市政工程施工中的非開挖施工技術(shù)運(yùn)用

敖軍 李俊

在市政工程施工中，難免要破壞一些既有設(shè)施，造成不必要的影響和損失，而非開挖技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用能從根本上解決這一問題，加快施工速度，減少或避免施工干擾，并且目前的非開挖技術(shù)種類越來越多。

一、管線施工中對(duì)非開挖技術(shù)的應(yīng)用

在市政管線施工中，非開挖技術(shù)主要有以下三類：第一，新鋪市政管線；第二，舊管線更換；第三，損壞管線修復(fù)。選擇具體的非開挖技術(shù)時(shí)，應(yīng)做好以下工作：通過土層勘察確定區(qū)域土層情況與地下水分布；探測(cè)區(qū)域內(nèi)是否存在其它管線等埋設(shè)物，為方案的制定提供參考；管線現(xiàn)狀調(diào)查，判斷管線是否存在缺陷和缺陷的程度，以便及時(shí)進(jìn)行修復(fù)或換新。非開挖主要針對(duì)小徑管，人員無法進(jìn)入，通常管徑超過900m時(shí)將不再適用非開挖技術(shù)。

1.頂管法

該方法使用過程中僅需在地面進(jìn)行工作坑開挖，然后使用頂管機(jī)即可完成施工。其中，頂管機(jī)主要由以下部分組成：切削部分、出渣部分、頂進(jìn)部分、導(dǎo)向部分與控制系統(tǒng)。在施工中，切削產(chǎn)生的土通過螺旋鉆桿進(jìn)入坑底，也可用膨潤(rùn)土進(jìn)行攪拌，形成泥漿，再通過管道排放。后者能為工作面提供壓力，使工作面保持穩(wěn)定。由導(dǎo)向系統(tǒng)對(duì)頂管機(jī)所在位置與方向進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并對(duì)偏斜參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，再通過對(duì)糾偏系統(tǒng)的操作實(shí)現(xiàn)糾偏。實(shí)際施工精度主要受操作人員因素影響。通常需要將垂直與水平兩個(gè)方向的實(shí)際偏差限制在±25mm之內(nèi)，比傳統(tǒng)方法有較高精度，并且管道受到的外力也更加均勻。

該方法幾乎能在所有類型的土質(zhì)地層中使用，但不能有地下水。適用管徑在100～1000mm范圍內(nèi)，有效施工長(zhǎng)度在30～500m范圍內(nèi)。主要優(yōu)勢(shì)為：對(duì)地表造成的干擾相對(duì)較??；如果埋深較大，則成本低于傳統(tǒng)施工方法；精度較高；適用范圍廣泛。但也存在以下缺點(diǎn)和不足：開工前必須進(jìn)行詳細(xì)到位的勘察工作；如遇較大障礙，則會(huì)對(duì)施工造成直接影響，使施工無法完成；設(shè)備投入較大，若工作量較少，則會(huì)增加成本；對(duì)設(shè)備的操作人員有很高要求。

2.水平定向鉆進(jìn)

使用具有導(dǎo)向功能的鉆頭，在地表成10°～15°開始鉆入，以此形成先導(dǎo)孔，其孔徑為900mm。鉆進(jìn)時(shí)，由于鉆桿和孔壁會(huì)產(chǎn)生很大摩阻力，所以要用套洗鉆進(jìn)的方法，即在導(dǎo)向鉆桿端部套上套洗鉆桿，其直徑一般為125mm。交替進(jìn)行導(dǎo)向鉆進(jìn)與套洗鉆進(jìn)，到目標(biāo)點(diǎn)為止。然后拆除套洗鉆頭與導(dǎo)向鉆桿，更換擴(kuò)孔鉆頭通過回拉實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔。在擴(kuò)孔的過程中，應(yīng)通入泥漿進(jìn)行排屑，同時(shí)保證孔壁穩(wěn)定性。以新鋪管的管徑為依據(jù)，確定擴(kuò)孔的次數(shù)。在最后一次擴(kuò)孔的過程中，將新管接于鉆頭后，在擴(kuò)孔的同時(shí)使新管進(jìn)入孔中。施工中，對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行監(jiān)測(cè)與調(diào)整控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)在主要通過隨鉆測(cè)量確定工具面向角、鉆孔方位角及鉆孔頂角，再由彎接頭對(duì)鉆進(jìn)的方向進(jìn)行控制。

從理論上講該方法能在所有地層環(huán)境中使用，在跨越大型障礙物的新管鋪設(shè)工程中最為常用，其適用管徑在300～1500mm范圍內(nèi)，有效施工長(zhǎng)度在100～1500mm范圍內(nèi)。主要優(yōu)勢(shì)為：成型速度快；能對(duì)方向進(jìn)行控制，精度易于保證。但也存在以下缺點(diǎn)和不足：當(dāng)?shù)貙訛槁训[石與非粘性土?xí)r，施工難度較大；開工前必須仔細(xì)勘查場(chǎng)地。

3.導(dǎo)向鉆進(jìn)

使用具有導(dǎo)向功能的鉆機(jī)及擠壓式鉆頭實(shí)施鉆進(jìn)，其成孔方式主要有濕式成孔與干式成孔。利用斜面鉆頭對(duì)鉆進(jìn)的方向進(jìn)行控制。如果對(duì)鉆桿進(jìn)行同時(shí)給進(jìn)與回轉(zhuǎn)，則斜面將喪失方向性，即進(jìn)行保直鉆進(jìn)；如果僅對(duì)鉆桿進(jìn)行給進(jìn)，則斜面上的反力將改變鉆頭旋轉(zhuǎn)方向，即進(jìn)行造斜鉆進(jìn)。此外，在鉆頭中裝有發(fā)射器，能通過與接收器的配合對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

該方法在小徑管的開挖施工中應(yīng)用較多，適用管徑在50～350mm范圍內(nèi)，有效施工長(zhǎng)度在20～400m。要注意的是，該方法不得在礫石層與砂層中使用，因?yàn)樯疃葘⑹艿矫黠@的限制，通常深度不能超過10m。

4.螺旋鉆進(jìn)

利用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的切削頭對(duì)土層進(jìn)行切削，再用螺旋鉆桿向坑內(nèi)不斷排土，待鋪設(shè)的鋼套管在螺旋鉆桿外，開始進(jìn)行向前不斷頂進(jìn)。完工后，切削頭可通過指定工作坑來回收。該方法適用管材為鋼套管，可在其中進(jìn)行其它類型管線的鋪設(shè)。在硬度為軟到中的土層中使用。其適用管徑在100～1500mm范圍內(nèi)，有效施工長(zhǎng)度在20～100m范圍內(nèi)。由于施工中無法對(duì)方向進(jìn)行有效控制，所以其精度有限，并且在極軟土與卵礫石層中施工難度較大。

5.沖擊矛法

施工過程中，在工作坑內(nèi)使沖擊矛出發(fā)，經(jīng)沖擊排土后得到管道孔，沖擊矛和新管同時(shí)進(jìn)孔，也可在成孔后進(jìn)行擴(kuò)孔入孔。該方法的使用在目前十分普遍，尤其是分支管線新鋪。其適用土層為無水均質(zhì)土。適用管徑在30～250mm范圍內(nèi)，有效施工長(zhǎng)度在20～100m范圍內(nèi)。雖然該方法實(shí)際應(yīng)用較多，但其存在以下缺點(diǎn)：當(dāng)土質(zhì)不均時(shí)，將使孔位發(fā)生較大偏離；無法對(duì)方向進(jìn)行控制，施工精度一般；在特殊地層中無法使用。

6.夯管法

是指利用夯錘沿設(shè)計(jì)線路將鋼管打入到地層中。如果鋼管的直徑相對(duì)較小，則可采用閉口套管。而直徑較大的鋼管，需使用開口形式的套管，完工后，用高壓水進(jìn)行排土。該方法可在沒有大塊卵石的多種地層中使用，在含水地層中也可進(jìn)行施工。

二、其它工程施工中對(duì)非開挖技術(shù)的應(yīng)用——以管幕法施工為例

該方法是指借助夯錘在隧道頂新鋪鋼管，并對(duì)鋼管進(jìn)行扣鎖，形成穩(wěn)定支撐體系，用于保證隧道工作面及拱頂部分的穩(wěn)定性，使隧道開挖施工順利完全。相較于傳統(tǒng)的施工方法，該方法主要具有以下特點(diǎn)：

1.鋼管直徑最大可以達(dá)到1200mm，具有很強(qiáng)的承載能力。

2.鋼管長(zhǎng)度大，目前最長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到132m。

3.可根據(jù)實(shí)際的斷面形式與地質(zhì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變。

4.首根鋼管必須準(zhǔn)確到位，這是因?yàn)楹罄m(xù)施工的實(shí)際準(zhǔn)確度都受到首根管的影響。兩個(gè)相鄰的管道的連接應(yīng)采用接頭實(shí)現(xiàn)。對(duì)這一接頭而言，不僅可以提供導(dǎo)向功能，而且還能提高結(jié)構(gòu)剛度，避免地下水向工作面回流。在各根鋼管均完成安裝以后，開始注入混凝土，這樣能避免管道變形與腐蝕。此外，在連接接頭處使用化學(xué)漿液能實(shí)現(xiàn)良好封閉。之后即可進(jìn)行開挖施工。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)市政管線施工和管幕法施工中的非開挖技術(shù)具體應(yīng)用進(jìn)行分析。實(shí)踐表明，通過對(duì)非開挖技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅能達(dá)到預(yù)期的施工效果，而且還能減少對(duì)地表造成的破壞，縮短工期，是一種值得在市政工程領(lǐng)域大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)方法。