非开挖技术在水库坝下输水管涵建设中的应用

林 俊

非开挖技术在水库坝下输水管涵建设中的应用

林 俊

（江西省源河工程有限责任公司，江西 南昌 330000）

非开挖技术是当前水利基础设施建设中常用技术，主要是在不开挖断面，不扰动地表土体的情况下，在不同土层和深度进行钻孔作业的一种施工方法。鉴于其能够克服传统开挖对于施工环境要求苛刻和爆破施工对于水库的安全影响，因此得到了广泛应用。文章首先通过与水库坝下常见输水管涵施工方法的对比介绍了非开挖技术，然后分别从在管道铺设、管道更换和管道修复中的应用详细介绍了非开挖技术的应用最后根据水利工程施工的特点，介绍了非开挖技术在水库坝下输水管涵建设中的技术优点和施工中存在的问题。

非开挖技术；水库大坝；输水涵管

水库除险加固过程中的管涵建设对水库的安全运行非常关键，传统管涵建设中不可避免发生沉管现象，给水库安全造成较大的影响，成为水库安全运营的一种隐患。传统中沉管多采用开槽翻挖的方式进行处理。随着新技术、新材料和新工艺的引进，非开挖技术在输水管涵建设中逐渐得到了应用，尤其是玻璃夹砂管、聚丙乙烯管、双壁波纹管的提出，采用了内衬、聚氨酷堵漏、玻璃钢内衬、翻转内衬的处置工艺，非开挖技术得到了前所未有的发展。由于其不破坏表面，施工速度快、周期短和成本低，非开挖技术逐渐取代了传统开挖方式，成为当前最具有推广应用前景的方式。目前在电讯、自来水、电力和热力管道铺设中得到了广泛的应用，具有较好的社会和经济价值。

1 非开挖技术介绍

1.1 非开挖技术优点

非开挖技术是利用水平定向钻机在不同底层和深度进行钻进，通过控制钻进轨迹的方式达到设计位置从而达到铺设地下管线的施工技术。在水库坝下管涵建设过程中，在不开挖坝体的情况下，通过对于钻头和钻杆的引导，在基岩层形成导向孔，钻杆端部安装扩孔钻头或待铺设管线，在回拉扩孔同时将待铺设管道拉入钻孔，完成铺管作业。由于非开挖技术适用于小管径的管道，因此直径小于1.0m以下的PE管和钢管均具有较大的适用性。非开挖技术与常见水库输水管涵的对比详见表1。

表1 非开挖技术与常见水库输水管涵技术对比

1.2 非开挖技术施工工艺

非开挖技术在水库工程中应用的施工工艺如图1所示。

图1 非开挖技术在水库输水隧洞中施工工艺图

（1）线路设计鉴于水库坝下管涵建设长度较短，多数不会超过120m，因此应该根据勘察资料初步设计线路。对于进出口的水平位置和高差，应该通过洞轴线和高差计算纵坡，设计钻孔偏角，然后通过全站仪进行施工尺寸和精度的控制，然后根据全站仪测量和监控结果及时调整钻杆角度，精密完成路线的设计。

（2）平台开挖对于入口和出口平台的开挖，应充分考虑设备运行、交通和孔洞轴线和纵向坡降等因素，根据施工经验，平台应选择在距离洞口6～10m位置，宽度在2.5～5.0m之间，长度则稍大于宽度。

（3）进场就位在施工平台完成以后，非开挖钻机可以进入作业场地。根据地质情况选择合适的钻头和泥浆马达，根据设计尺寸定位钻头和钻进线路，通过调整钻头定位于路线入土点。

（4）导向孔钻进在导向仪的指引下，钻杆进行施工作业，每一根钻杆完成后需要进行钻头的位置确定，通过与设计路线相比进行团头方向的调整。由于定向钻的控制系统包括测定测定、造斜和纠偏，因此通过导向可以实现钻孔的曲线，这可以在显示仪上呈现，直观的再现钻头钻孔路径，通过调整直至最终完成钻孔作业。

（5）扩孔在导向孔施工完毕后，在出口位置将扩孔器连接在钻头处，分级进行扩孔作业，为了施工的方便，每级扩孔器尺寸差别限定在80～120mm范围内，具体的施工可以根据地层情况分批回扩，直至最终达到施工要求。

（6）管线回拖钻孔回扩完成后，需要进行输水管涵的安装，需要在出口处将水水管道连接在钻头上，通过钻机进行回拉作业。鉴于扩孔中含有你讲，输水管线由于泥浆的润滑作用，施工相对容易，为了施工方便，回扩管线直径一般大于管线直径60～100mm。为了连接质量和后期施工的方便，需要对管线进行预先连接。

（7）灌浆防渗铺管完成后，需要进行灌浆作业，主要采用水泥浆进行管壁与岩石接触缝隙进行处理，首先对出口段进行封堵且预埋注浆管，然后采用注浆管注入压力水泥浆，在水泥浆完全注入缝隙后，防渗作业完毕。

（8）进出口处理。防渗作业完毕后，需要进行进出口设施的安装，如进口闸阀和出口渠道等设施的安装和施工检查井的设计施工。

2 在水库中输水管涵中的应用

2.1 管道铺设中的应用

2.1.1 顶管法

顶管施工起源于美国，是当前水利工程中较为常见的非开挖施工方法。最初主要用于盾构施工的替代作业，跨越施工时的顶进钢管套，随着新技术和新材料的发展，尤其是玻璃夹砂管、聚丙乙烯管、双壁波纹管的发明，使得非开挖顶管法得到了更多的应用。顶管作业施工作业如图2所示。

图2 顶管法施工作业图

2.1.2 导向钻进铺管法

导向钻进铺管法采用水射流破土的钻进技术，按照设计轨迹钻一个导向孔，通过扩孔和回拉铺设。根据钻机情况、铺管直径和实际地质勘察条件，可以选择以此成孔或者多次扩孔后再选择铺管。对于钻头的定位和导航多通过钻头的电磁信号进行控制。施工过程如图3所示。

图3 导向钻进铺管示意图

2.1.3 冲击矛铺管技术

对于冲击矛铺管法，则是利用启动冲击矛胃动力，通过挤密成孔的方法进行施工作业。主要是依靠气动冲击矛，必须要钻孔，通过动力作用进行自行前进，通过胶管与外界进行连接。由于没有钻杆的限制，因此该方法施工机械简单，施工成本低，适用性较强，对于不含水均质土、粘土和粉质粘土均具有较强的适用性。冲击矛法，则对覆土厚度有一定的要求，不得低于冲击矛外径的10倍。

2.2 在管道更换中的应用

2.2.1 爆管法

对于非开挖技术在管道更观众的应用，爆管法是当前最常用的方法，主要是采用爆管工具从进口进入旧管内，同时后边牵引同等口径或者更大口径的新馆替代旧管，将旧管挤爆后进入周围土层中，达到利用旧管替换新馆的目的。根据施工地层和新旧管道的力学性质，当前更换新管径可以达到旧管径的150%，大大增强旧管径的过流能力，适用性较强。施工示意图如图4所示。

图4 爆管法施工示意图

2.2.2 吃管法

吃管法也是当前在管道更换的施工中广泛应用的一种方法，采用特殊隧道掘进机，以旧管道为导向孔，将旧管道及周围土体切削破碎，形成直径更大的孔，回拉新管完成旧管线的更换。由于此种方法能够大大增加旧有管线的过流能力，对覆土深度要求较高，因此当前多用于埋深较大的非加筋管道的更换施工作业，如陶土管、混凝土管或加筋的混凝土管等的更换。如图5所示为AVP吃管法施工设备图示。

图5 AVP吃管法施工设备图

2.3 在管道修复中的应用

对于运营中的管道，不可避免的存在管道破损问题，如果全部更换有较大经济和社会压力，因此对于管道修复尤其是水库坝下管道的修复，非开挖技术具有较大的适用性，当前最为常见的则为内衬法和喷涂法。

2.3.1 内衬法

内衬法则是将热硬性树脂的软管材料运到现场，通过回拉或者其他方式进入管道内壁，通过后期调整和定位进行内衬施工作业，通过热水、蒸汽、喷淋或者紫外线照射的方法进行树脂材料的固化，形成完整的内衬树脂施工方法。具体施工图如图6所示。

图6 短管内衬施工示意图

2.3.2 喷涂法

喷涂法是旧有管道修复常见的方法，采用水泥砂浆、环氧树脂等作为喷涂通过旋转喷头在旧管道中进行喷涂作业，总成厚度不低于3mm的加固，通过自然养护，则可以形成加固层。由于涂层法对于管道断面影响较小，施工费用低，但是受到施工环境的影响较大，同时施工质量难以保证，因此目前主要在旧管道破损修复中使用。

3 非开挖技术的优点

与传统开挖施工方法相比，非开挖施工方法具有以下优点。

（1）显著社会效益

由于非开挖技术在施工时，对于上部环境影响较小，同时在水库中上部环境要求较为苛刻，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，且管径和埋深越大时越明显。因此非开挖施工方法得到了充分的应用，具有显著的经济和社会效益。

（2）施工速度快

由于非开挖施工技术对于环境要求较低，因此对于辅助工程的要求相应较低，如出入口开挖断面小，回填少，相比开挖方法的施工速度大大加快。

（3）适用范围广

相比于传统开挖方法，一些上部环境要求苛刻，如水库坝下、穿越水库渠道等不适合传统开挖法的地方，非开挖技术体现了较大的优越性，对于其他传统开挖法能够涉及的开挖项目，非开挖技术具有较大的经济优越性，因此适用范围较为广泛。

4 施工中存在的问题

尽管当前非开挖技术得到了较为广泛的应用，但在应用过程中还存在一些问题。（1）缺少明确的行业主管部门，行业规范缺失；（2）人员储备不足，对于懂得技术和现代管理技术的人员相当缺乏；（3）设备研发投入不足，多采用进口设备进行非开挖施工，设备的国产化不足；（4）管线施工的设计和施工没有模块化，使得设备不能重复利用，限制了非开挖技术的进一步发展。

5 结语

鉴于非开挖技术已经在市政、店里和燃气管道方面得到了较为广泛的应用，引入到水利工程中，如水库坝下输水管涵中则对于施工技术和管涵提出了更高的要求。该技术克服了当前传统开挖技术的开挖断面大、对于环境要求苛刻和施工周期长的弊端，具有显著的经济和社会效益。通过实际工程的应用，非开挖技术还具有一定的改进空间。（1）由于当前非开挖技术主要应用在管线的铺设，随着管线铺设的成熟，以后再更换和修复中会有更大的用处，因此应在铺设施工中积累未来更换和修复技术的积累；（2）施工过程中，应充分利用信息化的成果，尤其是当前BIM技术控制技术的发展，对于非开挖技术具有较大的推动作用，因此应在施工时积累资料，为未来非开挖技术的信息化和数字化提供最原始的施工资料。

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1008-1305（2017）05-0140-04

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.043

2017-03-20

林 俊（1984年—），男，工程师。