非開挖技術在水庫壩下輸水管涵建設中的應用

林 俊

非開挖技術在水庫壩下輸水管涵建設中的應用

林 俊

（江西省源河工程有限責任公司，江西 南昌 330000）

非開挖技術是當前水利基礎設施建設中常用技術，主要是在不開挖斷面，不擾動地表土體的情況下，在不同土層和深度進行鉆孔作業的一種施工方法。鑒于其能夠克服傳統開挖對于施工環境要求苛刻和爆破施工對于水庫的安全影響，因此得到了廣泛應用。文章首先通過與水庫壩下常見輸水管涵施工方法的對比介紹了非開挖技術，然后分別從在管道鋪設、管道更換和管道修復中的應用詳細介紹了非開挖技術的應用最后根據水利工程施工的特點，介紹了非開挖技術在水庫壩下輸水管涵建設中的技術優點和施工中存在的問題。

非開挖技術；水庫大壩；輸水涵管

水庫除險加固過程中的管涵建設對水庫的安全運行非常關鍵，傳統管涵建設中不可避免發生沉管現象，給水庫安全造成較大的影響，成為水庫安全運營的一種隱患。傳統中沉管多采用開槽翻挖的方式進行處理。隨著新技術、新材料和新工藝的引進，非開挖技術在輸水管涵建設中逐漸得到了應用，尤其是玻璃夾砂管、聚丙乙烯管、雙壁波紋管的提出，采用了內襯、聚氨酷堵漏、玻璃鋼內襯、翻轉內襯的處置工藝，非開挖技術得到了前所未有的發展。由于其不破壞表面，施工速度快、周期短和成本低，非開挖技術逐漸取代了傳統開挖方式，成為當前最具有推廣應用前景的方式。目前在電訊、自來水、電力和熱力管道鋪設中得到了廣泛的應用，具有較好的社會和經濟價值。

1 非開挖技術介紹

1.1 非開挖技術優點

非開挖技術是利用水平定向鉆機在不同底層和深度進行鉆進，通過控制鉆進軌跡的方式達到設計位置從而達到鋪設地下管線的施工技術。在水庫壩下管涵建設過程中，在不開挖壩體的情況下，通過對于鉆頭和鉆桿的引導，在基巖層形成導向孔，鉆桿端部安裝擴孔鉆頭或待鋪設管線，在回拉擴孔同時將待鋪設管道拉入鉆孔，完成鋪管作業。由于非開挖技術適用于小管徑的管道，因此直徑小于1.0m以下的PE管和鋼管均具有較大的適用性。非開挖技術與常見水庫輸水管涵的對比詳見表1。

表1 非開挖技術與常見水庫輸水管涵技術對比

1.2 非開挖技術施工工藝

非開挖技術在水庫工程中應用的施工工藝如圖1所示。

圖1 非開挖技術在水庫輸水隧洞中施工工藝圖

（1）線路設計鑒于水庫壩下管涵建設長度較短，多數不會超過120m，因此應該根據勘察資料初步設計線路。對于進出口的水平位置和高差，應該通過洞軸線和高差計算縱坡，設計鉆孔偏角，然后通過全站儀進行施工尺寸和精度的控制，然后根據全站儀測量和監控結果及時調整鉆桿角度，精密完成路線的設計。

（2）平臺開挖對于入口和出口平臺的開挖，應充分考慮設備運行、交通和孔洞軸線和縱向坡降等因素，根據施工經驗，平臺應選擇在距離洞口6～10m位置，寬度在2.5～5.0m之間，長度則稍大于寬度。

（3）進場就位在施工平臺完成以后，非開挖鉆機可以進入作業場地。根據地質情況選擇合適的鉆頭和泥漿馬達，根據設計尺寸定位鉆頭和鉆進線路，通過調整鉆頭定位于路線入土點。

（4）導向孔鉆進在導向儀的指引下，鉆桿進行施工作業，每一根鉆桿完成后需要進行鉆頭的位置確定，通過與設計路線相比進行團頭方向的調整。由于定向鉆的控制系統包括測定測定、造斜和糾偏，因此通過導向可以實現鉆孔的曲線，這可以在顯示儀上呈現，直觀的再現鉆頭鉆孔路徑，通過調整直至最終完成鉆孔作業。

（5）擴孔在導向孔施工完畢后，在出口位置將擴孔器連接在鉆頭處，分級進行擴孔作業，為了施工的方便，每級擴孔器尺寸差別限定在80～120mm范圍內，具體的施工可以根據地層情況分批回擴，直至最終達到施工要求。

（6）管線回拖鉆孔回擴完成后，需要進行輸水管涵的安裝，需要在出口處將水水管道連接在鉆頭上，通過鉆機進行回拉作業。鑒于擴孔中含有你講，輸水管線由于泥漿的潤滑作用，施工相對容易，為了施工方便，回擴管線直徑一般大于管線直徑60～100mm。為了連接質量和后期施工的方便，需要對管線進行預先連接。

（7）灌漿防滲鋪管完成后，需要進行灌漿作業，主要采用水泥漿進行管壁與巖石接觸縫隙進行處理，首先對出口段進行封堵且預埋注漿管，然后采用注漿管注入壓力水泥漿，在水泥漿完全注入縫隙后，防滲作業完畢。

（8）進出口處理。防滲作業完畢后，需要進行進出口設施的安裝，如進口閘閥和出口渠道等設施的安裝和施工檢查井的設計施工。

2 在水庫中輸水管涵中的應用

2.1 管道鋪設中的應用

2.1.1 頂管法

頂管施工起源于美國，是當前水利工程中較為常見的非開挖施工方法。最初主要用于盾構施工的替代作業，跨越施工時的頂進鋼管套，隨著新技術和新材料的發展，尤其是玻璃夾砂管、聚丙乙烯管、雙壁波紋管的發明，使得非開挖頂管法得到了更多的應用。頂管作業施工作業如圖2所示。

圖2 頂管法施工作業圖

2.1.2 導向鉆進鋪管法

導向鉆進鋪管法采用水射流破土的鉆進技術，按照設計軌跡鉆一個導向孔，通過擴孔和回拉鋪設。根據鉆機情況、鋪管直徑和實際地質勘察條件，可以選擇以此成孔或者多次擴孔后再選擇鋪管。對于鉆頭的定位和導航多通過鉆頭的電磁信號進行控制。施工過程如圖3所示。

圖3 導向鉆進鋪管示意圖

2.1.3 沖擊矛鋪管技術

對于沖擊矛鋪管法，則是利用啟動沖擊矛胃動力，通過擠密成孔的方法進行施工作業。主要是依靠氣動沖擊矛，必須要鉆孔，通過動力作用進行自行前進，通過膠管與外界進行連接。由于沒有鉆桿的限制，因此該方法施工機械簡單，施工成本低，適用性較強，對于不含水均質土、粘土和粉質粘土均具有較強的適用性。沖擊矛法，則對覆土厚度有一定的要求，不得低于沖擊矛外徑的10倍。

2.2 在管道更換中的應用

2.2.1 爆管法

對于非開挖技術在管道更觀眾的應用，爆管法是當前最常用的方法，主要是采用爆管工具從進口進入舊管內，同時后邊牽引同等口徑或者更大口徑的新館替代舊管，將舊管擠爆后進入周圍土層中，達到利用舊管替換新館的目的。根據施工地層和新舊管道的力學性質，當前更換新管徑可以達到舊管徑的150%，大大增強舊管徑的過流能力，適用性較強。施工示意圖如圖4所示。

圖4 爆管法施工示意圖

2.2.2 吃管法

吃管法也是當前在管道更換的施工中廣泛應用的一種方法，采用特殊隧道掘進機，以舊管道為導向孔，將舊管道及周圍土體切削破碎，形成直徑更大的孔，回拉新管完成舊管線的更換。由于此種方法能夠大大增加舊有管線的過流能力，對覆土深度要求較高，因此當前多用于埋深較大的非加筋管道的更換施工作業，如陶土管、混凝土管或加筋的混凝土管等的更換。如圖5所示為AVP吃管法施工設備圖示。

圖5 AVP吃管法施工設備圖

2.3 在管道修復中的應用

對于運營中的管道，不可避免的存在管道破損問題，如果全部更換有較大經濟和社會壓力，因此對于管道修復尤其是水庫壩下管道的修復，非開挖技術具有較大的適用性，當前最為常見的則為內襯法和噴涂法。

2.3.1 內襯法

內襯法則是將熱硬性樹脂的軟管材料運到現場，通過回拉或者其他方式進入管道內壁，通過后期調整和定位進行內襯施工作業，通過熱水、蒸汽、噴淋或者紫外線照射的方法進行樹脂材料的固化，形成完整的內襯樹脂施工方法。具體施工圖如圖6所示。

圖6 短管內襯施工示意圖

2.3.2 噴涂法

噴涂法是舊有管道修復常見的方法，采用水泥砂漿、環氧樹脂等作為噴涂通過旋轉噴頭在舊管道中進行噴涂作業，總成厚度不低于3mm的加固，通過自然養護，則可以形成加固層。由于涂層法對于管道斷面影響較小，施工費用低，但是受到施工環境的影響較大，同時施工質量難以保證，因此目前主要在舊管道破損修復中使用。

3 非開挖技術的優點

與傳統開挖施工方法相比，非開挖施工方法具有以下優點。

（1）顯著社會效益

由于非開挖技術在施工時，對于上部環境影響較小，同時在水庫中上部環境要求較為苛刻，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，且管徑和埋深越大時越明顯。因此非開挖施工方法得到了充分的應用，具有顯著的經濟和社會效益。

（2）施工速度快

由于非開挖施工技術對于環境要求較低，因此對于輔助工程的要求相應較低，如出入口開挖斷面小，回填少，相比開挖方法的施工速度大大加快。

（3）適用范圍廣

相比于傳統開挖方法，一些上部環境要求苛刻，如水庫壩下、穿越水庫渠道等不適合傳統開挖法的地方，非開挖技術體現了較大的優越性，對于其他傳統開挖法能夠涉及的開挖項目，非開挖技術具有較大的經濟優越性，因此適用范圍較為廣泛。

4 施工中存在的問題

盡管當前非開挖技術得到了較為廣泛的應用，但在應用過程中還存在一些問題。（1）缺少明確的行業主管部門，行業規范缺失；（2）人員儲備不足，對于懂得技術和現代管理技術的人員相當缺乏；（3）設備研發投入不足，多采用進口設備進行非開挖施工，設備的國產化不足；（4）管線施工的設計和施工沒有模塊化，使得設備不能重復利用，限制了非開挖技術的進一步發展。

5 結語

鑒于非開挖技術已經在市政、店里和燃氣管道方面得到了較為廣泛的應用，引入到水利工程中，如水庫壩下輸水管涵中則對于施工技術和管涵提出了更高的要求。該技術克服了當前傳統開挖技術的開挖斷面大、對于環境要求苛刻和施工周期長的弊端，具有顯著的經濟和社會效益。通過實際工程的應用，非開挖技術還具有一定的改進空間。（1）由于當前非開挖技術主要應用在管線的鋪設，隨著管線鋪設的成熟，以后再更換和修復中會有更大的用處，因此應在鋪設施工中積累未來更換和修復技術的積累；（2）施工過程中，應充分利用信息化的成果，尤其是當前BIM技術控制技術的發展，對于非開挖技術具有較大的推動作用，因此應在施工時積累資料，為未來非開挖技術的信息化和數字化提供最原始的施工資料。

［1］張君偉，葛會志，魏陸宏.非開挖鋼管頂進技術在大興新城濱河森林公園引水工程中的應用［J］.水利規劃與設計，2013（03）： 68-70.

［2］岳景哲.劈裂灌漿技術在楊城子水庫大壩加固工程中的實踐與探索［J］.水利規劃與設計，2010（06）：69-71.

［3］DBJ13-102-2008.水平定向鉆進管線鋪設工程技術規程［S］.

［4］侯樹剛，陳靜.非開挖技術的發展研究［J］.科技進步與對策，2003（S1）： 232-233.

［5］胡郁樂，烏效鳴.非開挖技術中定向鉆進效果與彎曲問題分析［J］.地質與勘探，2003，39（02）：85-87.

［6］何曉婷，蔡珍紅.運用開挖技術與非開挖技術的經濟比較分析［J］.土木建筑與環境工程，2001，23（02）：26-29.

TV67

B

1008-1305（2017）05-0140-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.043

2017-03-20

林 俊（1984年—），男，工程師。