市政工程施工中的非开挖施工技术运用

敖军 李俊

在市政工程施工中，难免要破坏一些既有设施，造成不必要的影响和损失，而非开挖技术的出现和应用能从根本上解决这一问题，加快施工速度，减少或避免施工干扰，并且目前的非开挖技术种类越来越多。

一、管线施工中对非开挖技术的应用

在市政管线施工中，非开挖技术主要有以下三类：第一，新铺市政管线；第二，旧管线更换；第三，损坏管线修复。选择具体的非开挖技术时，应做好以下工作：通过土层勘察确定区域土层情况与地下水分布；探测区域内是否存在其它管线等埋设物，为方案的制定提供参考；管线现状调查，判断管线是否存在缺陷和缺陷的程度，以便及时进行修复或换新。非开挖主要针对小径管，人员无法进入，通常管径超过900m时将不再适用非开挖技术。

1.顶管法

该方法使用过程中仅需在地面进行工作坑开挖，然后使用顶管机即可完成施工。其中，顶管机主要由以下部分组成：切削部分、出渣部分、顶进部分、导向部分与控制系统。在施工中，切削产生的土通过螺旋钻杆进入坑底，也可用膨润土进行搅拌，形成泥浆，再通过管道排放。后者能为工作面提供压力，使工作面保持稳定。由导向系统对顶管机所在位置与方向进行连续监测，并对偏斜参数进行准确测量，再通过对纠偏系统的操作实现纠偏。实际施工精度主要受操作人员因素影响。通常需要将垂直与水平两个方向的实际偏差限制在±25mm之内，比传统方法有较高精度，并且管道受到的外力也更加均匀。

该方法几乎能在所有类型的土质地层中使用，但不能有地下水。适用管径在100～1000mm范围内，有效施工长度在30～500m范围内。主要优势为：对地表造成的干扰相对较小；如果埋深较大，则成本低于传统施工方法；精度较高；适用范围广泛。但也存在以下缺点和不足：开工前必须进行详细到位的勘察工作；如遇较大障碍，则会对施工造成直接影响，使施工无法完成；设备投入较大，若工作量较少，则会增加成本；对设备的操作人员有很高要求。

2.水平定向钻进

使用具有导向功能的钻头，在地表成10°～15°开始钻入，以此形成先导孔，其孔径为900mm。钻进时，由于钻杆和孔壁会产生很大摩阻力，所以要用套洗钻进的方法，即在导向钻杆端部套上套洗钻杆，其直径一般为125mm。交替进行导向钻进与套洗钻进，到目标点为止。然后拆除套洗钻头与导向钻杆，更换扩孔钻头通过回拉实现扩孔。在扩孔的过程中，应通入泥浆进行排屑，同时保证孔壁稳定性。以新铺管的管径为依据，确定扩孔的次数。在最后一次扩孔的过程中，将新管接于钻头后，在扩孔的同时使新管进入孔中。施工中，对钻孔轨迹进行监测与调整控制是关键环节，现在主要通过随钻测量确定工具面向角、钻孔方位角及钻孔顶角，再由弯接头对钻进的方向进行控制。

从理论上讲该方法能在所有地层环境中使用，在跨越大型障碍物的新管铺设工程中最为常用，其适用管径在300～1500mm范围内，有效施工长度在100～1500mm范围内。主要优势为：成型速度快；能对方向进行控制，精度易于保证。但也存在以下缺点和不足：当地层为卵砾石与非粘性土时，施工难度较大；开工前必须仔细勘查场地。

3.导向钻进

使用具有导向功能的钻机及挤压式钻头实施钻进，其成孔方式主要有湿式成孔与干式成孔。利用斜面钻头对钻进的方向进行控制。如果对钻杆进行同时给进与回转，则斜面将丧失方向性，即进行保直钻进；如果仅对钻杆进行给进，则斜面上的反力将改变钻头旋转方向，即进行造斜钻进。此外，在钻头中装有发射器，能通过与接收器的配合对钻孔轨迹进行监测。

该方法在小径管的开挖施工中应用较多，适用管径在50～350mm范围内，有效施工长度在20～400m。要注意的是，该方法不得在砾石层与砂层中使用，因为深度将受到明显的限制，通常深度不能超过10m。

4.螺旋钻进

利用回转运动的切削头对土层进行切削，再用螺旋钻杆向坑内不断排土，待铺设的钢套管在螺旋钻杆外，开始进行向前不断顶进。完工后，切削头可通过指定工作坑来回收。该方法适用管材为钢套管，可在其中进行其它类型管线的铺设。在硬度为软到中的土层中使用。其适用管径在100～1500mm范围内，有效施工长度在20～100m范围内。由于施工中无法对方向进行有效控制，所以其精度有限，并且在极软土与卵砾石层中施工难度较大。

5.冲击矛法

施工过程中，在工作坑内使冲击矛出发，经冲击排土后得到管道孔，冲击矛和新管同时进孔，也可在成孔后进行扩孔入孔。该方法的使用在目前十分普遍，尤其是分支管线新铺。其适用土层为无水均质土。适用管径在30～250mm范围内，有效施工长度在20～100m范围内。虽然该方法实际应用较多，但其存在以下缺点：当土质不均时，将使孔位发生较大偏离；无法对方向进行控制，施工精度一般；在特殊地层中无法使用。

6.夯管法

是指利用夯锤沿设计线路将钢管打入到地层中。如果钢管的直径相对较小，则可采用闭口套管。而直径较大的钢管，需使用开口形式的套管，完工后，用高压水进行排土。该方法可在没有大块卵石的多种地层中使用，在含水地层中也可进行施工。

二、其它工程施工中对非开挖技术的应用——以管幕法施工为例

该方法是指借助夯锤在隧道顶新铺钢管，并对钢管进行扣锁，形成稳定支撑体系，用于保证隧道工作面及拱顶部分的稳定性，使隧道开挖施工顺利完全。相较于传统的施工方法，该方法主要具有以下特点：

1.钢管直径最大可以达到1200mm，具有很强的承载能力。

2.钢管长度大，目前最长已经达到132m。

3.可根据实际的断面形式与地质对支护结构进行改变。

4.首根钢管必须准确到位，这是因为后续施工的实际准确度都受到首根管的影响。两个相邻的管道的连接应采用接头实现。对这一接头而言，不仅可以提供导向功能，而且还能提高结构刚度，避免地下水向工作面回流。在各根钢管均完成安装以后，开始注入混凝土，这样能避免管道变形与腐蚀。此外，在连接接头处使用化学浆液能实现良好封闭。之后即可进行开挖施工。

三、结语

综上所述，对市政管线施工和管幕法施工中的非开挖技术具体应用进行分析。实践表明，通过对非开挖技术的合理应用，不仅能达到预期的施工效果，而且还能减少对地表造成的破坏，缩短工期，是一种值得在市政工程领域大规模推广应用的技术方法。