非开挖敷设管道施工技术

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　　摘要：非开挖技术最显著的特点就是铺管精度高,尤其是在城市地下管网极其复杂的地区可准确控制要铺管的位置,可避免损坏其它地下设施,且不会造成路面的塌陷。本文首先阐述了非开挖施工技术的优点，其次，就非开挖敷设管道施工技术进行了深入的探讨，具有一定的参考价值。
　　关键词：非开挖技术；敷设管道；施工技术
　　
　　1. 前言
　　随着城市建设速度不断加快,敷设管道需大量穿越公路、街道及江、河等,管道敷设施工通常采用大开挖方式作业。大开挖方式作业带来诸多弊端:如破坏路面、交通堵塞、施工恢复周期长等。近年来,非开挖技术在敷设管道施工中的应用越来越广泛。非开挖铺设地下管线施工技术包括导向钻进铺管技术、夯管法铺管技术、气动铺管技术等多种方式,尤其是导向钻进铺管技术,经过几年的实践,技术已比较成熟,广泛应用于给水、电力、燃气、电信等领域。它由三个阶段完成,即先导孔施工阶段、扩孔阶段和回拖拉管阶段。该技术最显著的特点就是铺管精度高,尤其是在城市地下管网极其复杂的地区可准确控制要铺管的位置,可避免损坏其它地下设施,且不会造成路面的塌陷。
　　
　　2. 非开挖施工技术的优点
　　非开挖施工是指在不开挖地表的条件下探测、检查、修复、更换和铺设各种地下公用设施(管道和电缆)的任何一种技术和方法。与开挖施工法相比，非开挖施工技术具有不影响地质、不破坏坏境、施工周期短、综合施工成本低、社会效益显著等优点，可广泛用于穿越公路、铁路、建筑物、河流，以及古迹保护区，进行供水、煤气、电力、电信、石油、天然气等管线的铺设、更新和修复。此外，非开挖施工技术还可用于水平给排水工程、隧道工程(管棚)、基础工程(钢板／管桩、微型桩、土钉)、环境治理等领域。与开挖施工相比．非开挖施工的主要优点是：
　　第一，可以避免开挖施工对居民正常生活的干扰，以及对交通、环境、周边建筑基础的破坏和不良影响。非开挖施工不会阻断交通，不破坏绿地、植被，不影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序。
　　第二，对周围物景的损坏减少，对周围的商业环境影响小。施工过程中不会产生噪音、粉尘等对环境的污染，有利于城市环境的保护和稳定。 第三，全年可施工，施工速度快，工程周期短，能加快整体设计工程的施工速度，提高工作效率。 第四，社会效益高，工程造价低，节约整体工程造价费用，且综合成本低，工时少。
　　第五，有利于城市建设的整体规划和工程建设的最佳设计，有利于提高城市现代化规划设计和建设水平。
　　
　　3. 非开挖敷设管道施工技术
　　3.1 顶管法
　　顶管施工法是最早用在排水工程施工中的一种非开挖施工方法，起源于美国。它是继盾构法之后发展起来的一种地下管道施工方法，最初，顶管施工法主要用于跨越孔施工时顶进钢套管，随着技术的改进，顶管法也可用于无套管情况下顶进永久性的公用管道，主要是重力管道。
　　顶管施工从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，形成管道的施工。顶管施工时，是从一口预先施工好的工作井为出发点，采用液压千斤顶提供水平推力，将预制好的钢筋混凝土管一节一节随工具管从工作井前壁预留的洞口中向土层中顶进，同时将挤入工具管内的泥土运走，如此往复直到工具管到达前方的预先施工好的接收井。顶管作业时，管内的出渣又分干出渣和湿出渣。
　　在长距离复杂地段顶管施工中还要采用一系列的辅助措施，比如泥浆套润滑、气压顶进、中继站设置、激光纠偏等。顶管法工作井的设置应根据管道沿线地质条件，在满足顶管顶长的前提下，尽量减少工作井数量。工作井尽量设置在顶管中部，使工作井向左、向右两个方向顶管。工作井采用现浇钢筋混凝土结构，以逆作法或沉井法施工。接收井应尽量设置在顶管端部，井的大小满足接收顶管机头的要求。接受井采用现浇钢筋混凝土结构，以逆作法或沉井法施工。
　　施工方法如下：
　　（1）开挖工作坑
　　顶管工作坑一般选定在地面较平缓,出土、排水方便,并且有可利用的原土后背施工的一侧。由测量准确放样出工作井的中心位置。
　　（2）设备安装
　　①导轨安装。枕木的高程应严格控制,其高程宜低于管外底高程1. 00~2. 00cm,其埋设间距可根据管重、顶力和土质选定,一般以40~80cm为宜;②千斤顶安装。千斤顶要固定在轨道上,并与套管中心的垂线对称,其合力的作用点应在管道的垂直线上;③顶铁安装。顶铁是均匀传递千斤顶推力至混凝土套管上的重要部件,应无歪斜扭曲现象,安装必须直顺,在顶进过程中,随时注意观察顶铁有无扭曲迹象,及时采取措施。
　　（3）顶管施工
　　第1节顶管顶进方向的准确,是保证整段顶管质量的关键。在顶管施工之前，应测量顶管的中线及前后端的管底高程,确认合格后,方可顶进。对顶进方位应勤测量、勤检查,并细致操作,防止出现偏差。
　　顶管方向控制:在顶第一节顶管时,及时校正偏差过程,应每顶进20~30cm,即对中心线及高程测量一次;在正常顶进中,应每顶进50~100cm测量一次。发现管位中轴线偏差达1cm时,一般应考虑校正。纠偏校正应缓缓进行,使顶管逐渐复位。偏差为1~2cm时,可在顶管偏向设计中心的一侧适当超挖,而在相对的一侧不超挖或留坎,使顶管在继续顶进中,逐渐回到设计位置;偏差大于2cm或采用挖土法校正无效时,可用圆木一端顶在顶管偏向设计中心的一侧内管壁上,另一端安在垫有钢板或木板的管前土壤上,支架牢固后,开动千斤顶,利用顶进时顶木斜支顶管所产生的分力,使顶管得到校正。挖土:顶管前挖土是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。管前挖土不得超越管端以外10cm,并边挖边顶,在道轨以外最大不得超过30cm。顶管周围一般不得超挖,因施工需要不得不超挖时,要在穿越完成后及时通过灌浆处理将超挖部分填实,防止土体坍陷。
　　（4）注意事项
　　在构筑物下面,严禁带水顶管;一次顶进长度要根据顶管需要的顶力以及后背、管口可能承受的顶力,并结合地面开挖工作坑的条件及管道井室间距等,合理确定;顶管一般采用工作坑壁的原土作后背,并根据需要的顶力对后背的安全进行核算,必要时应采取加固措施。
　　
　　3.2 水平导向钻机施工法（牵引管施工）
　　水平定向钻穿越是对环境影响最小的施工方法，这项技术同时还可以为管道提供保护层，并相应减少了维护费用，同时不会影响河流运输并缩短施工期，证明是目前效率最高，成本最低的穿越施工方法。使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线（一般为PE管道，光缆套管，钢管）沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。
　　（1）导向孔
　　钻机施工前要对穿越路径进行查勘，查明障碍和其他管线，以在施工中注意避让和避免损坏其他管线设施。根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。钻机施工中的导向，一般采用无线电传感仪器测控，发射单元位于钻头内，连续的发出电磁波，接收单元位于导向员或机械操作者处，接收机能检测到钻头深度、水平位置、倾角、钻头板角度、温度等数据，通过这些数据指导操作手操作钻机。

　　（2）预扩孔和回拖管线：
　　预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。回拖管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样既减少了回拖时的阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。
　　在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。一般来说，定向钻机适用于均质地层的施工，但遇到砂夹卵石地层时，在导向和成孔方面都存在问题，为了对付这种地质条件，可以采用全地层的钻机解决这个问题。
　　
　　3.3非开挖管道原位修复技术
　　（1）原位固化法
　　原位固化法是在现存的旧管内壁衬一层热固性物质，通过加热使其固化，形成致密的隔水层。施工时，首先用闭路电视检查欲修复管道的状况，然后将管道清洗干净，将充填有树脂的编织管从人孔或其它入孔，通过绞车拉入或靠液体(或气体)压力推送入欲修复的管中，靠气压或水压的作用，使编织管紧贴旧管的内壁。衬管就位后，通入热气或水蒸气，使树脂受热硬化，在旧管内形成一平滑无缝的内衬。本法的优点:不需要注浆;新衬管无接头，管壁平滑，可改善流动性，尽管管径稍有减少，但过流能力并不下降，可形成非圆断面;对施工入口要求低。缺点:需要特殊设备，对操作人员素质要求高;树脂固化时间长，可达5h或更长;若工程规模小，施工成本则相对较高。
　　（2）变形-再成形法
　　该方法采用可变形的PE和PVC作为管道材料。将预衬的新管道先通过机械变形，缩小直径，送入欲修复的旧管中就位。然后通过加热加压或靠自然作用，使变形后送入的新衬管膨胀到现存旧管的形状和尺寸。优点:过流能力降低很少，内衬容易送入，不需要注浆，可用于大曲率半径的拐弯，只用少量接头甚至无接头便可长段铺衬。缺点:旧管中的结构破坏(如塌陷)可能引起施工困难，处理横向接头困难。此种管道修复法还可根据缩径变形的方法细分为:断面变形法、热拔缩径法、冷轧缩径法。
　　
　　4.结语
　　总之，非开挖技术目前是一项成熟的施工技术，它不但可以给企业带来经济效益，而目还能带来良好的社会效益。非开挖技术在地下管线铺设中的广泛应用是一个必然的发展趋势。

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