非開挖施工技術在市政管道施工中的應用

高文勝 王保存 周航羽 張乃仁

中建八局第二建設有限公司

1 引言

市政工程是城市運行的基礎工程，與城市居民的生活和生產密切相關，對城市的綜合發(fā)展具有非常重要的拉動作用。管道工程是市政工程中的重要組成部分，工程具有施工周期長、工程量大、投入成本高、涉及人員和設備量大等多種施工特點，傳統(tǒng)市政管道工程都是采用開挖式施工方式，不僅會影響周邊的交通和商業(yè)活動，還會影響周邊居民的正常生活。在我國建筑行業(yè)和建筑工藝不斷發(fā)展的背景條件下，非開挖施工技術在市政管道工程建設中的應用范圍越來越廣，該種施工方式對道路表面的破壞很小，還能給地下管道一定防護，延長地下管道的使用壽命，具有很好的經濟效益和社會效益。

2 非開挖施工技術概述

非開挖技術是利用先進的巖土鉆掘技術和設備，改變傳統(tǒng)管道施工中需要大面積開挖土體的方式，通過導向、定向鉆進等方式盡量不開挖或少開挖，完成對地下管線的更換、敷設和修復等工作，不會對施工環(huán)境周邊的交通、植被、商業(yè)和居民的正常生活產生影響，具有較好的社會效益。常用的施工方法包括水平導向鉆進法、頂管法、微型隧道法等，施工步驟通常為以下三步。

第一，勘測。施工前需做好全面且詳細地勘測工作，勘測內容包括施工環(huán)境的土壤情況、周圍管線排布情況、周邊建筑及構筑物的建設情況等，然后結合市政管道的建設需求和勘測結果制定科學的地下鉆孔施工方案，為市政管道的建設提供必要的數據參考。

第二，安裝機械設備。根據地下鉆孔施工方案中制定的鉆孔路線，將相關機械設備安裝在預定開孔位置上，然后開挖入射作業(yè)坑，并做好必要的防護、支撐、加固及排水等工作，安裝好鉆孔設備。

第三，鉆孔施工。非開挖的施工環(huán)節(jié)主要分為兩個環(huán)節(jié)：首先，以造斜潛入、開孔及保直潛入等施工為主的方向動土；其次，應根據工程建設要求嚴格控制開孔徑，根據不同的等級要求擴孔，并對孔壁進行必要的加固、加厚，并完成回拉擴孔。

3 非開挖技術的應用價值

首先，與傳統(tǒng)市政管道的開挖技術相比，非開挖技術主要是利用先進的鉆孔機械設備在地下環(huán)境中鉆孔并敷設管道，對人工和大型挖掘設備的依賴性較小，能極大程度地減少人工成本和設備租用成本，減少資金投入，獲得更好的經濟效益。

其次，非開挖技術在施工中由于不會使用大型的挖掘設備，施工的靈活性大幅提升，即便在狹窄的環(huán)境中也能進行施工，最大化減少對周邊居民正常生活的影響，具有良好的社會效益。

最后，在市政管道施工中采用非開挖施工技術，能得到精密程度更好的管道坑，大幅提升市政管道的建設質量，還能避免與周圍建筑物產生接觸，確保管道的建設符合設計要求[1]。

非開挖技術不僅能用于市政工程地下給排水管道的敷設、修復、更換等，還能用于修改地下電纜線路等工作，具有良好的應用價值[2]。但是，非開挖技術的使用對開挖設備的依賴性較強，目前國內建筑行業(yè)中的非開挖技術并未達到成熟水平，與技術成熟國家相比還有很大不足。但發(fā)展中國家對非開挖技術重要性的認識不斷提升，國內對非開挖技術的研究也不斷深入，在市政工程中的應用范圍也不斷擴大。

4 非開挖技術的具體應用方式

4.1 頂管施工技術

頂管施工技術首先挖掘工作坑，然后將頂進設備安裝在工作坑內，利用設備產生的頂力將管道按設計坡度頂入土壤中，并將頂出的土方運走，還需要在兩個工作坑內埋設工具管或挖掘機軟管。具體施工方式包括人工頂管、水射流頂進和擠壓頂進、機械加壓等，具體施工時應根據施工現場的實際環(huán)境、管道的直徑和長度、土壤質量、經濟性等多種因素綜合確認。目前在600mm～4000mm管道進行管線直線鋪設、混凝土管道、黏土等情況下，大部分管道采用機械頂管施工。機械式頂管施工方法是目前管道工程施工中應用較廣的非開挖技術，其中混凝土管道施工技術水平成熟度更高。

4.2 頂管施工的施工原理

施工開始后首先在管道側挖井，在挖出的基坑中安裝導軌。通常情況會在木材或混凝土技術上安裝軌道，管道則安裝在軌道上[3]。另外，應預先做好充分的頂管施工測量工作，得到精確的測量數據，并根據測量數據對頂管的中心線、標高、坡度等進行嚴格的控制。將預制好的鋼筋混凝土管利用液壓千斤頂推入土壤中，并以水平推力為核心保留工具管。在將鋼筋混凝土管道推入土壤之前，應充分清理管道表面和內部，保證內部無雜物，在管道推入的過程中，及時排出進入管道中的土壤，直至完成頂管作業(yè)。在頂管施工過程中產生的廢渣分為干渣和濕渣，應根據廢渣種類的不同采用針對性的處理防治。若施工地形距離較長或復雜程度較高，必須采用吊裝的施工方式，應輔以必要的保護措施，如泥漿夾套潤滑、激光校正等，保證施工質量。在頂管施工作業(yè)中，不僅要對施工環(huán)境進行詳細的勘測，還應將井筒沿線的地質情況納入綜合考量因素當中。在保證頂管符合長度要求的前提下，可盡量減少工作井和接收井的數量，減少工程量，減少開挖工作井對周邊環(huán)境的影響。施工中盡量將施工井設置在頂管中間部分，以方便施工中對其進行移動。

4.3 牽管施工技術

隨著非開挖技術的不斷發(fā)展，牽管施工技術在建筑行業(yè)內的應用范圍不斷擴大，尤其是在建設大型跨江工程、市政管道工程、環(huán)境保護等方面，都凸顯出其特有的技術優(yōu)勢[4]。該種施工方式是在施工中通過計算機進行指導和測試，設計并挖掘曲線相同的孔，將管線從導向孔中遷出，從而完成整個管道工程的施工。牽管施工技術目前在地下管線的施工中應用范圍非常廣，與頂管施工法相比，該種施工方法由于轉動慣量較小，對管徑較小的管道工程來說具有更好的施工效果。因此，牽管施工技術多用于具有長距離、小直徑施工特點的管道工程施工當中，因該類工程容易因距離過長出現管壓縮誤差。

4.4 牽管施工工藝

牽管施工需要在施工前用埋管探測器檢測埋管位置，確定孔的深度和位置，確?？啄馨凑赵O計方案進入[5]。需嚴格控制埋地管線和地下管線的安全距離，確保其符合設計標準。但排水下水管道通常采用非金屬水泥材質，探測器無法對其進行檢測，因此，若想確定排水管道的直徑、深度及走向，需要雷達進行輔助檢測，通過雷達輔助檢測還能在牽管施工過程中避免接觸地面定向孔，確保安全施工。詳細施工流程是將探測棒上襦導管端部，將鋼管連接導管尖端，然后通過管道向導管施加壓力，讓導管帶動管道鉆出地面。對安裝在導管尖端的鉆頭無特殊形狀要求，彎曲或豎直鉆頭都可使用，鉆頭上的導向器能隨時獲取鉆孔的深度和方向，方便鉆頭在開孔的過程中遇到道路、河流、鐵路或障礙物時對其鉆孔方向進行及時的調整。若需調整鉆頭前進的深度和方向，可通過調整導向器頭部方向的方式完成，使其在地下形成一個圓形洞穴。防護罩內設有孔板中心線，一旦位形成，它將擴展、解鎖位并接受位的旋轉反轉。不同的施工環(huán)境中土壤的情況各有不同，鉆孔過程中產生的泥漿也有所區(qū)別，應科學地控制失水情況，做好護壁措施。鉆孔在完成后，管道也連接到需要建設的長度，即可關閉兩端管道，將其與鉆頭相連拖入鉆孔中，即完成管道工程的施工。

4.5 牽管施工技術的特點

牽管施工技術在施工中不會對地面交通產生影響，也不會大規(guī)模開挖影響居民的正常生活，有效改善了傳統(tǒng)市政管道工程在施工中給周邊居民帶來的影響[6]。簽管施工技術能有效處理長距離電弧波，滿足地下巖屑埋深的設計需求。同時，該種施工技術也不會對河道通航造成影響，施工過程中不會對兩岸的河床結構造成破壞，沒有對施工時間的限制與要求，工程量與傳統(tǒng)開挖式施工技術相比大幅減少，工程周期短，安全系數高，成功概率高。與其他施工技術相比，牽管施工技術具有進入現場快、施工效率高、開挖面積小、施工成本低等諸多優(yōu)點。

4.6 夯管施工技術

夯管施工技術具有與牽管施工技術完全相反的作業(yè)原理，該種施工技術是利用夯擊設備產生的沖擊力將管道直接夯到土壤中[7]。夯管施工技術對施工環(huán)境土壤地質的要求較低，并且施工前準備工作也較為簡單，只需要在需要敷設管道的區(qū)域中，每隔一段距離挖出機械作業(yè)必須的基坑即可。同時，夯管施工技術的設備也較為簡單，主要包括航管管錘、發(fā)動機和空壓機三個部分，即可高效地完成夯管施工作業(yè)。雖然應用夯管施工技術的設備構成較為簡單，但對設備有較高的性能要求，需要夯擊設備能結合施工要求的不同產生強大的沖擊力，目前國內還未能對該類型設備進行大規(guī)模生產，行業(yè)內使用的設備也多為國外引進。

4.7 夯管施工技術操作流程

夯管施工技術的操作流程是首先將鋼管放置在預先挖好的基坑當中，利用夯錘擊打鋼管底部，在夯錘強大的沖擊力作用下將鋼管擊入預設管道內[8]。由于該種施工方法的施工前準備工作較為簡單，沒有對施工區(qū)域內的地質情況進行詳細地勘察，使得管道在被夯擊的過程中容易與土壤中的石塊、障礙物等發(fā)生碰撞，在一定程度上制約了夯管施工技術的應用效果。為盡量規(guī)避施工中出現這一現象，行業(yè)內對夯管施工技術的操作流程提出了更嚴格的要求，通過隔斷設置管坑的方式，最大化減少管道與障礙物的碰撞概率，使其獲得更好的應用效果。

5 結語

綜上所述，非開挖技術在市政工程管道施工中具有諸多優(yōu)勢，并且具有良好的社會效益和經濟效益，對促進我國市政工程的建設水平來說具有非常重要的意義。但是目前國內非開挖技術水平與發(fā)達國家相比還有一定差距，并且相關設備也需要從發(fā)達國家中引進，在一定程度上增加了施工成本。相關人員應加大對非開挖技術的應用研究，根據工程的實際情況靈活地選擇不同的非開挖技術手段，提高市政管道施工質量，促進城市快速發(fā)展。