城市建设非开挖管道施工技术研究

城市建设非开挖管道施工技术研究

王晓欢

许昌腾飞建设工程集团有限公司河南许昌461000

摘要：从最近几年非开挖管道施工技术的发展和应用来看，非开挖管道施工技术符合我国的可持续发展战略这一基本国情，同时也符合建立绿色型社会的根本精神。并且，非开挖管道施工技术以其先进的技术、强大的实用性等优点在我国城市管网建设发挥了非常重大的意义。

关键词：城市建设；非开挖管道；施工技术

1非开挖管道施工技术的重要意义

非开挖管道施工，即在不破除地面的情况下，将管道铺设在地下的一种施工法，目前非开挖管道施工在排水管道最常用的的施工工法为顶管施工和牵引管施工（水平导向钻机施工法）。与传统的“明挖法”比较，非开挖的施工技术具有不影响交通、不破坏环境，特别在穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、闹市区街道和保护区等条件下，非开挖技术有着比开挖施工明显的优越性。非开挖技术自问市以来已有近百年的历史，当时它仅仅是一种避开地表障碍物的施工技巧。随着社会和技术进步，特别是微电子技术、机械、自动控制技术的发展，非开挖技术已经发展成为一种不开挖地表或最少开挖的条件下探测、检查、修复、更换和铺设管线的高新技术。

2非开挖技术的应用范围

随着城市建设的大规模发展，人们对生活环境的质量提出更高的要求。各级政府都致力于新区开发和老城区改造。而城区水污染的治理和水资源的保护又是重中之重。大中型城市采取的几乎一样的方法截污治污。敷设大口径的截污管一般Φ2000-Φ3500引至污水厂治理这种方案，投资最低。但随之而来的困难是污染源到污水厂（或排放口）均需经过人口稠密区或大型建筑物、构筑物及支流小河等。所以非开挖技术成为首选。像上海合流污水；苏州河治理；北京清河污水干线；西安咸阳机场，广州、杭州、福州、武汉等地都有管道非开挖施工的实例。中等规模城市，如嘉兴、海宁、桐乡等地都采用较小的管径Φ300-Φ1500，有的支流管线采用更小的管径。除了上述的环境整治方面，在能源供应，如液化气、天然气输送管。各种油管在动力电缆、宽频网、光纤网等通讯电缆等都相继采用非开挖技术。因为，在中心城区已无法进行架线，开槽埋管来作业施工。这类管道则更小，一般是Φ80-Φ600之间。综上所述，不管应用在任何领域，非开挖技术，因其优良的施工质量和低廉的施工成本及巨大的社会效益而受到建设方的广泛采用。

3城市建设常用非开挖管道施工技术分析

3.1顶管施工技术

3.1.1顶管施工的历史

1953年北京第一次进行顶管施工，1956年上海也开始进行了顶管试验。1978年上海开发了适用于软粘土和淤泥质粘土的挤压法顶管。1984年国内开始引进国外的机械顶管设备，随之也引进了顶管理论、顶管施工方法，诸如土压平衡理论、泥水平衡理论、气压平衡理论等。1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机。

3.1.2顶管施工的技术理论

顶管技术利用主顶千斤顶及管道中继间千斤顶的推力，将管道从工作坑内穿过土层一直推到接收坑，同时，将紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。分为人工顶管、机械顶管、水射流顶管、挤压顶管四大类，工作中根据管径、土层状况、管线长度、技术经济性来选定施工类型。顶管施工中最为流行的有三种工作面平衡理论：

①气压平衡：在所顶进的管道中及挖掘面上充满一定压力的空气，以空气的压力来平衡在下水及土层的压力。有全气压平衡和局部气压平衡之分。

②土压平衡：以顶管掘进机土舱内泥土的压力来平衡顶管掘进机所处土层的土压力和地下水压力。在粘性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法。

③泥水平衡：以含有一定量粘土，且具有一定相对密度的泥水充满顶管掘进机的泥水舱，并对它放加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工方法。在粉尘土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用泥水平衡顶管法。

3.2牵管施工技术

近几年牵管技术在世界各国及各个行业得到了广泛的应用，尤其在环保和城市管网改扩建项目及大型管道穿越江河工程项目上更显出了其独特的优势，其工作过程是通过计算机控制进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把产品管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。牵管施工作为一种非开挖地下管道施工方法，与顶管方法相比，牵管施工更适应于小口径管道。这是因为小口径管道的整体轴向抗弯惯性矩小，采用牵管方法可进行小口径长距离的管道施工，而小口径长距离项管容易产生压缩失稳现象。

3.2.1牵管施工工艺

施工前应该在预敷设管道周围，利用地下管线探测仪详细探测地下管线，从而确定打导向孔的平面位置和深度，确保打导向孔、扩孔和拖管时周围其它地下管线的安全和保证预敷管线与其它地下管线的安全距离达到设计规范要求。将探测到的结果同样标注在地面上，以方便打导向孔时进行有效的避让，确保工程安全。施工时，首先将探测棒插入导向头内，导向头后端与钢管连接，然后用顶管机给钢管施加压力，推进导向头，将导向头打入地下；钻孔轨迹可以是直的，也可以是逐渐弯曲的。在导向绕过障碍物，或穿越高速公路、河流和铁路时，钻头的方向可以调整。导向仪可随时接收导向头的方位与深度，顶管机可根据此信息及时旋转导向头，使导向头可向前、上、下、左、右运动，随时改变深度和方向，在地下形成一个圆孔通道，孔道中心线即为所需铺设管道的中心线。在孔洞形成后，扩孔时把钻头卸下，将回扩头连接钻杆上，然后由钻机旋转回拉扩孔。反复进行采用不同直径的回扩头扩孔，直至达到设计的扩孔孔径为止。由于牵管施工处于地表以下（一般位于地表以下3-20m），地质松软，钻孔时易塌方，因此要求所用泥浆的护壁性好、泥饼泥球质量高、控制失水性好，就能保证钻机性能的发挥。钻孔完成后，将管材连接成需要长度，将管材两端封闭，一端与钻头相连，将其一次性拖入已形成的孔洞中，即完成整个埋管工程。

3.2.2牵管施工的特点

①牵管施工具有不会阻碍交通，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰以及对交通，环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。

②现代化穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。

③采用牵管施工时，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。

④与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低施工速度快。

结语

综上所述，随着我国经济和社会的快速发展，以及城市化进程的推进，原有的开挖式地下管线施工方式受到限制。实践证明，非开挖技术是一项技术先进、实用性强、适用面广、效益好的施工技术。非开挖技术的推广，对加快城市基础设施建设，保护城市环境都有着十分重要和深远的意义。

参考文献：

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