非开挖铺设地下管线技术及其在给排水管线施工中的应用

彭绍蓉

湖州瑞美市政景观设计有限公司安吉分公司

非开挖铺设地下管线技术及其在给排水管线施工中的应用

彭绍蓉

湖州瑞美市政景观设计有限公司安吉分公司

本论文通过简单介绍了非开挖铺设地下管线技术，阐述了其分类及其适用范围。并简单结合实例说明其在给排水管线施工中的应用情况。

非开挖；管线；施工

0 前言

非开挖铺设地下管线技术(一下简称非开挖技术)是指在地面不开挖沟槽的情况下对各种管线进行铺设、更换和维修的一类高新技术的总称。它与传统的开挖埋管法相比具有明显的优点。其不影响交通、不破坏地表设施、施工周期短、综合成本低、操作方便，尤其对于管径较大地下埋深较大的位置[1]、地面有障碍物、地面附属物修复困难[2]等情况更具优势。

1 非开挖技术的分类及其在给排水管线铺设中的应用

1.1 导向钻进铺管法

采用方向可控和以水射流破土为主的钻进技术。该技术使用地表放置的钻机，按设计轨迹钻一个导孔，然后再扩孔和回拉的同时铺入管线。根据钻机能力、铺管直径和地层条件，也可先进行一次或两次扩孔后再拉管。该法采用带斜面的钻头，通过对其回转状态的控制，进行钻孔方向的调控。钻头的定位和导航通过采用手持式仪器测量钻头附近探头发出的电磁信号来实现。

导向钻进主要用于小口径(50~350mm)管线的施工，适用的铺管长度在300m以内，铺管深度在15m以内。适用管材：钢管、PE、PV管等。本法不适用于砂层和砾石层。

李粮纲[3]等采用GBS210型导向钻进系统先后完成了穿越武汉市武珞路、民院路、107 国道、京汉大道等地下管线铺设工程。施工速度快、质量好。

1.2 水平定向钻进( Horizontal Directional Drilling)铺管法

该方法施工原理同导向钻进铺管法[4]。

与其不同之处是：

(1)采用螺杆马达和弯接头来进行定向钻进，通过弯接头的转与不转来实现造斜和保直钻进；

(2)采用有缆式随钻测斜仪进行钻头的定位和导航；

(3)在进行大型穿越时，有时在导孔钻柱外增加套洗钻柱，以减少导孔钻进时的阻力和保证拉管施工安全。

该方法主要用于中、大型河流或较大规模障碍的管线穿越。最大铺管直径可达1.2m。铺管长度可达1.5 m，深度可达60 m。碎岩的主要工具是牙轮钻头，根据地层条件，也可采用合金钻头或金刚石钻头。因此，该方法适用于各种类型的地层。可用管材包括钢管或PE管等。

福州市区繁华地段且施工自来水管道需横穿铜盘河和铜盘路，由于铜盘河南、北岸建筑物多，道路交通拥挤，适用采取非开挖水平定向钻进铺设方法施工[5]。铺设管径DN450mm给水管(PN 1.0MPa)，长度约62m。该工程严格按照轨迹设计及所选定的钻机，在不开挖道路水泥路面和未做河道围堰的情况下，仅用了3d即完成铺管任务，工期大大缩短，交通车辆正常行驶，钻进铺管费用与沟槽开挖施工时所缴纳的城市道路挖掘修复和河道护堤修复等费用相比，经济方面也非常合理。

1.3 顶杆 ( Ro d Pushing) 铺管法

采用该方法施工时，接在小直径钻杆前端的钻头在顶推力作用下挤开土层成孔。待钻头在另一端的工作坑中出露后，换接扩孔器扩孔，然后拉工作入管线。

该方法的主要特点是简单易行、占地少、施工成本低，但只适合于在土层中铺设小直径和短距离的水平管线，一般用来铺设直径200 mm 以下、一次铺管长度20 m以内的各种管线。近年来，导向钻进的控向原理引入了该方法，使其铺管长度明显增加。

1.4 冲击矛 ( Impact Moling) 铺管法

冲击矛因其形状似矛并以压缩空气驱动，故通常称为气动矛。它由钢质外套和重型活塞组成。在压气作用下，矛体内的活塞往复运动，不断冲击矛头，矛头挤压土层成孔并带动矛体前进。欲铺设的管线接在气动矛后，一次铺入。由于矛体与土层摩擦力的作用以及活塞往复运动的冲击力远大于回程时的反作用力，故气动矛可在土层中自行移动。

通过反转送气管，还可实现气动矛向后运动。气动矛铺管法的特点是简便、易行、效率高、成本低[6]。该方法铺管的长度一般在30 m以内(因铺管方向不可控)，铺管直径40 mm~200mm，适用于含水量不太大的土层。有的气动矛带有往复式凿头，可在含少量砾石的土层中使用。有时，该方法也用于铺设直径较大的管线，做法是：先用气动矛穿孔，然后用卷扬机、钢丝绳、刮板等扩大钻孔，最后铺入管线。

2 微型隧道 (Micro tunneling) 铺管法

微型隧道铺管是一种遥控的、可导向的顶管施工方法。整个系统由钻掘系统、激光导向系统、顶管系统、泥浆润滑系统、出渣系统和操作控制系统6部分组成。排渣方式分为螺旋 (干式) 和冲洗循环 (湿式) 两种 。

该方法适应地层范围广，在软至硬岩中皆可使用，并可在水下施工，可用于铺设混凝土、铸铁、强化树脂、钢、PV C等各种材质的管道。铺管直径为250 mm~3000 mm，铺管长度一般为90m~200m，有时长达500 m或更多。该方法的另外一个特点是控向精度高，曾经有铺设1500 f t (456 m)管道，偏差仅为1in (25.4 mm) 的记录。系统较复杂，设备和施工成本都比较高。

法国最长的微型隧道工程[10]从东向西横穿位于巴黎北部的机场，铺设直径为500mm和600mm两种规格的下水管道，工程施工总长超过2400m，其中1400m是用微型隧道施工技术完成的。

3 结束语

非开挖铺设地下管线技术目前是一项成熟的施工技术，它不但可以给企业带来经济效益，而且还能带来良好的社会效益。随着我国城市化进程的加快，非开挖技术在地下管线铺设中的广泛应用是一个必然的发展趋势。但是由于我国非开挖地下管线施工技术自主研制现代设备能力弱，阻碍了该技术在我国的应用，今后应组织力量、加大投入，开发高技术的非开挖装备。

[1] 陈礼吉，吕为照.苏非开挖技术优势及应用[J].建筑科技，2004，(14)：40-41.

[2] 马洪生.非开挖施工中如何避免损伤其他管线[J].非开挖技术，2002，(5)：13-15.

[3] 李粮纲，乌效鸣，史晓亮，等.非开挖导向钻进铺管技术应用研究[J].地质科技情报，1998，18：27-28，33.

[4] 谢含华.国内外非开挖气动锤的技术现状[J].凿岩机械气动工具，2006， (4)：1-7.