿真和分析。 5. 根据仿真和分析的结果建立有限元模型并对其求解，根据结果对其结构进 行优化，以保证其有足够的刚度及强度。 1.4.2 课题研究的意义课题研究的意义 新现代的非开挖地下管线更换技术是在不开挖地表的条件下进行的一项施工 技术。 目前， 主要的原位管线更换非开挖技术方法有爆管法(也称胀管法)， 裂管法， 吃管法，抽管法，扩孔法。其中裂管法就是在液压动力机的强大牵引力作用下完 成施工作业的。本论文的主要研究对象为 ZHT-80 型液压换管机，它是用来替换或 修复天然气管道、污水管道和管线，是一种管道在线更换的设备，可对控制范围 内的地下管道进行更换而不用对地面进行开挖，液压换管机的出现是非开挖技术 迅速发展的结果。 随着社会的进步和经济的快速发展，大城市地下管线的规模也在不断扩大， 形成了一个庞大的地下管网系统。由于所有管线的寿命都是有限的，当使用到一 定年限以后必然会发生腐蚀而导致破坏。同时，城市的现代化发展日新月异，以 前铺设的管线往往无法满足当今现代化城市发展的需要。这些已到使用寿命和不 能满足需要的管线必须进行替换或更新，所以管线的更换技术也日益引起国内外 各方面的关注。传统的开挖更换管线方法是通过对地面进行开挖然后掩埋沟槽， 但由此表现出的局限性和不足之处很严重。如堵塞交通，破坏环境，施工周期长， 同时开挖时产生的灰尘，噪音，给周边居民的正常生活带来了很严重的干扰和影 响。所以，为了改善这种弊端以及随着市政管理的规范化，使非开挖技术应运而 生。 机械系统作为液压换管机的重要组成部分，对液压换管机的系统特性起着举 足轻重的作用，所以机械系统在液压换管机中处于不容忽视的地位。我国目前正 处于全面开展基础设施建设阶段， 如沿海地区基础建设的逐步完善， 东北的振兴， 开发西北等一系列全面建设小康社会的宏观政策的实行必然会带动液压换管技术 的发展，其市场环境和发展前景是非常可观的。虽然目前我国非开挖更换管线工 程量不大，但其发展速度之快令世人瞩目，无论从环境保护的角度还是从今后市 场的需求来看，非开挖更换管线技术的前景都是令人鼓舞的，所以我们相信，不 久的将来，非开挖更换管线技术会带给我们更多的期望。 8 液压换管机中机械系统设计的合理性直接影响到液压换管机的工作性能和可 靠性。由于液压换管机的工作环境非常恶劣，所以在机械系统设计时不但要实现 各个工作装置的特定动作，保证各元件能正常工作，同时还要符合重量轻，体积 小，效率高，结构简单，使用维护方便等基本要求。最后通过进行动态仿真分析， 对其进行实时修改以此提高系统性能，实现设计思想。 随着非开挖市场的发展，城市限制开挖施工的法规将陆续出台，其适用面将 逐渐扩展，这就要求相关部门在国家的支持下积极提倡、 推广该项技术的应用 , 规划、 制定其发展方向 ,推动该技术实现产业化转变的进程。 9 2、地下管线施工方法 2.1 地下管线的分类及主要施工方法 2.1.1 地下管线的分类地下管线的分类 地下管线种类繁多，结构复杂。按其功能主要可分为：排水管道、给水管道、 燃气管道、热力管道、工业管道、电力电缆和通讯电缆等七大类，每类管线按其 传输的物质和用途又可分为若干种（图 2.1） 。 （1） 、排水管道:其功能为排除城市生活污水、工业废水以及雨水。主要材料 为混凝土管、铸铁管、陶瓷管、砖石沟等。 （2） 、给水管道：其功能是给日常生活、企事业单位、农业设施等用水单位配 送淡水。主要材料为钢管、铸铁管、石棉水泥管、聚乙烯塑料管、混凝提管等。 （3） 、燃气管道：其功能是给城市居民、企事业单位配送天然气、煤气、液化 石油气等能源气体。主要材料为钢管、铸铁管、聚氯乙烯塑料管等。 （4） 、热力管道：其功能是配送热水及蒸汽以满足生活取暖需要。材料一般为 无缝钢管和钢板卷焊管。 （5） 、电力电缆：其功能是电力输送。 （6） 、通讯电缆：其功能是实现远距离单位间的通讯。材料一般为钢管、聚乙 烯塑料管、石棉水泥管等。 （7） 、 工业管道： 其功能是为工业单位输送石油、 柴油、 液体燃料、 氧气乙烯、 甲醇等工业用液体、气体介质的原材料。材料一般为塑料管、钢管。 10 地下管线 管道 重力管道 排水管道 污水管道 雨水管道 两污合流管道 工业废水管道 压力管道 给水管道 生活用水管道 消防用水管道 工业用水管道 农业灌溉管道 燃气管道 煤气管道 天然气管道 液化石油气管道 热力管道 热水管道 蒸汽管道 工业管道 油气管道 化工管道 排渣管道 电力电缆 高压电缆 电力电缆 动力电缆 照明电缆 低压电缆 通讯电缆 长话电缆 市话电缆 广播电缆 有点电视电缆 专用电缆 11 图 2.1 地下管线的分类 2.1.2 地下管线的主要施工方法地下管线的主要施工方法 目前，铺设、更换和修复地下管线的施工方法有以下几种： 开挖施工法（挖槽埋管法） ，包括： 挖槽法 窄开挖法 开挖施工法是最常见的一种施工方法，其主要施工工序是： 地面的准备工作 使用挖沟机、反铲等设备进行沟槽的开挖，包括排水和支护 铺设管线 回填和压实，以及支护桩的拆除 路面的复原 随着社会的进步、经济的发展，通讯、电能传输、石油工业、天然气的开采 及水利事业发展的突飞猛进，同时随着城市高层建筑及铁路、公路、核电基地和 水利工程设施的不断兴建，地下工程的建设和应用日益广泛。 非开挖施工法（钻孔埋管法） ，包括： 新管铺设：铺设新的地下管线 旧管更换：在原位更换旧管线 旧管修复：修复现有的管线的局部缺陷或改善其性能 非开挖施工是指在不挖开地表的条件下探测、检查、修复、更换和铺设各种地 下公用管线的任何一种技术和方法。与开挖施工相比，非开挖施工技术具有不影 响交通、不破坏环境、施工周期短、综合成本低、社会效益显著等优点，可广泛 用于穿越公路、铁路、建筑物、河流，以及在闹市区、古迹保护区、植被保护区 等条件下进行供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线的铺设、更新和修 复。 2.2 非开挖施工方法的分类及应用 非开挖施工方法并不是万能的，每种施工方法都有各自的适用范围和局限性， 所适用的管径大小、管线材料、地层和地下水条件、施工长度以及周围环境各有 所不同。因此，施工方法的选择对工程的成功与否具有决定性作用。 选择施工方法时，必需考虑下述因素： 地层条件 带铺设管线的直径、长度和管材 12 施工精度的要求 埋管深度 地表及地下埋设物情况 工程的期限 工人的技术和施工经验 地表复原的要求 地层条件的变化极大，包括软土层、含卵砾石地层到硬岩层。条件许可时， 应进行详细的现场勘查，并进行有关的土力学实验以了解土层的类型和力学性能， 选择合适的非开挖施工方法 （图 2.2） 。 非开挖地下管线施工法的适用范围如表 2.1。 图 2.2 非开挖地下管线施工方法的分类 非开挖施工方法 管线铺设 进人（大口 径900mm） 隧道施工法 盾构施工法 顶管施工法 不进人（小口 径900 盾构施工法 各种大口径管道 混凝土 900 顶管法 各种大口径管道、跨越孔 混凝土、钢 900 3