市政工程非开挖施工技术的应用
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摘 要：随着技术更新发展, 城市建设速度加快,促进非开挖技术应用也得以迅速发展壮大,当前, 非开挖技术的应用及推广有效地缓解了城市中“ 年年修路, 天天挖沟” 的壮况,避免了大量的拆迁及重复性建设工作,节约了资金, 方便了群众的生产、生活, 降低了对生活环境的污染又最大限度地保证了通讯、电力、热力、燃气、供水、市政等服务工作, 同时促进了非开挖技术设备更新的发展更快, 先进工艺更加精细实用。现着重介绍非开挖顶管施工法、定向钻掘法的应用机理, 并在管道铺设、管道置换、管道修复工程建设中的应用。
中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：
1 国内外非开挖技术的发展
1.1 国外非开挖技术的发展
（1）人工（或用简单机械）地下挖掘后再铺设管线。这是非开挖技术发展的初期，将地下挖掘与管线铺设分开进行，效率低、安全性差，只用于特殊场合下的短距离工程。
（2）常规钻、掘机械挖掘、铺设阶段。这基本上是20世纪70年代以前的技术，虽然在一定程度上将地下挖掘和铺管结合起来，但无法控制管线铺设方向，加之设备能力和施工技术水平的限制，效率低下，难以铺设直径和长度较大的管线。
（3）采用专用设备和技术，把地下挖掘和管线的铺设、更换等各项作业有机地合成为一体，并能准确控制管线铺设方向，形成了现代的非开挖管线施工技术。
1.2 国内非开挖技术的发展
我国非开挖施工技术和设备的开发、研制工作起步较晚，相应的科学研究与试验尚处于初期阶段，与国外先进国家相比差距较大。但近20年来，我国的非开挖技术发展速度较快。中国的非开挖施工技术的应用和发展进程，大致可以分为3个阶段：第一阶段（1953年－1985年）使用传统的非开挖技术阶段；第二阶段（1985年－1994年）引进国外现代非开挖技术与装备阶段；第三阶段（1994年至今）在引进的同时，自行研发非开挖装备与相应技术阶段。
2非开挖技术的分类
2.1顶管施工法
当施工管径≥70mm, 管材为混凝土管,管线铺设为直线, 符合粘性土质地质条件时常采用顶管法施工。顶管施工具有顶管机(千斤顶)、顶铁、导轨、侧量工具等组成, 工序为在管道一端先挖好工作坑, 在坑内安置导轨,导轨一般安装在木基础或混凝土基础上, 将管筒放置在导轨上。同时做好顶管施工测量,同步控制管道顶进的中线方向及管底高程和坡度, 然后用顶镐将管筒沿管线方向顶进土中,并连续挖出管内泥土形成整体管道。因测量精度要求较高, 需连续校正, 导致工作进程缓慢若遇到施工线路比较长或横跨有建筑物等影响测绘的障碍物会导致无法继续施工; 人工或机械取土空间窄小, 易受外界环境影响, 有渗水及地下障碍物原因往往引起要改变路线, 会增加工程成本并存有不可预料的安全隐患, 随施工条件受限; 工艺流程简单单一, 材料仅限于刚性要求, 往往在实际施工中需依据发生的条件要实施其它工艺进行更变辅助施工,使用范围很窄。
2.2定向钻掘法
当施工管径簇≤70cm , 管材为P E、PV C ,钢管等, 管线可为曲线或直线, 符合粘性土质, 含砂或石子少的粘性土地质条件,砂土、鹅卵石等需作特殊处理。此时常用定向钻掘法。采用定向钻进技术手段, 可以使钻头按设定的导向线路钻进,可任意调整钻进角度, 按预定目标到达设定的窖井或工作坑内。施工时要具有导向员和钻机手配合, 工具为钻机, 即定向钻进铺管机, 也叫定向钻。在施工过程中, 工艺流程叫导向钻掘; 导向仪由探测棒向导向仪屏幕反馈数据, 如钻头深度多少米, 角度多少度, 温度多少度(不超过500C) , 以上数据同时在钻机手跟前的遥显仪屏幕上出现。导向员据掌握的反馈数据, 测得钻头的具置, 即使指示钻掘。因操作方便, 可任意调节角度又不需人工测量核算,可以使工期大为缩短, 不仅降低工程成本且能减少对外界环境影响; 在一定条件下,能打破施工局限性, 增加可行性, 由繁转易, 并对复杂管线铺设难点问题更易解决, 实际应用操作性较强。
3 非开挖技术的应用
3.1 在管道铺设中的应用
（1）顶管法是最早使用的一种施工方法，在市政道路管线施工中较为常见。它是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的施工方法。
（2）导向钻进法是发展最快的一种非开挖铺设管线施工法，它主要用于在松软的地层铺设长度较短的小口径地下管线。导向钻进法的基本原理：先利用导向钻机、随钻测量仪以及有关钻具沿欲铺设管线的设计轨迹钻进一个小口径的导向孔，随后边扩孔边回拉待铺设的地下管线。导向钻进法是利用非对称钻头斜面反力作用来改变钻进方向和调解钻头射入角度。
（3）微型隧道铺管是一种遥控的、可导向的顶管施工方法，主要应用于铺设精度要求较高的非进入管道。它可准确地控制铺管方位，有效地平衡地层压力，控制地面沉降，实现非开挖铺设地下管道。微型隧道施工法的工作原理是依靠安装在管道头部的钻掘系统不断切削土屑，由出渣系统将切削的土屑排出，边顶进、边切削、边输送，将管道逐段向前铺设，在顶进过程中通过激光导向系统和操作系统纠偏来调节铺管方向。
（4）冲击矛法一般只用于铺设小口径（d＜250mm）的各种管线，如PVC、PE、HDPE、钢管、电缆等管线。冲击矛法铺设的工作原理是在压力作用下气动矛内的活塞作往复运动，不断冲击矛头，矛头挤压周围的土层形成钻孔，并带动矛体前进。随着气动矛的前进，将直径比矛体小的管线拉入孔内，完成管线铺设。
3.2 在管道置换中的应用
随着城市的现代化发展，以前铺设的管线无法满足当今现代化城市发展的需要，这些不能满足需要的管线需进行置换。常用的方法有爆管法、吃管法等。
（1）爆管法又称碎管法或胀管法，是使用爆管工具从进口坑进入旧管道口，在动力作用下挤碎旧管，并用扩孔器将旧管的碎片挤入旧管周围的土层中，同时牵引等口径或更大口径的新管即时取代旧管的位置，以达到去旧换新的目的。
（2）吃管法是使用特殊的隧道掘进机，以旧管为导向，将旧管连同周围的土层一起切削破碎，形成相同直径或更大直径的孔，同时将新管顶入，完成管线的更换。该方法是由隧道施工法演变而来的，主要用于更换埋深较大（大于4m）的非加筋污水管道。
3.3 在管道修复中的应用
随着使用时间的推移，地下管道产生腐蚀是不可避免的，管道的腐蚀引起泄露，将造成管内输送介质的流失和环境污染等一系列问题，需及时进行管道的修复。常用的方法有内衬法、软衬法、喷涂法等。
（1）内衬法，也称插管法，是采用比原管道直径小或等径的塑料管插入原管道内，在新旧管道之间的环形间隙灌浆，予以固结，形成一种管中管的管道结构，从而使塑料管道的防腐性能和金属材料机械性能合二为一，改进管道的工作性能。
（2）软衬法，又称原为固化法，是在现有的旧管内壁上衬一层热固性物质，通过加热（利用热水、热气或紫外线等）使其固化，形成与旧管紧密配合的薄衬管，而管道的过流断面几乎没有损失，但流动性能大大改善了。
（3）喷涂法主要用于管道的防腐处理，也可用于在旧管内形成结构性内衬。施工时，高速回转的喷头在绞车的牵引下，一边后退一边将水泥浆液或环氧树脂均匀地喷涂在旧管道的内壁上。
参考文献
[1] 龚解华. 上海非开挖技术推广应用的现状和未来[A]. 第一届中国城市地下工程非开挖技术研讨会论文集[C]. 2004
[2] 张付生. 非开挖技术在城市基础设施建设中的应用[J]. 山西建筑. 2009(35)