城市道路給排水施工非開挖技術的應用分析

李忠武，原少賓

(1.山金設計咨詢有限公司，山東 煙臺 264000；2.煙臺融祥房地產開發有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引 言

目前，受到地方財政和舊城改造中各種設施的影響，大部分地區在舊城改造中或者地下管道擴容中，已應用了非開挖技術作為主要施工技術。此項技術是指工程在作業時，輔助使用多種巖土鉆探設備與現代化技術手段，將頂管、定向、導向鉆進作為主要施工方式，在道路的表層開挖一個較小的洞口(鉆進設備進入、退出口)，進行道路地下給排水管線的更換、敷設、修復等工作。通過對技術特點的分析，可以認為此項技術在建筑工程領域內廣泛推廣，可以解決工程道路給排水施工對基礎建筑造成的破壞問題，從而起到提升工程社會經濟效益的作用。盡管一些一線城市，已在建設道路時使用非開挖技術取得了較好的反應，但由于此項技術的開發尚未完全成熟，在實際應用中仍存在一些技術方面的疑點或操作中的不規范性行為。綜合此項技術在應用中的現存問題，根據道路給排水設計的實際需求，下文將對此項技術的標準化應用與作業流程展開分析，以此優化道路工程施工方案，規范施工現場勞動力的作業行為，提高相關工程在實施中的市場效益與經濟收益，為市政工程的規范化建設與可持續發展創設一個良好的作業環境。

1 城市道路給排水施工非開挖技術設計

1.1 城市道路給排水管道頂管施工軌跡設計

在城市道路給排水施工過程中，導向孔結構是指擴孔拉管的母線結構，同時也是最終能夠形成給排水管線的孔結構[1]。與其他管線不同，給排水管對導向孔設置要求更加嚴格，無論是對于導向孔的深度，還是坡度，其允許誤差都需要控制更加嚴格，因此施工難度進一步增加。針對城市道路而言，在對其進行給排水管線施工時，應當綜合考慮道路實際情況，并在確保滿足施工技術要求的情況下，對城市道路給排水管道頂管施工軌跡進行設計[2]。通常情況下，將施工區域內的工作井與工作井之間的距離控制在100～200 m。當施工過程中，給排水管線較深時，則需要明確其具體入土角度，并按照圖1所示的內容，完成對頂管入土工作坑結構的設計。

圖1 給排水施工中入土工作坑結構設計示意圖

按照圖1所示的結構，完成對入土工作坑的設計，確保其泥漿池、圍欄以及拉管機的位置均在允許范圍內，確保后續非開挖施工工作的順利實施[3]。

1.2 基于頂管技術的施工頂力計算與頂進機械選型

在上述設計內容基礎上，引入非開挖技術中的淺埋暗挖技術，并在此基礎上完成對鉆機的選型[4]。對于施工中頂進設備頂力的計算，可以參照當前工程建設標準當中，針對頂進設備管線敷設的相關要求，按照公式(1)完成對其頂力具體數值的計算：

F=πLf[D2/4-dδ(D-δ)]

(1)

式中：F為通過計算得出的施工頂力數值，kN；L為給排水管線穿越長度，m；f為施工過程中的摩擦系數，通常情況下f的取值在0.1～0.3；D為給排水管線的橫截面內直徑，m；d為給排水管線的橫截面外直徑，m；δ為給排水管線壁厚，m。根據上述公式，計算得出基于非開挖技術的施工回頂力。施工中，輔助使用地質勘查裝置，對施工區域進行工程勘查，對地下管線進行復查后在地面上進行標記，根據復查結果，調整頂進設備的鉆進設計軌跡，設定進出鉆進點、開挖點等輔助施工點。

在此基礎上，對頂進施工機械進行選型。可選用DDW—350非開挖鉆機，另外配備功率為55 kW的持續鉆射流循環泥漿攪拌裝置，為鉆機提供充足的泥漿材料[5]。同時，選用該型號非開挖機械具備極高的作業安全性，除了適用于城市道路的給排水施工中，還可應用于各種斷面的平、斜巷道施工。該裝置的應用能夠進一步促進施工效率的提升[6]。同時，該型號非開挖水平鉆機上配備了操縱臺全功能數字顯示儀表，能夠實現對施工過程中各項參數的實時顯示，從而實現對施工參數的合理控制，并及時找出可能出現的施工故障問題。DDW—350非開挖頂進設備的技術參數為：發動機功率為150 kW，配備的泥漿裝置運行功率為55 kW，泥漿裝置泵流量為330 L/min。

1.3 給排水管道材料選擇與泥漿配制

在完成對施工回拉力計算和鉆機的選型后，還需要對給排水管道材料進行選擇。基于非開挖技術的應用需要，選用HDPE管材，該類型材料的特點為：第一，具有極高的韌性，在施工中能夠保持良好的抗拉能力，且抗刮痕能力良好，能夠適用于城市道路復雜的環境條件；第二，具備良好的密封效果，連接強度與本身強度相比更高，適用于對其進行拖拉施工；第三，可撓性能良好，方便施工人員根據管線的施工走向對管線軌道進行調整。

選用聚合物加強型的泥漿材料，該材料主要成分包括優質膨潤土和少量聚合物[7]。在配制過程中，將優質膨潤土的添加量控制在總泥漿質量的2%。同時，在進行后續擴孔施工處理時，也按照相同的比例完成對泥漿材料的配制。針對頂管技術應用后，需要進行管道擴容的情況，可采取翻轉式CIPP修復，此時管徑基本維持原來狀態，但在此基礎上對實壁管進行鋪設，可達到對給排水主線全部擴容。在應用頂管技術后，針對管道的更換，可引入一種管道更換頂管機裝置，利用該裝置完成對管道的更換工作。在更換過程中，結合施工區域及周圍環境特點，制定科學且詳細的更換方案[8]。在更換前，將準備好的材料和新的管道放置在施工段兩端工作坑當中，將新的管道進行更換前預處理，例如端口處理、端口連接等。針對更換下來的舊管道，可使用破碎和脹管工具，將其進行破碎處理，并新管道的安全清理足夠的空間。使用更換頂管機裝置將新的管道按照原位置進行安裝，實現對管道更換。

1.4 給排水導向孔施工

在進行對給排水管線的導向孔施工時，應當結合實現設計的施工方案，在結合頂管技術的基礎上，完成導向施工，并針對施工過程中的具體內容進行詳細記錄。在具體施工中，可通過引入導向儀設備對鉆孔的深度以及鉆進角度進行測定，以此綜合反映導向孔施工過程中孔內結構特征，為后續施工控制和調整提供數據依據。針對不同規格的地下管線，在進行頂管施工時，需要明確給排水導向孔施工軌跡與既有地下管線之間的最小距離。例如，擴孔直徑為小于等于φ500的地下管線，設計對應排水管平行凈距在1.0 m內；擴孔直徑在φ500～φ1 000的地下管線，設計對應的排水管平行凈距在1.5 m內。每執行一次測量工作，需要進行一次鉆頭位置在地下位置的確認，只有滿足與之方面相關的需求，才能確保導向孔施工技術符合工程技術規范。在施工中，將圓孔通道的中心線作為給排水管線鋪設的中心線。在鉆進時，應當根據實際需要采用輕壓慢轉的施工方式，在進入到管線施工的平直段區域時，可采用輕壓慢轉的施工方式。同時，還需要綜合考慮城市道路地層變化的問題，完成對鉆井參數的調整[5]。為了確保鉆進的質量，還需要對有無扭矩、有無鉆壓突變等異常情況進行實時觀測，從而在發現問題是立即進行停工并調整施工參數，以此完成整個導向孔的施工工作。通過上述論述可知，非開挖技術的應用大致可以劃分為三大類型，一種為非開挖施工，例如頂管施工；一種為舊管線更換施工，例如吃管法；一種為非開挖修理，通過非開挖的方式對已有排水管道進行修理。在實際應用中，需要結合實際工況，對上述三種不同非開挖技術應用方式進行合理選擇，從而達到最佳的給排水施工效果。

2 對比分析

本次研究的實驗項目以甘肅省天水市某城區的市政工程項目為依托，此項目是在地方政府的指示下組織的大型老城區建設改造項目，項目施工橫穿多個街區，預計在跨城區建設區域鋪設25條地下給排水管道。敷設管道的直徑約為125.0 mm，總敷設長度為850.0 m，預計施工工期為30 d。為了避免對城市居民群體的生活造成影響，政府要求此次項目需要在不破壞路面結構、不妨礙地方交通秩序、不污染生態環境的條件下，保質保量地完成。完成施工后，要求施工建設區域不得出現地表沉降問題，管道的敷設位置偏差不允許超出預設位置的5%。非開挖工程項目施工平面圖如圖2所示。

圖2 實驗工程項目非開挖局部施工平面圖

從圖2可以看出，此次非開挖施工作業敷設的給排水管線主要分布在國道與鐵道線上，施工區域經過多個建筑物與城市居民區。根據現場施工勘查人員反饋可知，施工區域地表0～0.8 m位置屬于填土區與行車水泥路面，0.8～5.0 m區域屬于亞黏土區域，其中含有少量的卵石。掌握施工區域地質概況后，按照本文設計的施工技術與傳統施工技術，對此次工程中編號為JS01～JS07的管道進行鋪設。兩種方法各敷設7條管道，完成鋪設后，使用金屬探測設備，對完成施工的管道位置進行探測，分析敷設管道位置與預計敷設位置存在的偏差，當偏差<5%時，證明此次施工作業成果符合標準，反之，當敷設管道位置與預計敷設位置的偏差>5%時，證明此次施工作業成果不達標。對比兩種施工方法在竣工后敷設管道位置的偏差，將其作為對比實驗的結果，如圖3所示。

圖3 給排水鋪設管道偏差

從圖3可以看出，兩種施工方法都可以實現將給排水鋪設管道的偏差控制在5%以內，并且，相比傳統方法而言，本文提出的施工方法在完成施工作業后，敷設管道的偏差值更低。由此可以看出，本文此次研究提出的非開挖技術在實際應用中效果更優，可以實現對市政工程道路施工水平與竣工成果質量的有效提升，說明了此次設計成果在真實有效，可將其在建筑研究領域內推廣。

3 結束語

本文研究以某城市的道路給排水建設工程項目為例，從多個方面，對非開挖技術的標準化應用流程展開了論述與分析，完成研究后，將其與傳統施工方法進行對比，證明了本文設計的施工方法在實際應用中，可以將排水鋪設管道的偏差控制在5%以內。相比早期大規模的施工作業行為，此項施工作業技術在實際應用中不僅不會對施工區交通造成阻礙與干擾，也不會影響到區域生態環境的賦存，基本不會對周邊居住群體的生活秩序與生存環境造成負面影響。總之，此次研究提出的技術應用方法是一項綜合效果良好、具有社會廣泛推廣能力的技術。隨著城市文明建設的提升，此項技術在未來，將成為市政工程建設的主要技術。因此，在深入對此項技術的研究中，還將繼續進行技術檢驗的投入，通過多次實驗，證明此項技術可起到優化項目施工全過程的作用。