非开挖施工技术在市政管道施工中的应用

2021-04-10

工程技术研究 2021年2期

中国市政工程中南设计研究总院有限公司安徽分院，安徽安庆 246000

非开挖施工技术具有效益优良、适用范围广、实用性强等特点，主要是在不挖掘或者是只挖掘少量作业坑的前提下对管道展开修复、更换、铺设等施工作业。非开挖施工技术优势众多，例如效率高、成本适中、对环境危害较小、不会给城市正常交通造成影响，并且能够为管道施工的整体质量提供有力保障，值得进行推广。

1 非开挖施工技术概述

非开挖施工技术是以不开挖土样为前提，开展铺设、更换或者修复等技术，对埋设在地下的管道、电缆线进行修复完善。非开挖施工技术涉及的管线有很多种，如电缆线、塑料管道以及钢铁管道等。目前我国较为常见的非开挖施工技术有微型隧道法、顶管法以及水平导向钻进法等。非开挖施工技术能够对已经存在的破旧管道进行更换或者修复。

2 非开挖施工技术在市政管道施工中的实践应用

2.1 水平定向钻进施工技术

（1）导向孔工艺。近几年水平定向钻进施工技术在市政管道施工中得到了广泛应用，特别是在改建扩建、管道穿越大中型江河等工程项目中，其优势更加突出。市政管道在正式施工前，应当在预敷设的管道周围使用探测仪勘探出详细的地下管线情况，确定导向孔的具体位置和深度，从而保证在钻打导向孔以及扩孔、托管时，不会对附近其他的地下管线产生影响，使这些管线之间保持安全距离。此外，一定要关注污水管道，因为该管道是水泥管道，无法使用管道探测仪探测，所以需要全面深入地对相关信息进行检测，同时将探测出的结果标注在相应地面上，以此保证施工安全。在实际施工过程中，施工人员应当首先在导向头中插入探测棒，并将钢管和导向头后端有效对接，再使用顶管机对钢管施加一定压力，不断向前推动导向头，使其进入地下；钻孔轨迹可直可弯。当导向头绕过障碍物、穿越高速公路与河流及铁路时，其钻头的方向能够进行合理调整。导向仪在任何时候都能够接收到导向头的具体位置与深度，顶管机也能够按照该信息旋转导向头，变更其深度和方向，使其在地下构成一个圆孔通道，该通道的中心线就是需要铺设管道的中心线。构成孔洞后，使用多个不同直径的回扩头反复多次对其进行扩孔，直至其与施工设计标准需求一致。钻孔完毕之后，将管材连接成一定长度，然后封闭管材的两端，并把其中任意一端与钻头连接拖到孔洞中，埋管工程施工到此完成。

（2）技术特点。水平定向钻进施工技术主要有以下特点：①钻进施工不会对城市交通产生阻碍，并且能够妥善解决地下管道施工与民众生活、城市交通、环境保护等几大方面产生的冲突；②钻进施工技术所用到的穿越设备十分先进，具备极高的穿越精准度，不仅能够轻松合理地调整管线铺设方向，还可以使管线完美避开地下的一些障碍物；③应用水平定向钻进施工技术时，不会对江河上的通航、江河的河床结构以及两侧堤坝造成影响，并且施工阶段对季节没有太大要求，所用到的施工人员较少，施工工期也偏短，且安全性、可靠性都较高，成功率很大；④与其他管道施工技术相比，水平定向钻进施工技术成本低、占地面积小、进出场地的速度很快，能够对施工现场进行灵活的调整，在城市施工过程中充分体现出该技术独特的优势[1]。

2.2 顶管法

顶管法最早出现在美国，是最早的非开挖管道施工技术，在市政管道的非开挖敷设中得到了广泛应用，其最适合用在直径为620～4200mm的管道工程中。在管道施工中使用最多的是密封机械式顶管施工方式，具体有两种施工方式，一种是泥水平衡式，另一种是土压平衡式。顶管施工选取的施工管材是钢筋混凝土管、钢管以及玻璃钢砂管等，其中钢筋混凝土管在顶管施工中的应用最为普遍[2]。近年来，随着我国城市化进程的不断加快，城市建设的规模越来越大，市政管道施工也随之出现了很多问题与缺陷，因此很多施工企业选择顶管法进行实践施工，且该技术的应用效果良好，因此得到了广泛应用。

顶管法施工的优势主要有以下几点：控制精度高；可以在极深的地下铺设管道；不需要阻断交通；能穿越障碍物；施工所产生的噪声较小；对施工现场周边区域造成的影响小；可以安全地穿越公路、铁路；在城市中施工时，倘若地下水较为稀缺，或者管道埋深较浅，其经济性更好。不过该方式也并非全是优点，其缺点是要求工作井的深度要大，还要求地下管线曲率半径要大，如果中继站发生异常情况，那么需要用全气压来顶进。

在运用顶管法施工技术时，需要事先在管道的一端提前挖好工作坑，挖好之后在坑里安装导轨，一般情况下都是把导轨安装在木基础或者混凝土基础上，然后在导轨上设置管筒。除此之外，还要对顶管施工展开系统精确的测量工作，把握好管底高程、坡度和管道顶进中线的方向。施工时，要将一口已施工完毕的工作井当作出发点，并使用液压千斤顶为顶进供应水平推力，从预留置的洞口处将预制钢筋混凝土管一节一节地跟随工具管向土层推进，并且要不断挖掘管内的泥土，直到工具管顶进前方已经预先完工的接受井。

如果市政管道施工是在城区内距离较长且较为复杂的区域，那么除了顶管法施工技术，还应当加设一些辅助措施，例如使用激光纠偏、气压顶进、泥浆套润滑、中继站等措施。此外，在确定工作井的位置时，一定要全面考虑管道沿线路段的地质情况，当顶管长度达到一定量时，应尽量减少工作井的数目。同时要最大限度地将工作井设置在顶管中部，让工作井在施工时能够同时向左右两个方向进行顶管。

2.3 夯管法

夯管法是借助具备较大冲击力的管锤将事先铺设好的钢管直接夯进地下。夯管法要求铺设的管道不得超过2m，一次性铺设的管道不得超过100m。此方式对施工现场的要求不太严格，只需要在所铺设的管道阶段设置管坑即可。该方式所使用到的设备比较简单，有发电机组、空压机以及夯锤等工具。在使用夯锤击打钢管时，一定要注意击打的具体位置，标准的击打方法是使用夯锤击打钢管后端，打击力会沿着钢管传输到管前，该过程会对土体进行切削，不但能够降低钢管和地面之间的摩擦，还能够让钢管更加有效地进入地面。在钢管逐渐夯入地面的过程中，应当注意操作的连续性[3]。例如在第一节钢管块夯入地下之前，可使用焊接方式将其与第二节连接，在第二节钢管块快要夯入地面之前，再焊接第三节，如此重复该动作，直至将所有钢管都夯入地面。

然而该方式在实际使用过程中也有很大的缺陷，例如铺设材料只限于钢管，铺设长度也十分有限；并且无法详细探测地下情况，当碰到较大的障碍物时，例如大石块、混凝土等，施工将无法继续往下进行，从而在无形中延长了施工周期，增加了施工次数，提升了施工成本。

2.4 盾构法

盾构法也称微型隧道法。盾构可以同时完成挖掘管道、衬砌等工作。其一般由三大部分构成，即切削环、支撑环以及衬砌环，这三部分都有各自的用处与功能。切削环属于一种保护装置，能够有效提高机器设备操作的安全性。支撑环内部设置有千斤顶，能够推动整个装置。千斤顶的一端固定在切削环上，其主要的责任是令盾构向前移动。千斤顶收缩之后，就会留出衬砌环，衬砌环内部能够进行人工或者机械施工砌块，砌完一段之后，千斤顶会以砌好的砌块为依托，推着盾构向前移动，使其进入下一个环节的衬砌。

2.5 牵管施工技术

目前牵管技术在多个国家和多个行业都获得了广泛的应用，特别是在市政管网改扩建项目中得到了极佳的应用效果。其施工流程是利用计算机控制进行导向与探测，导向孔根据设计曲线钻进，曲率半径应大于管径的1500倍，之后再扩大该导向孔，由此完成管线穿越的整个施工过程。牵管施工作为一项非开挖地下管道的施工技术，与顶管法相比，牵管施工更适用于口径较小的管道施工[4]。这主要是因为口径小的管道具备整体轴向抗弯惯性矩比较小，应用牵管方式可以更好地对口径较小、距离较长的管道进行施工，而使用顶管法极易发生压缩失稳的问题。