非開挖施工技術(shù)在市政管道施工中的應(yīng)用

高文勝 王保存 周航羽 張乃仁

中建八局第二建設(shè)有限公司

1 引言

市政工程是城市運(yùn)行的基礎(chǔ)工程，與城市居民的生活和生產(chǎn)密切相關(guān)，對(duì)城市的綜合發(fā)展具有非常重要的拉動(dòng)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(zhǎng)、工程量大、投入成本高、涉及人員和設(shè)備量大等多種施工特點(diǎn)，傳統(tǒng)市政管道工程都是采用開挖式施工方式，不僅會(huì)影響周邊的交通和商業(yè)活動(dòng)，還會(huì)影響周邊居民的正常生活。在我國(guó)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(shù)在市政管道工程建設(shè)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，該種施工方式對(duì)道路表面的破壞很小，還能給地下管道一定防護(hù)，延長(zhǎng)地下管道的使用壽命，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 非開挖施工技術(shù)概述

非開挖技術(shù)是利用先進(jìn)的巖土鉆掘技術(shù)和設(shè)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(guò)導(dǎo)向、定向鉆進(jìn)等方式盡量不開挖或少開挖，完成對(duì)地下管線的更換、敷設(shè)和修復(fù)等工作，不會(huì)對(duì)施工環(huán)境周邊的交通、植被、商業(yè)和居民的正常生活產(chǎn)生影響，具有較好的社會(huì)效益。常用的施工方法包括水平導(dǎo)向鉆進(jìn)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(cè)。施工前需做好全面且詳細(xì)地勘測(cè)工作，勘測(cè)內(nèi)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(gòu)筑物的建設(shè)情況等，然后結(jié)合市政管道的建設(shè)需求和勘測(cè)結(jié)果制定科學(xué)的地下鉆孔施工方案，為市政管道的建設(shè)提供必要的數(shù)據(jù)參考。

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

第三，鉆孔施工。非開挖的施工環(huán)節(jié)主要分為兩個(gè)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(dòng)土；其次，應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)要求嚴(yán)格控制開孔徑，根據(jù)不同的等級(jí)要求擴(kuò)孔，并對(duì)孔壁進(jìn)行必要的加固、加厚，并完成回拉擴(kuò)孔。

3 非開挖技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

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

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

最后，在市政管道施工中采用非開挖施工技術(shù)，能得到精密程度更好的管道坑，大幅提升市政管道的建設(shè)質(zhì)量，還能避免與周圍建筑物產(chǎn)生接觸，確保管道的建設(shè)符合設(shè)計(jì)要求[1]。

非開挖技術(shù)不僅能用于市政工程地下給排水管道的敷設(shè)、修復(fù)、更換等，還能用于修改地下電纜線路等工作，具有良好的應(yīng)用價(jià)值[2]。但是，非開挖技術(shù)的使用對(duì)開挖設(shè)備的依賴性較強(qiáng)，目前國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)中的非開挖技術(shù)并未達(dá)到成熟水平，與技術(shù)成熟國(guó)家相比還有很大不足。但發(fā)展中國(guó)家對(duì)非開挖技術(shù)重要性的認(rèn)識(shí)不斷提升，國(guó)內(nèi)對(duì)非開挖技術(shù)的研究也不斷深入，在市政工程中的應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。

4 非開挖技術(shù)的具體應(yīng)用方式

4.1 頂管施工技術(shù)

頂管施工技術(shù)首先挖掘工作坑，然后將頂進(jìn)設(shè)備安裝在工作坑內(nèi)，利用設(shè)備產(chǎn)生的頂力將管道按設(shè)計(jì)坡度頂入土壤中，并將頂出的土方運(yùn)走，還需要在兩個(gè)工作坑內(nèi)埋設(shè)工具管或挖掘機(jī)軟管。具體施工方式包括人工頂管、水射流頂進(jìn)和擠壓頂進(jìn)、機(jī)械加壓等，具體施工時(shí)應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境、管道的直徑和長(zhǎng)度、土壤質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性等多種因素綜合確認(rèn)。目前在600mm～4000mm管道進(jìn)行管線直線鋪設(shè)、混凝土管道、黏土等情況下，大部分管道采用機(jī)械頂管施工。機(jī)械式頂管施工方法是目前管道工程施工中應(yīng)用較廣的非開挖技術(shù)，其中混凝土管道施工技術(shù)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(cè)挖井，在挖出的基坑中安裝導(dǎo)軌。通常情況會(huì)在木材或混凝土技術(shù)上安裝軌道，管道則安裝在軌道上[3]。另外，應(yīng)預(yù)先做好充分的頂管施工測(cè)量工作，得到精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)頂管的中心線、標(biāo)高、坡度等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。將預(yù)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(yīng)充分清理管道表面和內(nèi)部，保證內(nèi)部無(wú)雜物，在管道推入的過(guò)程中，及時(shí)排出進(jìn)入管道中的土壤，直至完成頂管作業(yè)。在頂管施工過(guò)程中產(chǎn)生的廢渣分為干渣和濕渣，應(yīng)根據(jù)廢渣種類的不同采用針對(duì)性的處理防治。若施工地形距離較長(zhǎng)或復(fù)雜程度較高，必須采用吊裝的施工方式，應(yīng)輔以必要的保護(hù)措施，如泥漿夾套潤(rùn)滑、激光校正等，保證施工質(zhì)量。在頂管施工作業(yè)中，不僅要對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的勘測(cè)，還應(yīng)將井筒沿線的地質(zhì)情況納入綜合考量因素當(dāng)中。在保證頂管符合長(zhǎng)度要求的前提下，可盡量減少工作井和接收井的數(shù)量，減少工程量，減少開挖工作井對(duì)周邊環(huán)境的影響。施工中盡量將施工井設(shè)置在頂管中間部分，以方便施工中對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)。

4.3 牽管施工技術(shù)

隨著非開挖技術(shù)的不斷發(fā)展，牽管施工技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，尤其是在建設(shè)大型跨江工程、市政管道工程、環(huán)境保護(hù)等方面，都凸顯出其特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[4]。該種施工方式是在施工中通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行指導(dǎo)和測(cè)試，設(shè)計(jì)并挖掘曲線相同的孔，將管線從導(dǎo)向孔中遷出，從而完成整個(gè)管道工程的施工。牽管施工技術(shù)目前在地下管線的施工中應(yīng)用范圍非常廣，與頂管施工法相比，該種施工方法由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，對(duì)管徑較小的管道工程來(lái)說(shuō)具有更好的施工效果。因此，牽管施工技術(shù)多用于具有長(zhǎng)距離、小直徑施工特點(diǎn)的管道工程施工當(dāng)中，因該類工程容易因距離過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)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(cè)器檢測(cè)埋管位置，確定孔的深度和位置，確保孔能按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)入[5]。需嚴(yán)格控制埋地管線和地下管線的安全距離，確保其符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但排水下水管道通常采用非金屬水泥材質(zhì)，探測(cè)器無(wú)法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，因此，若想確定排水管道的直徑、深度及走向，需要雷達(dá)進(jìn)行輔助檢測(cè)，通過(guò)雷達(dá)輔助檢測(cè)還能在牽管施工過(guò)程中避免接觸地面定向孔，確保安全施工。詳細(xì)施工流程是將探測(cè)棒上襦導(dǎo)管端部，將鋼管連接導(dǎo)管尖端，然后通過(guò)管道向?qū)Ч苁┘訅毫?，讓?dǎo)管帶動(dòng)管道鉆出地面。對(duì)安裝在導(dǎo)管尖端的鉆頭無(wú)特殊形狀要求，彎曲或豎直鉆頭都可使用，鉆頭上的導(dǎo)向器能隨時(shí)獲取鉆孔的深度和方向，方便鉆頭在開孔的過(guò)程中遇到道路、河流、鐵路或障礙物時(shí)對(duì)其鉆孔方向進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。若需調(diào)整鉆頭前進(jìn)的深度和方向，可通過(guò)調(diào)整導(dǎo)向器頭部方向的方式完成，使其在地下形成一個(gè)圓形洞穴。防護(hù)罩內(nèi)設(shè)有孔板中心線，一旦位形成，它將擴(kuò)展、解鎖位并接受位的旋轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。不同的施工環(huán)境中土壤的情況各有不同，鉆孔過(guò)程中產(chǎn)生的泥漿也有所區(qū)別，應(yīng)科學(xué)地控制失水情況，做好護(hù)壁措施。鉆孔在完成后，管道也連接到需要建設(shè)的長(zhǎng)度，即可關(guān)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(shù)的特點(diǎn)

牽管施工技術(shù)在施工中不會(huì)對(duì)地面交通產(chǎn)生影響，也不會(huì)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(lái)的影響[6]。簽管施工技術(shù)能有效處理長(zhǎng)距離電弧波，滿足地下巖屑埋深的設(shè)計(jì)需求。同時(shí)，該種施工技術(shù)也不會(huì)對(duì)河道通航造成影響，施工過(guò)程中不會(huì)對(duì)兩岸的河床結(jié)構(gòu)造成破壞，沒有對(duì)施工時(shí)間的限制與要求，工程量與傳統(tǒng)開挖式施工技術(shù)相比大幅減少，工程周期短，安全系數(shù)高，成功概率高。與其他施工技術(shù)相比，牽管施工技術(shù)具有進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)快、施工效率高、開挖面積小、施工成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。

4.6 夯管施工技術(shù)

夯管施工技術(shù)具有與牽管施工技術(shù)完全相反的作業(yè)原理，該種施工技術(shù)是利用夯擊設(shè)備產(chǎn)生的沖擊力將管道直接夯到土壤中[7]。夯管施工技術(shù)對(duì)施工環(huán)境土壤地質(zhì)的要求較低，并且施工前準(zhǔn)備工作也較為簡(jiǎn)單，只需要在需要敷設(shè)管道的區(qū)域中，每隔一段距離挖出機(jī)械作業(yè)必須的基坑即可。同時(shí)，夯管施工技術(shù)的設(shè)備也較為簡(jiǎn)單，主要包括航管管錘、發(fā)動(dòng)機(jī)和空壓機(jī)三個(gè)部分，即可高效地完成夯管施工作業(yè)。雖然應(yīng)用夯管施工技術(shù)的設(shè)備構(gòu)成較為簡(jiǎn)單，但對(duì)設(shè)備有較高的性能要求，需要夯擊設(shè)備能結(jié)合施工要求的不同產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，目前國(guó)內(nèi)還未能對(duì)該類型設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，行業(yè)內(nèi)使用的設(shè)備也多為國(guó)外引進(jìn)。

4.7 夯管施工技術(shù)操作流程

夯管施工技術(shù)的操作流程是首先將鋼管放置在預(yù)先挖好的基坑當(dāng)中，利用夯錘擊打鋼管底部，在夯錘強(qiáng)大的沖擊力作用下將鋼管擊入預(yù)設(shè)管道內(nèi)[8]。由于該種施工方法的施工前準(zhǔn)備工作較為簡(jiǎn)單，沒有對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行詳細(xì)地勘察，使得管道在被夯擊的過(guò)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(shù)的應(yīng)用效果。為盡量規(guī)避施工中出現(xiàn)這一現(xiàn)象，行業(yè)內(nèi)對(duì)夯管施工技術(shù)的操作流程提出了更嚴(yán)格的要求，通過(guò)隔斷設(shè)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(yīng)用效果。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，非開挖技術(shù)在市政工程管道施工中具有諸多優(yōu)勢(shì)，并且具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)促進(jìn)我國(guó)市政工程的建設(shè)水平來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義。但是目前國(guó)內(nèi)非開挖技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，并且相關(guān)設(shè)備也需要從發(fā)達(dá)國(guó)家中引進(jìn)，在一定程度上增加了施工成本。相關(guān)人員應(yīng)加大對(duì)非開挖技術(shù)的應(yīng)用研究，根據(jù)工程的實(shí)際情況靈活地選擇不同的非開挖技術(shù)手段，提高市政管道施工質(zhì)量，促進(jìn)城市快速發(fā)展。