非開挖技術在排水管道施工中的應用探究

楊耀鵬

摘要：非開挖施工技術(Trenchless Technology或No-Dig)是指在不開挖地表的條件下鋪設、修復和更換各種地下公用設施的任何一種技術和方法。與傳統的施工方法相比，具有不影響交通、不破壞環境、施工周期短、綜合成本低、安全性好等優點。

關鍵詞：非開挖技術排水管道施工 應用

中圖分類號：B819文獻標識碼： A

前言：

隨著城市的擴大和城鎮人口不斷增加，各類地下管網也在不斷延伸。老管線的擴容改造、在線管線的維修、新管線的鋪設已成為城市正常運轉和居民正常生活的重要管理內容。在生活、工作節奏不斷加快，環境保護限制日趨嚴厲的現代城市中，人們對傳統開挖法管線施工帶來的交通阻塞、大面積綠地園林毀壞、出行不便和堆土帶來的揚塵及泥濘難以忍受;對管線修復、改造帶來的“馬路拉鎖”現象也難以容忍。因此，在當今城市建設管網地下化發展的大潮中，非開挖管線工程技術恰是解決這一矛盾的重要技術，對于現代化城市的建設、管理起著極為重要的作用。

一、非開挖技術概述

非開挖技術是指對地面較少破壞或無須挖溝槽的條件下(個別作業坑除外)，進行各類用途管線的鋪設、修復和更換的技術?，F階段施工中，非開挖技術主要分為拉管技術和頂管技術。

拉管技術是采用定向鉆機從河流或道路的一側向另一側鉆孔，然后把要安裝的設施從道路鉆孔的一側拖入到另一側，其施工的特點是不需要開挖。該技術的優越性是減少施工工程的開挖工作量，不破壞地面設施，不破壞環境，不阻礙河流航運或地面交通，同時所安裝的設施深度大大提高，減少了設施遭受人為損壞和自然損害的機率，從而大大增加了設施的安全性和可靠性，運用該技術可以解決很多常規施工無法解決的問題。

所謂頂管技術就是借助于主頂油缸及管道中繼間的推力，把工具管或掘進機從工作坑內穿過土層一直推到接收坑內吊起;與此同時，也就把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩坑之問。在頂管施工中最為流行的有3種平衡理論，氣壓平衡、泥水平衡和土壓平衡理論。氣壓平衡又有全氣壓平衡和局部氣壓平衡之分，全氣壓平衡使用得最早，它是在所頂進的管道中及挖掘面上都充滿一定壓力的空氣，以空氣的壓力來平衡地下水的壓力;局部氣壓平衡則往往只有掘進機的土倉內充以一定壓力的空氣，達到平衡地下水壓力和挖掘面土體中地下水的作用。泥水平衡理論就是以含有一定量粘土的且具有一定相對密度的泥漿水充滿掘進機的泥水艙并施加一定的壓力，以平衡地下水壓力和土壓力的一種頂管施工理論，按照該理論，泥漿水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水的慘透，然后再加上一定的壓力就可平衡地下水壓力，同時，也可以平衡土壓力。土壓平衡理論就是以掘進機土艙內泥土的壓力來平衡掘進機所處土層的土壓力和地下水壓力的頂管理論。

二、非開挖技術的發展

利用非開挖技術鋪設地下管線在國外已有百余年發展歷史，但是真正大規模應用于工程還只有三十多年。1971年，美國人克林頓·馬丁把定向鉆探技術與傳統鋪管技術巧妙地結合起來，發明了導向鉆進鋪管技術，引發了非開挖技術的一場革命。 1988年，地面無線跟蹤導航監測系統的開發利用，使導向鋪管施工質量進一步提高、標志著非開挖技術進入了一個嶄新的發展階段。

我國1998年用非開挖技術施工的占全部鋪管工作量的0.2%，而非開挖技術在管道修復方面幾乎為零。近年來，由于受交通條件的制約，以及新材料、新工藝的引進，非開挖技術也有了飛速的發展。非開挖地下管線施工技術可分為:非開挖鋪設新管線、舊管的原位更換和修復破壞的舊管道三種基本類型。與傳統的開挖施工技術相比，非開挖施工技術的主要優點是:

1、具有顯著的社會效益。施工時不影響交通、不破壞環境(綠地、植被、樹木)、不干擾工廠、商店醫院、學校和居民的正常生活與工作秩序;

2、具有較好的經濟效益。在相同情況下，非開挖施工的綜合成本(直接成本+間接成本)均低于開挖法施工，而且管徑和埋深越大時越明顯。部分非開挖施工方法的直接成本甚至低于開挖法施工:

3、施工速度快。由于輔助工程(如槽壁支護、回填等)少，施工速度大大快于開挖施工;

4、可用于傳統的開挖施工法無法施工或不允許進行開挖施工的場合，如穿越大型河流、湖泊、交通干線、建筑物等

三、非開挖技術排水管道鋪設技術

1、頂管法

頂管施工法是最早用在排水工程施工中的一種非開挖施工方法，起源于美國。它是繼盾構法之后發展起來的一種地下管道施工方法，最初，頂管施工法主要用于跨越孔施工時頂進鋼套管，隨著技術的改進，頂管法也可用于無套管情況下頂進永久性的公用管道，主要是重力管道。最新的研究發展到可以頂進玻璃夾砂管。

2、頂管施工的基本流程

頂管施工先在管道設計路線上施工一定數量的小基坑作為頂管工作井，作為一段頂管的起點與終點，工作井的一面或兩面側壁設有圓孔作為預制管節的出口和進口。頂管出口孔壁對面側墻為承壓壁，其上安裝液壓千斤頂和承壓墊板。頂管施工就是借助于管頂油缸以及中繼間的頂進力，把工具管或頂管掘進機從工作坑內穿過土層一直頂進到接收坑內吊起。與此同時，把緊隨在工具管或掘進機后的管道埋設在兩個工作坑之間。一個完整的頂管施工主要包括以下幾個部分:工作坑和接受坑;頂管掘進機;主裝置中繼間;頂鐵;基坑導軌;后座墻;頂進用管;輸土裝置;地面起吊設備;測量和校正系統;注漿系統;供電和照明系統;通風和換氣系統;輔助施工。一個完整的頂管施工原理見圖

圖1頂管施工原理

1--混凝土管;2一運輸車;3扶梯;4一主頂油泵;5行車;6一安全扶欄;7一潤滑注漿系統;8一操縱房;9一配電系統;10一操縱系統;11一后座;12一測量系統;主頂油缸;14一導軌;15一弧形頂鐵;16一環形頂鐵;17--混凝土管;18土車;19一機頭。

對于長距離頂管，由于主油缸的頂力不足以克服管壁四周的土體摩擦力和迎面阻力，常將管道分段，在每段之間設置由一些中繼油缸組成的中繼間，且在管壁四周加注減摩劑以進行長距離管道的頂推。

3、頂管施工的特點

頂管施工與開挖施工法相比，具有以下優點:

1)開挖部分僅有工作坑和接受坑，而且安全、對交通影響小;

2)在管道頂進過程中，只挖去管道斷面部分的土，挖土量小;

3)作業人員少，工期短;

4)建設公害少，文明施工程度高;

5)在覆土深度大的情況下，施工成本低。

四、非開挖施工技術措施要點

1、施工前做好前期調研以及施工準備工作

在給排水工程采用非開挖施工技術實施之前，需要對施工場地周圍環境進行全面的前期調研，不僅要了解清楚管線通過區域的地質構造，還要掌握其地表和地下水分布情況。只有充分的了解地質情況，才能針對項目設計合理的管線穿線路徑以及進出洞口的位置。只有這樣才能既滿足給排水工程非開挖施工的技術要求，也能保證對地上設施及附屬建筑物的影響降到最低。

2、根據拉管施工技術要點安排合理的施工方案

在市政給排水工程施工中，由于其管道材料及使用情況的不同，必須根據其工程實際情況及拉管施工技術要點編制合理的施工方案。這其中包括導向孔軌跡設計、管材選用、水泥砂漿配比等。

1)由于排水管道的應用不同，在編制拉管施工方案時候，導向孔軌跡的設計的深度、坡度允許誤差均有較嚴格的要求。2)回拉力的計算及定向鉆機的選擇需要根據工程建設標準《水平定向鉆進管線鋪設工程技術規程》進行校核。3)根據設計文件的要求選用適用拉管技術的管材。

3、非開挖施工技術要點

1)嚴格軸線定位測量，并及時校正。在進行導向孔施工時，必須進行嚴格的軸線定位測量，使用定向鉆機水平鉆進。而在非開挖區域的地面應采取控向儀等導航設備對鉆頭的方向和深度進行控制，使導向孔嚴格按照設計的軸線形成鋪設中心線。2)隨著鉆進工程的施工，隨時調整鉆進參數，避免不同的巖層鉆進對設備造成損害。3)密切監控施工過程，留意是否有地質突發情況，比如泥漿漏失、鉆壓突變等情況。

4、市政排水管拉管施工特殊措施

1）應對精度要求應采取的施工措施

由于市政排水管線需要的施工精度較一般的拉管施工技術更高，因此可以采用設置工作坑、增加監控檢測頻率、選擇人員活動較少的夜間施工避免干擾等手段來提高施工精度。特別是在檢測及檢定管位深度、方向及巖層突破上，需要增加檢定次數，采用及時進行鉆進調整，盡量規避鉆進施工誤差。

2）應對沉降問題應采取的施工措施

在遇到不良土質時，經常會發生沉降問題，這時應增設工作井，將原先的工作段分為幾次完成，盡可能減少土體變形。此外應采取相應的補救措施，利用工作井對下沉的管段或者可能下沉的管段進行灌漿加固措施。在回拖管材時，使用外側附帶灌漿管灌漿封堵的方式，可以較為有效的控制沉降問題。

結語：

在現代的市政給排水工程中，通常采用非開挖施工技術進行施工，并且在長久以來的施工過程中，積累的大量的經驗。通過上文對非開挖施工技術在城市給排水管道施工中的應用進行了詳細闡述，隨著科學技術和建筑行業的發展，非開挖技術在城市的應用中必定會更加成熟完善，進而為我國城市給排水管道施工提供更好的技術保障。

參考文獻：

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