基于非开挖技术的市政给水管道工程施工技术初析

李金龙

（山西太水市政工程有限公司，山西 太原 030000）

1 在市政给水管道工程施工中应用非开挖技术的优势

非开挖技术是利用各类岩土钻掘设备和相关技术在地表进行小面积钻挖，并在地下环境中完成给排水管道的敷设、更换或维修施工。与传统给水管道明挖施工技术相比，非开挖技术主要具有以下3 方面优势。

（1）施工效率高。传统市政给水管道工程施工需要配合大规模开挖作业，作业量大，施工效率低，非开挖技术在应用过程中只需要进行小面积开挖方便岩土钻掘设备和管线进入地下环境即可，施工机械化水平高，施工效率显著提升[1]。

（2）施工影响小。非开挖技术在应用过程中不需要对施工路段进行大规模封堵，能保证道路拥有一定的通行能力，不会产生强烈噪声，避免对周边居民正常生活造成干扰。

（3）施工质量好。非开挖技术通过导向、定向钻进等方式进行管道敷设或更换，不仅能适应多种复杂的土壤环境，而且可实现原位修复，施工质量较传统以人工方式进行管线定位也有一定提升。

2 常用非开挖技术的种类

非开挖技术在市政给水管道工程中的主要作用是对给水管道进行铺设、修复或更换，不同应用场景中使用的技术种类有所不同。其中管道铺设常用的非开挖技术主要有顶管施工法和定向钻施工法；管道修复作业中多采用灌浆法和缠绕法；管道更换作业多采用吃管法和爆管法，需要综合施工目标和施工现场地质情况灵活选择合适的施工技术，才能获得良好的综合效益。在管道铺设中常用的非开挖技术如下。

（1）顶管施工法。此种非开挖技术是直接使用液压千斤顶将管压入土层中，将管正面泥土利用顶管机顶端刀盘进行切削，及时挖除切削下来的泥土并推管进入土层中，完成第一节管顶进作业后，再依次进行第二节、第三节等管子的连续顶进作业，直到形成整体性涵管。顶管施工法可根据挖土方式的不同进一步细分为泥水式顶管和土压式管方法，多适用于平缓路径中的给水管道施工工程[2]。

（2）定向钻施工法。该种非开挖技术需要预先以水射流或回转切削的方式挤压土壤成孔，技术人员在地面通过手持仪器接收钻头发射的电磁信号，并以遥控的方式控制钻头行进轨迹，最终完成地下钻孔。完成地下钻孔后，配合拉管作业方式完成管线敷设。通常定向钻施工法中应用的管线直径不超过1.2m，管道材质多为PE 管、PVC 管、钢管等。定向钻施工法的主要优势是灵活性较强，技术人员可全程控制钻孔方向，并能及时发现及躲避地下环境中存在障碍物。

3 非开挖技术在市政给水管道工程施工中的具体应用

3.1 顶管施工法

顶管施工法在市政给水管道工程施工中的应用非常广泛，但要求施工场地土壤性质为黏性土，才能充分发挥顶管施工法的应用价值。实际施工中，需要结合场地实际条件灵活选择泥水式顶管或土压式顶管法，具体应用方法为：根据设计方案和管道长度在给水管道敷设路径中选择一定数量施工节点，在节点位置进行小面积开挖，形成顶管施工作业井，每个作业井都是一段管道顶管作业的起点和终点；在作业井一侧或相对两侧墙壁中设置圆孔，作为顶管管道的进出口；在起始端作业井顶管进口对侧孔壁上安装承重垫板和液压千斤顶，利用管顶油缸和中间顶进力将工具管按预设路径顶进土壤中，在两个作业井中间形成管道敷设通道，从接收井中将工具管吊起；将给水管道以相同路径顶进敷设通道中，通过重复以上操作最终完成整个给水管道的地下敷设施工。完整的顶管施工法在应用过程中需要关注多个要点，如作业井和接收井的设置、顶管掘进设备和主装置中继间的设施、基坑导轨与后座墙的加固等。

若实际作业环境土层构成复杂程度较高，顶管施工法可能难以完全满足给水管道工程施工要求，此时，需要同时配合其他施工方法，确保管道敷设顺利完成[3]。且不同地质条件下，需要对作业井进行的加固措施各不相同，在正式施工前，需要对施工环境进行全面的地质勘察，结合勘察报告科学设计作业井工艺方法，如设计数量、作业方式、分布方式等。

3.2 定向钻施工法

在施工环境土壤条件为均质土层，且铺设管道直径在1200mm 之内时，市政给水管道工程施工主要采用定向钻施工法[4]。大量工程实践都显现出定向钻施工法在该类型施工条件中的良好应用价值，实际应用过程中可供选择的管材材质类型较多，如PE 管、PVC 管、钢管等，管线形式可根据需要设置为直线或曲线形式。

（1）钻进导向孔。以钻机作为主要钻孔设备，正式开展钻孔作业前，需要明确施工方案、钻孔路径、施工环境中地下管线排布情况、周边建筑排布情况等因素，确保钻孔施工不会对原有管线和周边建筑安全造成影响。结合地质勘察报告，选择合适规格的钻孔工具，每完成一根钻杆钻孔作业后，都需要检查钻头是否从设计位置中钻出，减少实际钻孔作业和设计参数之间的误差。通过重复积累钻孔作业，最终得到贯穿全线的导向孔。

（2）预扩孔与回拖管线。因不同城市和地区发展规划方案之间存在差异，使得各城市市政给水管道工程中使用的管道规格存在一定差异，需要根据管道规格的不同选用合适的扩孔设备[5]。若200mm≤管径≤350mm，预扩孔设备可选择小型钻机；若350mm≤管径≤1200mm，预扩孔设备可选择大型钻机。同时，根据地质条件和设备性能选择一次或多次扩孔工艺，保证孔径规格和数量与设计要求一致。完成扩孔后，利用钻机装盘为钻杆提供动能令其后退，后退过程中与其相连的管线直接被回拖到孔洞中，以此完成给水管道的敷设作业。

3.3 管道在线修复翻新工艺

管道在线修复翻新工艺主要是使用新的管材对原有管材进行加固[5]。具体应用方法为：选择管径规格略小于原有管径的PE管作为返修管材，将新管材推入产生缺陷或渗漏管道中，修复方法如图1 所示。为避免PE 管在推入过程中受到原有管材内部杂物或阻力的影响，将扩管头安装在PE 顶端，并将牵引绳和扩管头相连，同时利用卷扬机和顶进设备从前后两端助力PE 管顺利顶进原有给水管道中。为避免PE 管在进入原有管道时受到磕碰等损伤，需要在原有给水管道端部安装保护圈。为避免内嵌的PE管道在长期使用过程中发生位移，需要在完成内嵌施工后在新旧管道间隙中灌入水泥砂浆，对新嵌入PE 管进行加固。为提高管道修复翻新效率，可在进行PE 管内嵌操作前，使用熔焊机完成相邻PE 管焊接作业，然后将小管径PE 管道直接与管道轮盘相连。利用管道轮盘可一次性完成上百米内衬管道的内嵌作业，极大地提高了管道修复翻新速度。

图1 管道在线修复翻新工艺

3.4 在线管道更新工艺

若原有市政给水管道已经发生了严重的破损或老化，需要对原有管道进行更换，选择的管道直径需比原有给水管道的直径大[6]。按序依次连接卷扬机、牵引线、气动冲击钻、扩管头和新的内衬管，工艺原理是利用卷扬机拉动气动冲击钻，对原有给水管道进行冲击碎管处理，气动冲击钻后方连接的扩管头能直接将已经破碎的旧管道碎片压入管周土壤中，同时扩管头带动新的PE 管直接进入原管道位置中，完成管道置换作业。

4 市政给水管道工程施工中应用非开挖技术的注意事项

（1）灵活选择施工工艺和施工设备。市政给水管道施工过程中，应结合现场地质条件和施工要求灵活选择施工工艺和施工设备，保障给水管道的施工质量[7]。如当现场土壤性质为砂质粉土时，应优先采用水冲式顶管机进行顶管安装作业；若现场土壤性质为软基黏土，则应优先采用挤压冲击掘进施工工艺。

（2）水平导向钻进法在实际施工中需要关注的要点较多：管道应选用刚性连接管材，如PE 管、PVC 管、钢管等；正式施工前应在平整场地中，结合工程设计要求进行管道连接作业，保证管道连接质量，控制曲线段管线的连接角度；单次管道钻入长度应在800m 以内；在管道端部设置定位系统，精准掌握管道推进位置、推进进度和地层情况等信息，一旦管道推进施工发生阻碍，能迅速锁定异常位置，及时进行异常处理。

5 结语

综上所述，市政给水管道是关乎市民生活生产的重要基础设施，传统明挖管道铺设、修复和更换作业方式，不仅施工效率低、作业量大，还会影响居民生活和交通。通过应用非开挖技术，在地表进行小面积开挖，同时配合相关机械设备完成管道铺设、修复或更换，对交通、居民生活产生的影响非常小，且施工效率高，具有良好的应用前景。