非开挖铺设地下管线工程技术研究

2021-03-03郭威丽

中国设备工程 2021年4期

郭威丽

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

当前，我国的城市化进程越来越快，市政地下管线的建设量迅猛增长。国内绝大多数地区还在采用开挖施工方式，开挖施工不仅会造成路面的破坏、对环境产生污染，还会影响交通，对人们的生活出行产生影响，最主要的是，还存在安全隐患。此外，地下管道很多时候需要穿越铁路、公路、河堤，开挖施工实施困难，且投资较高。

近年来，非开挖施工技术快速发展。它具有不影响交通、综合成本低、不污染环境、施工周期短等优势，能够有效地解决上述问题，从而在地下管线施工中得到了广泛的应用。非开挖施工技术已有多种形式，如顶管、拉管等。

1 非开挖施工技术概述

非开挖施工技术，是在不需要开挖地表的情况下，通过人工或机械钻掘岩土等方法，达到敷设、更换及修复地下管线目的的施工技术。其主要方法包括以下几种。

（1）顶管法。主要靠人工掏土和机械顶进钢筋水泥混凝土管，管径一般在600～1500mm，主要为城市污、雨水管道或他管道的外套管。其特点是需要设置顶管工作坑，常需要基坑降水或者井点降水配合。顶管工作坑需要根据顶进管的长度、重量等因素计算后背的支撑力、轨道的长度，顶管机的顶力等一系列参数。顶管过程需要技术人员多次的测量配合完成。图1为顶管施工示意图。

图1 顶管施工示意图

（2）水平定向钻进法。水平定向钻施工工艺是在无须开挖地表的条件下即可完成地下管线铺设的施工方法。其可通过一定的技术手段三维控制钻进过程，使钻头按照设计的轨迹钻进，以达到管道铺设目的。水平定向钻技术已广泛应用于电力、通信、供水、石油等各行业管道的铺设施工，它可以广泛应用于我国非硬质岩地区，在黏土、沙土、卵石等地况均可施工。水平定向钻进法根据土质条件的不同一次钻进的距离可达15～1800m，能够铺装管线的直径范围25～1200mm。图2为水平定向钻施工示意图。

图2 水平定向钻施工示意图

（3）锤管法。是在管道后设置气动穿梭矛，利用其将管道顶进至终点以完成管道铺设的施工方法。锤管法在进口及出口处均需设置工作坑。利用特殊的管夹将气动穿梭矛固定于管道后，设置于工作坑内，仅靠压缩空气即可通过气动穿梭矛推动钢管，无须另外设置后背。将第一节管道推入土体后，拆除管夹，连接第二节管道，之后重复上述操作，直至全部管道施工完毕。当管道到达出口坑后，利用空气压力将管道中的土排出。此方法适用管材为钢管或铸铁管，适合穿越河堤、公路、铁路等地铺设管道。

图3为锤管法施工示意图。

图3 锤管法施工示意图

（4）胀管法。胀管法通常用来扩大、修复及更换各种城市既有管线。在不改变既有管线路径的情况下达到更换、扩大管径的目的。

胀管法一般包括气动胀管法以及液压胀管两种。使用胀管法对既有管线进行更换，可以将管道管径扩大20%～30%，条件较好时可以增加到原尺寸的1.5倍，连续更换管道长度可以达到200m。它主要适用于塑胶管、陶瓷管、薄壁铸铁管以及混凝土管的施工。

图4 胀管法施工示意图

2 非开挖施工技术存在的不足

任何施工技术都存在优点和不足。非开挖施工虽然避免了直接破坏道路结构，但由于施工不尽或完善，也存在着一定的缺点和管理漏洞。

（1）地下资料缺失易造成安全事故。特别在中小城市，由于城市地下管网资料保管不健全，在进行非开挖施工时，施工单位如盲目施工，易造成其他管道损坏，常有漏水、断气等事故发生，个别工程还会造成重大泄漏事故和安全事故。

（2）施工队伍缺乏应有的资质和人员培训。在中小城市，非开挖施工技术的管理还是空白，小型的施工队伍基本上都是临时拼凑，施工队的组成主要是普通工人，没有进行正规的培训和教育，施工队伍无资质，施工作业流程仅凭经验，没有统一的管理和监督。

（3）工程施工缺乏有效监督，质量难以保证。因为非开挖施工技术的引进在配套的监理、监督方面还缺乏相应的技术管理人员，施工过程难以进行监管，以收费代管理的现象依然存在。因此，管道非开挖施工，工作坑回填，管道注浆等都存在着管理漏洞，工程施工过后，道路病害逐渐显现。

3 非开挖施工伤害道路的因素

非开挖技术因施工设备和方法较多且为隐蔽工程，工艺流程设计和施工质量控制尤为重要，稍有不慎，容易引发对道路直接和间接的伤害。

（1）大口径水泥顶管施工违规操作。许多单位大口井水泥管顶管施工时为了节省时间，不按操作规程施工，长距离超挖，无限度扩孔。这样容易发生管道之间发生错位，密闭不严，从而造成接口漏水，就会出现不均匀沉降、塌陷等现象，严重影响道路交通安全。

（2）小型顶管机械盲目施工。随着城市的发展，地下管线施工需求越来越大，由于目前严控破损道路施工，顶管施工技术的使用越来越多。一些个体经营者乘机土法上马，招来没有经过培训的民工就开始施工。因为没有详细的地下管网技术资料，盲目施工往往造成钻头偏移、错位。多次顶进、扩孔造成管线周围土层扰动疏松，工作坑回填不按要求，从外部进水后造成路基、路面坍塌。

（3）定向钻施工扩孔回填不密实。定向钻施工技术在管道敷设方面的应用取得了很好的效果，但是，施工过程中的不规范，以及小的失误会道路产生很多负面影响。比如，管道敷设完毕后，施工作业面没有及时恢复，或者回填压实度不够，导致雨水渗入路基，加上汽车碾压，长此以往，道路面出现一道道沟壑，给车辆通行带来影响，人们出行造成不便，还增加了安全隐患。

4 减少施工病害的办法和措施

为了减少和避免因非开挖施工给道路造成的危害，必须采取有效的预防措施和必要的强制手段，使之既能发挥非开挖施工的技术优势，有保证市政设施完好无损。

（1）强化方案审批，从严监管施工队伍。在施工队伍选择上进行公开招投标，选择施工经验丰富，施工技术先进的专业队伍进行施工，杜绝小包工队无证上岗、违规操作。在非开挖大口径水泥管项管施工中，首先，要对施工方案进行论证，进行前期风险评估。其次，要加强对施工队伍的监管力度，安排有经验的监理队伍严格按照施工规程进行全过程监督。同时，强制施工单位缴纳履约风险金，一且出现违规操作，就要进行经济处罚并强制其返工整改。

（2）杜绝小型顶管，加强定向钻施工监管。随着定向钻施工技术的成熟，其他小型项管设备应严禁进入道路施工现场。同时，加强定向钻施工的监管。所有承揽非开挖技术施工的队伍，必须持有专业技术人员上岗操作证件，杜绝无证上岗和违规操作。对施工单位实行备案制，在工程施工过程中，施工单位在进行非开挖施工前，要到有关部门办理备案手续，否则，不得在城市建成区道路下进行非开挖施工作业。

（3）建设推广地下综合管网GIS系统。随着数字化城市建设，应该大力建设和推广综合管网信息系统，发挥利用GIS提供的多源地理信息一体化管理能力、空间查询、分析和辅助决策能力，综合利用管网资料数据。紧密结合管网管理工作实际，通过齐全的资料和计算机辅助设计，使非开挖技术应用更加安全、快捷、环保，减少不必要的经济损失。