城市道路给排水施工非开挖技术的应用分析

李忠武，原少宾

(1.山金设计咨询有限公司，山东 烟台 264000；2.烟台融祥房地产开发有限公司，山东 烟台 264000)

0 引 言

目前，受到地方财政和旧城改造中各种设施的影响，大部分地区在旧城改造中或者地下管道扩容中，已应用了非开挖技术作为主要施工技术。此项技术是指工程在作业时，辅助使用多种岩土钻探设备与现代化技术手段，将顶管、定向、导向钻进作为主要施工方式，在道路的表层开挖一个较小的洞口(钻进设备进入、退出口)，进行道路地下给排水管线的更换、敷设、修复等工作。通过对技术特点的分析，可以认为此项技术在建筑工程领域内广泛推广，可以解决工程道路给排水施工对基础建筑造成的破坏问题，从而起到提升工程社会经济效益的作用。尽管一些一线城市，已在建设道路时使用非开挖技术取得了较好的反应，但由于此项技术的开发尚未完全成熟，在实际应用中仍存在一些技术方面的疑点或操作中的不规范性行为。综合此项技术在应用中的现存问题，根据道路给排水设计的实际需求，下文将对此项技术的标准化应用与作业流程展开分析，以此优化道路工程施工方案，规范施工现场劳动力的作业行为，提高相关工程在实施中的市场效益与经济收益，为市政工程的规范化建设与可持续发展创设一个良好的作业环境。

1 城市道路给排水施工非开挖技术设计

1.1 城市道路给排水管道顶管施工轨迹设计

在城市道路给排水施工过程中，导向孔结构是指扩孔拉管的母线结构，同时也是最终能够形成给排水管线的孔结构[1]。与其他管线不同，给排水管对导向孔设置要求更加严格，无论是对于导向孔的深度，还是坡度，其允许误差都需要控制更加严格，因此施工难度进一步增加。针对城市道路而言，在对其进行给排水管线施工时，应当综合考虑道路实际情况，并在确保满足施工技术要求的情况下，对城市道路给排水管道顶管施工轨迹进行设计[2]。通常情况下，将施工区域内的工作井与工作井之间的距离控制在100～200 m。当施工过程中，给排水管线较深时，则需要明确其具体入土角度，并按照图1所示的内容，完成对顶管入土工作坑结构的设计。

图1 给排水施工中入土工作坑结构设计示意图

按照图1所示的结构，完成对入土工作坑的设计，确保其泥浆池、围栏以及拉管机的位置均在允许范围内，确保后续非开挖施工工作的顺利实施[3]。

1.2 基于顶管技术的施工顶力计算与顶进机械选型

在上述设计内容基础上，引入非开挖技术中的浅埋暗挖技术，并在此基础上完成对钻机的选型[4]。对于施工中顶进设备顶力的计算，可以参照当前工程建设标准当中，针对顶进设备管线敷设的相关要求，按照公式(1)完成对其顶力具体数值的计算：

F=πLf[D2/4-dδ(D-δ)]

(1)

式中：F为通过计算得出的施工顶力数值，kN；L为给排水管线穿越长度，m；f为施工过程中的摩擦系数，通常情况下f的取值在0.1～0.3；D为给排水管线的横截面内直径，m；d为给排水管线的横截面外直径，m；δ为给排水管线壁厚，m。根据上述公式，计算得出基于非开挖技术的施工回顶力。施工中，辅助使用地质勘查装置，对施工区域进行工程勘查，对地下管线进行复查后在地面上进行标记，根据复查结果，调整顶进设备的钻进设计轨迹，设定进出钻进点、开挖点等辅助施工点。

在此基础上，对顶进施工机械进行选型。可选用DDW—350非开挖钻机，另外配备功率为55 kW的持续钻射流循环泥浆搅拌装置，为钻机提供充足的泥浆材料[5]。同时，选用该型号非开挖机械具备极高的作业安全性，除了适用于城市道路的给排水施工中，还可应用于各种断面的平、斜巷道施工。该装置的应用能够进一步促进施工效率的提升[6]。同时，该型号非开挖水平钻机上配备了操纵台全功能数字显示仪表，能够实现对施工过程中各项参数的实时显示，从而实现对施工参数的合理控制，并及时找出可能出现的施工故障问题。DDW—350非开挖顶进设备的技术参数为：发动机功率为150 kW，配备的泥浆装置运行功率为55 kW，泥浆装置泵流量为330 L/min。

1.3 给排水管道材料选择与泥浆配制

在完成对施工回拉力计算和钻机的选型后，还需要对给排水管道材料进行选择。基于非开挖技术的应用需要，选用HDPE管材，该类型材料的特点为：第一，具有极高的韧性，在施工中能够保持良好的抗拉能力，且抗刮痕能力良好，能够适用于城市道路复杂的环境条件；第二，具备良好的密封效果，连接强度与本身强度相比更高，适用于对其进行拖拉施工；第三，可挠性能良好，方便施工人员根据管线的施工走向对管线轨道进行调整。

选用聚合物加强型的泥浆材料，该材料主要成分包括优质膨润土和少量聚合物[7]。在配制过程中，将优质膨润土的添加量控制在总泥浆质量的2%。同时，在进行后续扩孔施工处理时，也按照相同的比例完成对泥浆材料的配制。针对顶管技术应用后，需要进行管道扩容的情况，可采取翻转式CIPP修复，此时管径基本维持原来状态，但在此基础上对实壁管进行铺设，可达到对给排水主线全部扩容。在应用顶管技术后，针对管道的更换，可引入一种管道更换顶管机装置，利用该装置完成对管道的更换工作。在更换过程中，结合施工区域及周围环境特点，制定科学且详细的更换方案[8]。在更换前，将准备好的材料和新的管道放置在施工段两端工作坑当中，将新的管道进行更换前预处理，例如端口处理、端口连接等。针对更换下来的旧管道，可使用破碎和胀管工具，将其进行破碎处理，并新管道的安全清理足够的空间。使用更换顶管机装置将新的管道按照原位置进行安装，实现对管道更换。

1.4 给排水导向孔施工

在进行对给排水管线的导向孔施工时，应当结合实现设计的施工方案，在结合顶管技术的基础上，完成导向施工，并针对施工过程中的具体内容进行详细记录。在具体施工中，可通过引入导向仪设备对钻孔的深度以及钻进角度进行测定，以此综合反映导向孔施工过程中孔内结构特征，为后续施工控制和调整提供数据依据。针对不同规格的地下管线，在进行顶管施工时，需要明确给排水导向孔施工轨迹与既有地下管线之间的最小距离。例如，扩孔直径为小于等于φ500的地下管线，设计对应排水管平行净距在1.0 m内；扩孔直径在φ500～φ1 000的地下管线，设计对应的排水管平行净距在1.5 m内。每执行一次测量工作，需要进行一次钻头位置在地下位置的确认，只有满足与之方面相关的需求，才能确保导向孔施工技术符合工程技术规范。在施工中，将圆孔通道的中心线作为给排水管线铺设的中心线。在钻进时，应当根据实际需要采用轻压慢转的施工方式，在进入到管线施工的平直段区域时，可采用轻压慢转的施工方式。同时，还需要综合考虑城市道路地层变化的问题，完成对钻井参数的调整[5]。为了确保钻进的质量，还需要对有无扭矩、有无钻压突变等异常情况进行实时观测，从而在发现问题是立即进行停工并调整施工参数，以此完成整个导向孔的施工工作。通过上述论述可知，非开挖技术的应用大致可以划分为三大类型，一种为非开挖施工，例如顶管施工；一种为旧管线更换施工，例如吃管法；一种为非开挖修理，通过非开挖的方式对已有排水管道进行修理。在实际应用中，需要结合实际工况，对上述三种不同非开挖技术应用方式进行合理选择，从而达到最佳的给排水施工效果。

2 对比分析

本次研究的实验项目以甘肃省天水市某城区的市政工程项目为依托，此项目是在地方政府的指示下组织的大型老城区建设改造项目，项目施工横穿多个街区，预计在跨城区建设区域铺设25条地下给排水管道。敷设管道的直径约为125.0 mm，总敷设长度为850.0 m，预计施工工期为30 d。为了避免对城市居民群体的生活造成影响，政府要求此次项目需要在不破坏路面结构、不妨碍地方交通秩序、不污染生态环境的条件下，保质保量地完成。完成施工后，要求施工建设区域不得出现地表沉降问题，管道的敷设位置偏差不允许超出预设位置的5%。非开挖工程项目施工平面图如图2所示。

图2 实验工程项目非开挖局部施工平面图

从图2可以看出，此次非开挖施工作业敷设的给排水管线主要分布在国道与铁道线上，施工区域经过多个建筑物与城市居民区。根据现场施工勘查人员反馈可知，施工区域地表0～0.8 m位置属于填土区与行车水泥路面，0.8～5.0 m区域属于亚黏土区域，其中含有少量的卵石。掌握施工区域地质概况后，按照本文设计的施工技术与传统施工技术，对此次工程中编号为JS01～JS07的管道进行铺设。两种方法各敷设7条管道，完成铺设后，使用金属探测设备，对完成施工的管道位置进行探测，分析敷设管道位置与预计敷设位置存在的偏差，当偏差<5%时，证明此次施工作业成果符合标准，反之，当敷设管道位置与预计敷设位置的偏差>5%时，证明此次施工作业成果不达标。对比两种施工方法在竣工后敷设管道位置的偏差，将其作为对比实验的结果，如图3所示。

图3 给排水铺设管道偏差

从图3可以看出，两种施工方法都可以实现将给排水铺设管道的偏差控制在5%以内，并且，相比传统方法而言，本文提出的施工方法在完成施工作业后，敷设管道的偏差值更低。由此可以看出，本文此次研究提出的非开挖技术在实际应用中效果更优，可以实现对市政工程道路施工水平与竣工成果质量的有效提升，说明了此次设计成果在真实有效，可将其在建筑研究领域内推广。

3 结束语

本文研究以某城市的道路给排水建设工程项目为例，从多个方面，对非开挖技术的标准化应用流程展开了论述与分析，完成研究后，将其与传统施工方法进行对比，证明了本文设计的施工方法在实际应用中，可以将排水铺设管道的偏差控制在5%以内。相比早期大规模的施工作业行为，此项施工作业技术在实际应用中不仅不会对施工区交通造成阻碍与干扰，也不会影响到区域生态环境的赋存，基本不会对周边居住群体的生活秩序与生存环境造成负面影响。总之，此次研究提出的技术应用方法是一项综合效果良好、具有社会广泛推广能力的技术。随着城市文明建设的提升，此项技术在未来，将成为市政工程建设的主要技术。因此，在深入对此项技术的研究中，还将继续进行技术检验的投入，通过多次实验，证明此项技术可起到优化项目施工全过程的作用。