市政工程非开挖施工技术解析
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摘要：随着我国城市建设步伐的加快以及居民生活水平的提高，人们对于城市基础设施的要求也越来越高，但城市用地毕竟有限，以往市政管道工程施工中使用的开挖式施工会占用大量的城市空间，一定程度上还会对城市交通、环境以及居民的正常生活产生影响。因此，非开挖技术在市政管道工程的施工中得到了越来越多的应用，本文对非开挖技术中的顶管施工工艺和水平定向钻进施工工艺进行了详细介绍，并分析了其在市政管道工程施工中的应用，对于有效提高非开挖技术的质量水平有一定借鉴意义。
中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：
一、引言
近些年来，随着城市化进程的不断加快，市政工程基础设施建设需求不断增加，城市地下管线工程是其重要组成部分，城市的污水处理系统、煤气、电力、通讯以及自来水等管道等属于地下管线，要对上述市政管线设施进行新建、改建、扩建等工程，需要施工技术人员能够安全的进行管道安装。传统的埋管技术已不适应当今地下管线施工，而且会严重影响城市地上交通，使本来就很繁忙的城市交通越来越拥挤，也会影响到城市环境和居民的正常生活，在繁忙的交通和人口密度高的城市和地区不允许开挖施工，这种矛盾更加明显。如何降低市政工程管道施工对城市造成的影响，已成为急需解决的问题。非开挖技术是指，管道施工时不开挖或只挖一个小洞钻使用岩土钻掘技术条件下，对管道进行修复、更换、以及铺设施工，其优点有优质、高效、成本适中、环境污染小、不影响城市交通等。在许多情况下，市政管道的施工，非开挖技术使用较安全，开挖方法成本低，施工周期短，现在已经成为城市管道施工中的主要手段，已广泛应用于各个行业的管道施工。本文对非开挖技术中的顶管施工工艺和水平定向钻进施工工艺进行了详细介绍，并分析了其在市政管道工程施工中的应用，对于有效提高非开挖技术的质量水平有一定借鉴意义。
二、市政管道工程非开挖施工技术解析
１．顶管施工技术
当管道直径大于７００ｍｍ，管线为直线铺设、管材为混凝土管且地质条件为粘性土时，大多采用顶管法施工。顶管施工技术常采用密封机械式顶管施工方法进行作业，其中机械式顶管施工又可分为土压平衡式和泥水平衡式两种常用的施工方法。顶管施工常采用钢管、混凝土管和玻璃钢夹砂管等管材，其中采用在顶管施工中采用钢筋混凝土管的技术最为成熟。
１．１顶管施工的特点及不足
顶管施工具有以下特点：管道施工完成后适应变形的能力较强；管道中拼装工作量较小；施工管道的管径适应性较强；施工速度相对较快；顶管施工风险较小。顶管施工的不足之处在于要求工作井深度相对较深、管线的曲率半径要求也较大、在遇到中继站异常时需要全气压顶进。
１．２顶管施工的基本工作原理
顶管施工时应先在管道一端挖好工作坑，并在坑内安装导轨，一般将导轨安置在混凝土基础或者木基础上，并将管筒安置在导轨上。同时，做好顶管的施工测量工作，控制好管底坡度和高程以及管道顶进的中线方向。施工时，以一口已经施工完成的工作井为出发点，使用液压千斤顶为顶进提供水平推力，将预制钢筋混凝土管一节节的随着工具管从工作预留的洞口中向着土层推进，同时不断的将关内泥土持续挖出。如此往复直至工具管顶进到前方已经预先完工的接收井。在进行顶管作业时，管内的出渣有可分为湿出渣和干出渣。如果是在长距离复杂地段采用顶进法施工还要采取一系列分辅助措施，例如采用气压顶进、激光纠偏、中继站设置、泥浆套等措施。顶管施工中工作井的设置应充分考虑管道沿线的地质条件，并在满足顶管顶长的要求下，尽量减少打设工作井的数量。工作井应尽量设置在顶管中部，使得工作井施工时能够向左和向右两个方向同时顶管。工作井一般采用现浇钢筋混凝土结构，使用沉井法或者逆作法施工。接收井则一般应设置在顶管的端部，井的大小应能满足接收顶管机头的需要。接收井与工作井同样采用现浇钢筋混凝土结构，使用沉井法或者逆作法施工。
２．水平定向钻进施工技术
水平定向钻进施工技术适用于管道直径小于７００ｍｍ，管线为直线或曲线，采用钢管、ＰＶＣ以及ＰＥ作为管材，地质条件为粘性土的管道施工。水平定向钻进技术是一种扰动较小的施工方法，管道维护费用较小同时可以缩短工期，是目前非开挖技术中成本最低、施工效率最高的施工方法。采用水平定向钻机进行管道施工，一般可分成两个阶段：第一阶段是根据设计曲线尽可能精确的钻一个导向孔；第二阶段就是将导向孔进行扩孔，并将管材沿着扩大了的导向孔拖回到导向孔中，从而完成管线的穿越工作。
２．１导向孔
在钻机施工前应先对穿越路径进行查勘，以查明穿越路径中的障碍一起其他管线，并在施工中尽量避让或者避免对其他管线设施产生损害。根据穿越途中的地质情况，合理选择钻机钻头、导向板或者地下泥浆马达，开启泥浆泵对准入土点进行钻机钻进。在钻机的推力作用下驱动钻头旋转或者使用泥浆马达驱动钻头旋转进行底层切削，不断前进。每钻完一根钻杆时应对钻头的实际位置进行测量，并及时校正钻头的前进方向，确保钻完的导向孔曲线能够满足设计要求。如此反复，直至钻头能在预定位置出土，完成导向孔曲线的钻孔作业。在钻孔施工中，一般采用无线电传感仪进行测控导向，发射单元安装载钻头内，能够不断的发出电磁波。接收单元则位于机械操作员或者导向员处，接收机能够检测到钻头的深度、倾角、水平位置、钻头板温度、角度等参数，并通过这些参数来知道操作者操作钻机。
２．２预扩孔与回拖管线
在市政管道工程施工中，如果使用的是小型钻机，在管道直径大于２００ｍｍ时，一般要进行预扩孔；若是使用大型钻机，在产品管材的直径超过３５０ｍｍ时，也要进行预扩孔。预扩孔的次数和直径，应根据钻机的具体型号和当地地质条件确定。回拖管线时，应先将管线和扩孔工具连接好，然后才能够开始回拖作业。由钻机转盘驱动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖。其中管线在回拖时是不需旋转的，并且由于扩孔中充满泥浆，管线在扩好的孔中处于悬浮状态，孔洞与管壁的四周有泥浆，这样不仅降低了回拖阻力，还保护了管线防腐层，通过钻机的多次预扩孔，最终形成的孔直径一般要超过管线直径２００ｍｍ，因此不会对防腐层造成损伤。在钻导向孔阶段，成孔直径往往小于回拖管线的直径。为使成孔直径能够达到回拖管线直径１．３～１．５倍，应使用扩孔器由出土点向入土点将导向孔扩至需要的直径。在导向孔完成预扩孔并符合回拖要求后，应将扩孔器、钻杆、回拖管节以及安装管线依次连接好，自出土点开始，边扩孔边将管道回拖至入土点。通常来说，定向钻进技术适用于均质地层的施工，在遇到含砂、卵石的地质时，在成孔和导向方面都会存在问题。因此需对砂土、卵石等地质作特殊处理，或者采用全地层钻机解决这个问题。
三、结语
综上分析，非开挖技术是一项技术先进、效益良好、适用面广、实用性强的施工技术。在市政管道工程的施工中大量推广非开挖技术，对加快城市基础设施建设和保护城市环境都有着十分重要和深远的意义。本文通过分析非开挖技术在市政管道施工中的应用，拟为非开挖技术在城市建设中的进一步应用提供切实可行的方法。
参考文献：
［１］刘椿．市政工程非开挖施工技术的应用［Ｊ］．城市建设理论研究（电子版）２０１２（３２）．
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