非開挖施工技術(shù)在市政管道施工中的實踐

馬步清

（山西五建集團有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

隨著城市化進程的不斷推進，市政管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模加大，管網(wǎng)覆蓋面也逐漸擴大。在傳統(tǒng)市政管道施工階段，開挖施工技術(shù)存在的局限性越來越突出，嚴重阻礙了城市交通運行和城市居民日常生活，非開挖技術(shù)逐漸實現(xiàn)的應(yīng)用。在非開挖施工階段，無須展開挖掘作業(yè)即可完成管道敷設(shè)與管道替換，極大的提高了施工效率，也保障了城市經(jīng)濟及各行業(yè)的正常運行。

1 非開挖技術(shù)概述

非開挖技術(shù)是指在不對地表造成傷害的基礎(chǔ)上，完成地下管線敷設(shè)、地下管線檢查、地下管線維護及地下管線更換的一種技術(shù)手段。非開挖技術(shù)具有極強的自動化和機械化優(yōu)勢，能夠降低施工環(huán)節(jié)人工成本支出，施工效率更高，施工周期更短，施工速度更快。施工環(huán)節(jié)無須占用過大的場地，可在交通擁堵地區(qū)及喧囂地區(qū)展開作業(yè)，施工環(huán)節(jié)不會對地表結(jié)構(gòu)造成損壞，無須展開土方挖掘，可避免傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用過程中存在的交通干擾及環(huán)境污染等缺陷。加強非開挖技術(shù)應(yīng)用可實現(xiàn)城市生態(tài)環(huán)境保護，推動城市經(jīng)濟發(fā)展。

作為一項新型技術(shù)手段，非開挖技術(shù)在市政管道施工中實現(xiàn)了大范圍的推廣。但在具體應(yīng)用過程中，其涉及方面多，要加強各個工序的重點質(zhì)量控制。在管道鋪設(shè)階段，非開挖對施工人員的專業(yè)能力要求十分嚴格，且施工涉及多種專業(yè)設(shè)備，細節(jié)管控難度大。此外，非開挖技術(shù)仍處于發(fā)展階段，部分施工人員的專業(yè)能力仍未達到應(yīng)用標準，且技術(shù)研發(fā)力度有待提高，技術(shù)創(chuàng)新程度仍有待提升，生產(chǎn)質(zhì)量難以得到保障。這就需要結(jié)合市政管道施工現(xiàn)場實際情況及管網(wǎng)工程建設(shè)要求，綜合考量多項要素判斷該技術(shù)可行性[1]。

2 非開挖技術(shù)應(yīng)用要點

2.1 市政管線敷設(shè)中非開挖技術(shù)要點

2.1.1 水平定向鉆進施工技術(shù)

在水平定向鉆進施工過程中，施工人員可快速完成市政地下管線敷設(shè)，無須展開工作井挖掘。該技術(shù)由控向技術(shù)和鉆探技術(shù)衍生而來，是一種新型非開挖施工技術(shù)手段，也是非開挖施工常見的技術(shù)手段。在水平定向鉆進技術(shù)施工過程中，施工人員需利用計算機軟件明確市政管道敷設(shè)線路，隨后應(yīng)用鉆機動力驅(qū)動攜帶鉆頭的鉆桿，由地面鉆進，直至目的地。在鉆進過程中，要根據(jù)設(shè)計方案，規(guī)避地下管線及各類障礙物。當(dāng)鉆頭到達指定位置后，將鉆頭更換為與設(shè)計標準相符合的回程擴孔器，回程擴孔器尺寸需要滿足鉆桿回拉要求，且符合新管線敷設(shè)標準，避免新管線敷設(shè)過程中出現(xiàn)空間不足的現(xiàn)象，導(dǎo)致管道摩擦，影響管道結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

在擴孔階段，還應(yīng)確保泥漿護壁工作落實到位，避免塌孔問題出現(xiàn)。在施工過程中，常見設(shè)備涵蓋鉆機、導(dǎo)航儀、吊車、動力設(shè)備、探測裝置、管道夯實設(shè)備等。水平定向鉆進施工技術(shù)所鋪設(shè)的管道大多為剛性管道，其中涵蓋鋼管及PVC 管等[2]。在水平定向鉆進施工環(huán)節(jié)展開前，應(yīng)在地面做好管道連接。當(dāng)管線繞過地下障礙物時，需在轉(zhuǎn)彎處設(shè)置1°的借轉(zhuǎn)角度，每次鉆進距離不可超過0.8km，定位系統(tǒng)的工作深度可達到30m。水平定向鉆進施工技術(shù)應(yīng)用過程十分靈活，可滿足復(fù)雜地形條件下的鉆進工作要求。如在鉆進過程中遇到大型障礙物，無法實施后續(xù)鉆進，可重新規(guī)劃鉆進路線，且這種做法也不會消耗過多管材。但需要注意的是，水平定向鉆進施工技術(shù)在應(yīng)用過程中也存在著不足。例如，該項技術(shù)對施工現(xiàn)場條件要求嚴格，施工現(xiàn)場一側(cè)必須滿足鉆進設(shè)備應(yīng)用要求，另一側(cè)需滿足管坑開挖要求。如僅一側(cè)可滿足施工要求，另一側(cè)無法滿足施工要求，則無法應(yīng)用該項技術(shù)。

2.1.2 夯管技術(shù)

夯管技術(shù)工藝相對簡單，施工人員需使用夯管錘將管線夯入至預(yù)埋線路之下，夯錘動力具有沖擊力大及沖擊頻率低的特征，該項技術(shù)可用于直徑為2m 以下，長度為100m 以內(nèi)的管線敷設(shè)。與水平定向鉆進技術(shù)相比，夯管技術(shù)僅對施工現(xiàn)場一側(cè)有要求，僅需一側(cè)滿足下管標準即可。該項技術(shù)在大直徑鋼管敷設(shè)過程中應(yīng)用更為廣泛，施工效率更高。夯管法施工設(shè)備涵蓋柴油發(fā)電機、夯管錘、空壓機等，在具體應(yīng)用過程中，鋼管后部是夯錘著力點，鋼管能夠?qū)⒑诲N輸出的壓力傳遞至管道前端上方的管靴，管靴可切削土體，降低管道與土體之間的摩擦力，使鋼管進入至指定地層中。在鋼管前進時，被切削的土體能夠進入鋼管內(nèi)部。當(dāng)首節(jié)鋼管到達指定位置后，將后節(jié)鋼管與首節(jié)鋼管相焊接，并重復(fù)展開前段作業(yè)，直至最后一段鋼管完成安裝。當(dāng)所有鋼管均安裝完成后，需使用空氣壓縮機抽出鋼管內(nèi)部土體。在夯管期間，還需應(yīng)用全站儀及水準儀等現(xiàn)代化設(shè)備，做好夯擊方向、夯擊角度及夯擊深度控制，確保各項數(shù)據(jù)與規(guī)范標準一致。夯管技術(shù)應(yīng)用無嚴格的技術(shù)要求，僅利用動荷載展開施工作業(yè)，施工環(huán)節(jié)無須實施土方挖掘，不會使土體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象，且可滿足多種復(fù)雜地形條件下的施工要求，施工周期更短。但需要注意的是，夯管技術(shù)所適用的管線種類單一，僅可用于鋼管敷設(shè)，且單次敷設(shè)長度僅為100m 以下。如地形條件過于復(fù)雜，導(dǎo)致夯管作業(yè)無法按照預(yù)定要求而展開，則應(yīng)拔出已夯管線，重新規(guī)劃夯管方向及點位[3]。如已夯管線無法拔出，則極易導(dǎo)致管線浪費的問題出現(xiàn)。

2.1.3 微型隧道法

微型隧道法又名盾構(gòu)法，該技術(shù)與地鐵工程施工所用盾構(gòu)法相似。但在地鐵工程施工中，盾構(gòu)法所用機械設(shè)備為大型盾構(gòu)設(shè)備。在市政管道施工環(huán)節(jié)中，盾構(gòu)法所用設(shè)備為小型盾構(gòu)設(shè)備。該種小型盾構(gòu)設(shè)備由挖掘裝置及襯砌裝置共同組成。小型盾構(gòu)設(shè)備前端為切削部分，中部為支撐部分，后部為襯砌部分。設(shè)備前端的切削部分為小型盾構(gòu)設(shè)備保護裝置，能夠?qū)⑶岸巳心_插入至土體內(nèi)，并向前掘進，隨后由機械閉環(huán)出土。設(shè)備中部為支撐部分內(nèi)設(shè)有千斤頂，其具有支撐作用，千斤頂一側(cè)與襯砌部分相連。當(dāng)前端切削部分完成土方挖掘后，千斤頂能夠使盾構(gòu)機向前移動。當(dāng)設(shè)備中千斤頂歸位后，設(shè)備后端襯砌部分露出，此時設(shè)備已向前行駛了一段距離，襯砌部分中的設(shè)備即可展開襯砌作業(yè)。通過鉆孔護壁保護的方法，保障挖掘過程安全。當(dāng)襯砌完成后，重新展開后續(xù)挖掘作業(yè)，并重復(fù)上述工作，直至完成所有作業(yè)。

2.1.4 頂管技術(shù)

在市政管道施工階段，頂管技術(shù)是一種新型非開挖施工技術(shù)種類，該技術(shù)僅適用于直徑為0.6～4m 的管道。在初期應(yīng)用階段，該技術(shù)更適用于復(fù)雜地形條件。隨著技術(shù)體系的不斷完善，該技術(shù)逐漸實現(xiàn)了拓展。在初期階段，頂管技術(shù)主要用于下水管道施工環(huán)節(jié)中，后期用于煤氣管道、通信管道、電纜管道等眾多地下管線施工環(huán)節(jié)，且應(yīng)用頻率也有所提升。頂管技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢是可滿足繁華地區(qū)市政管道施工要求，無須利用交通管制的方法即可完成地下管道敷設(shè)。

2.2 已有管線修復(fù)環(huán)節(jié)中非開挖技術(shù)要點

2.2.1 原位固化法

原位固化法由英國于20 世紀70 年代研發(fā)，該技術(shù)早期在下水道修復(fù)環(huán)節(jié)中應(yīng)用廣泛，可在不對原有土層造成影響的基礎(chǔ)上，完成老化管線及已失效管線更換。后期再經(jīng)過一系列的創(chuàng)新及完善，可滿足不同形狀地下管線、不同大小地下管線及不同區(qū)域地下管線修復(fù)。原位固化法所適用的管線直徑為0.1～0.3m，施工人員可將液態(tài)熱固性樹脂覆蓋在原有管道內(nèi)壁上方，利用蒸汽的方法使樹脂加熱固化，使涂層與原有管道相貼合，并形成新的薄層管，該種方法可降低管道流斷面損失，提高管道流通性[4]。在多年應(yīng)用經(jīng)驗積累下，由原位固化法修復(fù)的管道壽命可達數(shù)十年。原位固化法可應(yīng)用于彎曲管道修復(fù)、變質(zhì)管道修復(fù)及壓力管道修復(fù)，修復(fù)長度可達數(shù)千米。該技術(shù)使用的樹脂材料與市政管線材料要求一致。除此之外，該技術(shù)還適用于高濃度化學(xué)物質(zhì)工業(yè)管道修復(fù)環(huán)節(jié)。

2.2.2 纏繞法

纏繞法也是非開挖修復(fù)技術(shù)重要構(gòu)成部分，可用于市政污水管道修復(fù)。該項技術(shù)所應(yīng)用材料為聚氯乙烯及高密度聚乙烯。在具體施工過程中，可依托制管機將聚氯乙烯或高密度聚乙烯制成螺旋形狀，并輸送至待修復(fù)管道中，使用自動扳機將卷材與被修復(fù)管道相貼合，隨后使用硅膠進行黏結(jié)，利用水泥漿液封閉螺旋管及混凝土管之間的縫隙。該項技術(shù)可實現(xiàn)帶水作業(yè)，管道修復(fù)成本更低，適用于直徑為0.15～2.5m 直徑的污水管道，修復(fù)長度為0.3km 左右[5]。

3 非開挖施工注意事項

3.1 做好施工方案編制與審核

首先，在市政管道施工環(huán)節(jié)展開前，應(yīng)加強施工現(xiàn)場環(huán)境勘察，結(jié)合勘察信息和工程需求，選擇非開挖施工技術(shù)種類，編制施工方案內(nèi)容。其次，當(dāng)施工方案編制完成后，還需做好內(nèi)容分析和審核，判斷方案內(nèi)容是否存在錯誤，能否滿足工程建設(shè)標準，分析方案內(nèi)容可行性。如存在錯誤或疏漏，應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員做好針對性優(yōu)化及調(diào)整，及時解決方案中存在的缺陷。此外，還應(yīng)結(jié)合施工方案內(nèi)容做好后續(xù)技術(shù)交底，使施工人員掌握非開挖施工重難點，在操作中必須嚴格依照規(guī)范，尤其對關(guān)鍵工序，必須確保施工無誤，要保證為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。

3.2 檢查施工材料質(zhì)量

原材料質(zhì)量與非開挖施工質(zhì)量密切相關(guān)，施工材料性能決定了工程整體質(zhì)量，應(yīng)從源頭出發(fā)，加大對材料的重點管理。①結(jié)合施工方案內(nèi)容明確所用材料種類、規(guī)格及型號。②在材料采購階段，編制科學(xué)完善的采購方案和存儲方案，確保采購流程更加規(guī)范標準，加強市場調(diào)研，充分掌握影響材料價格變化的各項因素。在不對材料質(zhì)量造成影響的基礎(chǔ)上，盡可能的降低材料采購成本。此外，還應(yīng)加強施工材料供貨商資歷審查，優(yōu)先選擇質(zhì)量達標，且信譽良好的供應(yīng)商合作，確保材料質(zhì)量無任何問題。③在材料進場前，還需做好針對性的質(zhì)量檢查，通過抽查等方式避免存在任何質(zhì)量隱患。如質(zhì)量不達標，應(yīng)及時退換，嚴禁不合標準的材料進入施工現(xiàn)場。④當(dāng)材料入場后，還需做好針對性的管理，結(jié)合材料規(guī)格及種類，做好分類存儲，做好標記，避免存儲過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題，影響后續(xù)正常使用。

3.3 加強軸線定位與測量

在非開挖施工技術(shù)應(yīng)用過程中，應(yīng)加強軸線定位和測量，為后續(xù)鉆進工作的展開提供精準的方向。在導(dǎo)向孔施工階段，也需根據(jù)軸線定位測量，借助定向鉆機設(shè)備展開水平鉆進。必要情況下，還需借助控向儀等設(shè)備調(diào)整鉆機行進方向及鉆進深度。當(dāng)出現(xiàn)定位偏差時，需及時調(diào)整，避免出現(xiàn)錯誤施工行為。

3.4 科學(xué)調(diào)整鉆進參數(shù)

在施工前，要對現(xiàn)場進行詳細的勘察，充分掌握地下巖層分布情況。在具體施工階段，鉆機鉆入段需輕壓慢轉(zhuǎn)。當(dāng)進入至平直部分后，再展開輕壓快轉(zhuǎn)，確保鉆進方向準確，提高鉆進環(huán)節(jié)穩(wěn)定性。隨鉆進深度的不斷提高，地下巖層也會發(fā)生改變。當(dāng)鉆進突破不同巖層時，需根據(jù)巖層實際情況，科學(xué)調(diào)整鉆進數(shù)據(jù)，避免鉆機設(shè)備受到損壞，影響施工效率和質(zhì)量。

3.5 加強施工環(huán)節(jié)監(jiān)控

在鉆機鉆進施工階段，要注意突發(fā)情況。例如，當(dāng)出現(xiàn)泥漿漏失問題或鉆壓發(fā)生改變，需及時采取針對性的方法進行解決。如發(fā)生突發(fā)狀況及設(shè)備故障，應(yīng)立即停止作業(yè)，并向相關(guān)技術(shù)人員匯報情況，明確問題發(fā)生原因，采取針對性的方法進行解決，隨后方可展開后續(xù)施工。

3.6 做好導(dǎo)向孔完工檢查

市政管道工程對孔的要求十分嚴格，必須符合設(shè)計及現(xiàn)場地質(zhì)情況的需求，否則會造成不可估量的后果。當(dāng)導(dǎo)向孔施工完成后，需做好坑道入土口及接收坑出土口方位與標高檢查，確保導(dǎo)向孔與設(shè)計軸線相同。當(dāng)出現(xiàn)不同現(xiàn)象時，應(yīng)及時糾正，必須保證導(dǎo)向孔位置精準，為后續(xù)管線敷設(shè)及修復(fù)工作的展開提供先決條件。

4 結(jié)語

總之，非開挖技術(shù)利于城市環(huán)境、城市管理及城市交通的建設(shè)，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)技術(shù)帶來的不足，使市政給水管道施工的工程質(zhì)量得到有效提高，對城市建設(shè)發(fā)展方面起到促進作用。在具體施工階段，應(yīng)根據(jù)實際情況，選擇不同施工方法。在新管道鋪設(shè)過程中，要提高前期設(shè)計方案質(zhì)量，在舊管道修復(fù)過程中，需做好材料選擇工作，為施工做好充足的準備。并結(jié)合現(xiàn)場情況和施工要求，科學(xué)選擇非開挖施工技術(shù)類型，提高市政管道工程施工水平，延長市政管道使用年限，為人民群眾日常生活提供便利條件。