杨耀鹏

摘要：非开挖施工技术(Trenchless Technology或No-Dig)是指在不开挖地表的条件下铺设、修复和更换各种地下公用设施的任何一种技术和方法。与传统的施工方法相比，具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合成本低、安全性好等优点。

关键词：非开挖技术排水管道施工 应用

中图分类号：B819文献标识码： A

前言：

随着城市的扩大和城镇人口不断增加，各类地下管网也在不断延伸。老管线的扩容改造、在线管线的维修、新管线的铺设已成为城市正常运转和居民正常生活的重要管理内容。在生活、工作节奏不断加快，环境保护限制日趋严厉的现代城市中，人们对传统开挖法管线施工带来的交通阻塞、大面积绿地园林毁坏、出行不便和堆土带来的扬尘及泥泞难以忍受;对管线修复、改造带来的“马路拉锁”现象也难以容忍。因此，在当今城市建设管网地下化发展的大潮中，非开挖管线工程技术恰是解决这一矛盾的重要技术，对于现代化城市的建设、管理起着极为重要的作用。

一、非开挖技术概述

非开挖技术是指对地面较少破坏或无须挖沟槽的条件下(个别作业坑除外)，进行各类用途管线的铺设、修复和更换的技术。现阶段施工中，非开挖技术主要分为拉管技术和顶管技术。

拉管技术是采用定向钻机从河流或道路的一侧向另一侧钻孔，然后把要安装的设施从道路钻孔的一侧拖入到另一侧，其施工的特点是不需要开挖。该技术的优越性是减少施工工程的开挖工作量，不破坏地面设施，不破坏环境，不阻碍河流航运或地面交通，同时所安装的设施深度大大提高，减少了设施遭受人为损坏和自然损害的机率，从而大大增加了设施的安全性和可靠性，运用该技术可以解决很多常规施工无法解决的问题。

所谓顶管技术就是借助于主顶油缸及管道中继间的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起;与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之问。在顶管施工中最为流行的有3种平衡理论，气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论。气压平衡又有全气压平衡和局部气压平衡之分，全气压平衡使用得最早，它是在所顶进的管道中及挖掘面上都充满一定压力的空气，以空气的压力来平衡地下水的压力;局部气压平衡则往往只有掘进机的土仓内充以一定压力的空气，达到平衡地下水压力和挖掘面土体中地下水的作用。泥水平衡理论就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱并施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工理论，按照该理论，泥浆水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水的惨透，然后再加上一定的压力就可平衡地下水压力，同时，也可以平衡土压力。土压平衡理论就是以掘进机土舱内泥土的压力来平衡掘进机所处土层的土压力和地下水压力的顶管理论。

二、非开挖技术的发展

利用非开挖技术铺设地下管线在国外已有百余年发展历史，但是真正大规模应用于工程还只有三十多年。1971年，美国人克林顿·马丁把定向钻探技术与传统铺管技术巧妙地结合起来，发明了导向钻进铺管技术，引发了非开挖技术的一场革命。 1988年，地面无线跟踪导航监测系统的开发利用，使导向铺管施工质量进一步提高、标志着非开挖技术进入了一个崭新的发展阶段。

我国1998年用非开挖技术施工的占全部铺管工作量的0.2%，而非开挖技术在管道修复方面几乎为零。近年来，由于受交通条件的制约，以及新材料、新工艺的引进，非开挖技术也有了飞速的发展。非开挖地下管线施工技术可分为:非开挖铺设新管线、旧管的原位更换和修复破坏的旧管道三种基本类型。与传统的开挖施工技术相比，非开挖施工技术的主要优点是:

1、具有显著的社会效益。施工时不影响交通、不破坏环境(绿地、植被、树木)、不干扰工厂、商店医院、学校和居民的正常生活与工作秩序;

2、具有较好的经济效益。在相同情况下，非开挖施工的综合成本(直接成本+间接成本)均低于开挖法施工，而且管径和埋深越大时越明显。部分非开挖施工方法的直接成本甚至低于开挖法施工:

3、施工速度快。由于辅助工程(如槽壁支护、回填等)少，施工速度大大快于开挖施工;

4、可用于传统的开挖施工法无法施工或不允许进行开挖施工的场合，如穿越大型河流、湖泊、交通干线、建筑物等

三、非开挖技术排水管道铺设技术

1、顶管法

顶管施工法是最早用在排水工程施工中的一种非开挖施工方法，起源于美国。它是继盾构法之后发展起来的一种地下管道施工方法，最初，顶管施工法主要用于跨越孔施工时顶进钢套管，随着技术的改进，顶管法也可用于无套管情况下顶进永久性的公用管道，主要是重力管道。最新的研究发展到可以顶进玻璃夹砂管。

2、顶管施工的基本流程

顶管施工先在管道设计路线上施工一定数量的小基坑作为顶管工作井，作为一段顶管的起点与终点，工作井的一面或两面侧壁设有圆孔作为预制管节的出口和进口。顶管出口孔壁对面侧墙为承压壁，其上安装液压千斤顶和承压垫板。顶管施工就是借助于管顶油缸以及中继间的顶进力，把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。与此同时，把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。一个完整的顶管施工主要包括以下几个部分:工作坑和接受坑;顶管掘进机;主装置中继间;顶铁;基坑导轨;后座墙;顶进用管;输土装置;地面起吊设备;测量和校正系统;注浆系统;供电和照明系统;通风和换气系统;辅助施工。一个完整的顶管施工原理见图

图1顶管施工原理

1--混凝土管;2一运输车;3扶梯;4一主顶油泵;5行车;6一安全扶栏;7一润滑注浆系统;8一操纵房;9一配电系统;10一操纵系统;11一后座;12一测量系统;主顶油缸;14一导轨;15一弧形顶铁;16一环形顶铁;17--混凝土管;18土车;19一机头。

对于长距离顶管，由于主油缸的顶力不足以克服管壁四周的土体摩擦力和迎面阻力，常将管道分段，在每段之间设置由一些中继油缸组成的中继间，且在管壁四周加注减摩剂以进行长距离管道的顶推。

3、顶管施工的特点

顶管施工与开挖施工法相比，具有以下优点:

1)开挖部分仅有工作坑和接受坑，而且安全、对交通影响小;

2)在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量小;

3)作业人员少，工期短;

4)建设公害少，文明施工程度高;

5)在覆土深度大的情况下，施工成本低。

四、非开挖施工技术措施要点

1、施工前做好前期调研以及施工准备工作

在给排水工程采用非开挖施工技术实施之前，需要对施工场地周围环境进行全面的前期调研，不仅要了解清楚管线通过区域的地质构造，还要掌握其地表和地下水分布情况。只有充分的了解地质情况，才能针对项目设计合理的管线穿线路径以及进出洞口的位置。只有这样才能既满足给排水工程非开挖施工的技术要求，也能保证对地上设施及附属建筑物的影响降到最低。

2、根据拉管施工技术要点安排合理的施工方案

在市政给排水工程施工中，由于其管道材料及使用情况的不同，必须根据其工程实际情况及拉管施工技术要点编制合理的施工方案。这其中包括导向孔轨迹设计、管材选用、水泥砂浆配比等。

1)由于排水管道的应用不同，在编制拉管施工方案时候，导向孔轨迹的设计的深度、坡度允许误差均有较严格的要求。2)回拉力的计算及定向钻机的选择需要根据工程建设标准《水平定向钻进管线铺设工程技术规程》进行校核。3)根据设计文件的要求选用适用拉管技术的管材。

3、非开挖施工技术要点

1)严格轴线定位测量，并及时校正。在进行导向孔施工时，必须进行严格的轴线定位测量，使用定向钻机水平钻进。而在非开挖区域的地面应采取控向仪等导航设备对钻头的方向和深度进行控制，使导向孔严格按照设计的轴线形成铺设中心线。2)随着钻进工程的施工，随时调整钻进参数，避免不同的岩层钻进对设备造成损害。3)密切监控施工过程，留意是否有地质突发情况，比如泥浆漏失、钻压突变等情况。

4、市政排水管拉管施工特殊措施

1）应对精度要求应采取的施工措施

由于市政排水管线需要的施工精度较一般的拉管施工技术更高，因此可以采用设置工作坑、增加监控检测频率、选择人员活动较少的夜间施工避免干扰等手段来提高施工精度。特别是在检测及检定管位深度、方向及岩层突破上，需要增加检定次数，采用及时进行钻进调整，尽量规避钻进施工误差。

2）应对沉降问题应采取的施工措施

在遇到不良土质时，经常会发生沉降问题，这时应增设工作井，将原先的工作段分为几次完成，尽可能减少土体变形。此外应采取相应的补救措施，利用工作井对下沉的管段或者可能下沉的管段进行灌浆加固措施。在回拖管材时，使用外侧附带灌浆管灌浆封堵的方式，可以较为有效的控制沉降问题。

结语：

在现代的市政给排水工程中，通常采用非开挖施工技术进行施工，并且在长久以来的施工过程中，积累的大量的经验。通过上文对非开挖施工技术在城市给排水管道施工中的应用进行了详细阐述，随着科学技术和建筑行业的发展，非开挖技术在城市的应用中必定会更加成熟完善，进而为我国城市给排水管道施工提供更好的技术保障。

参考文献：

[1]许文澄.非开挖施工新技术.厦门科技，2005, Vol. (4) :51~54

[2]叶建良，蒋国盛，窦斌.非开挖铺设地下管线施工技术与实践.武汉:中国地质大学出版社，2000. 83-90

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