城市市政中非開(kāi)挖技術(shù)給排水管道的施工工藝和方法

【摘 要】 隨著城市人口的擴(kuò)張和人們生活水平的提高， 各種資源日益緊張， 環(huán)境保護(hù)力度的加大， 人們對(duì)市政公用設(shè)施的建設(shè)和管理的要求也越來(lái)越高， 而非開(kāi)挖鋪管、 修管和換管技術(shù)不影響交通，鋪管速度快， 無(wú)環(huán)境破壞， 不影響人們正常工作生活等， 這些優(yōu)點(diǎn)使得非開(kāi)挖施工具有較大的市場(chǎng)潛力。因此，本文針對(duì)城市市政中非開(kāi)挖技術(shù)給排水管道的施工工藝和方法進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】 城市市政中非開(kāi)挖技術(shù)；城市給排水管道；

1 引言

城市市政中的非開(kāi)挖施工解決了常規(guī)開(kāi)挖施工對(duì)居民正常生活的干擾和對(duì)交通、環(huán)境、周邊建筑基礎(chǔ)的破壞及不良影響。

在這一前提和要求下， 非開(kāi)挖技術(shù)由國(guó)外引入國(guó)內(nèi)， 并在最近幾年得到了較大的推廣和應(yīng)用。

非開(kāi)挖施工技術(shù)作為一種新型的地下管線建設(shè)方法， 是在地表面不開(kāi)溝的情況下通過(guò)探測(cè)、勘查，鋪設(shè)（更換、修復(fù)）各種地下公用設(shè)施管道的一種技術(shù)或方法。非開(kāi)挖技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用非常廣泛， 而我國(guó)對(duì)非開(kāi)挖技術(shù)正在逐步推廣， 最近幾年來(lái)得到了迅猛發(fā)展， 其中主要是非開(kāi)挖管道鋪設(shè)， 而管道更換及修復(fù)還剛剛起步。

非開(kāi)挖技術(shù)（Trenchless Technology or No-Dig）是指利用少開(kāi)挖或不開(kāi)挖的方法對(duì)地下管線、管道進(jìn)行鋪設(shè)、維修或更換、探測(cè)的一門施工技術(shù)。目前廣泛用于穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、湖泊以及在古跡保護(hù)區(qū)、農(nóng)作物和植被保護(hù)區(qū)等區(qū)域內(nèi)進(jìn)行地下管線的施工。

常規(guī)開(kāi)挖管線安裝施工工藝難度小，易于掌握，無(wú)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，屬成熟工藝，國(guó)家有明確的技術(shù)規(guī)范及嚴(yán)格的定額管理；修復(fù)期間停水時(shí)間短，管線敷設(shè)好后，只在駁接時(shí)停水；對(duì)城市供水影響較小。但是常規(guī)的開(kāi)挖施工存在著不容忽視的缺陷。如破壞了原有的道路環(huán)境，阻塞交通，機(jī)械污染和粉塵污染，機(jī)械和管材長(zhǎng)期占道，路面恢復(fù)慢，路面破壞后無(wú)法恢復(fù)原貌。

2 城市市政中非開(kāi)挖技術(shù)的工程應(yīng)用

城市市政中非開(kāi)挖技術(shù)在給排水工程中主要有鋪設(shè)新管線和修復(fù)置換舊管線兩方面的應(yīng)用。通常鋪設(shè)管線采用的施工技術(shù)包括：水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法、夯管法、推擠頂進(jìn)法、盾構(gòu)法（微型隧道法）和頂管法。修復(fù)舊管線施工技術(shù)包括：原位固化法、纏繞法、滑動(dòng)內(nèi)插法、變形再生法、原位換管法、局部修復(fù)法等。

2.1 施工工藝中鋪設(shè)新管線中的應(yīng)用

2.1.1 水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法（HDD）

水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法是一種無(wú)需挖掘工作井就能快速鋪設(shè)地下管線的鉆進(jìn)方法，是將鉆探技術(shù)與控向技術(shù)巧妙結(jié)合的現(xiàn)代非開(kāi)挖施工新技術(shù)， 是非開(kāi)挖施工法中應(yīng)用較廣的一種。其原理是通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的鋪管線路，由鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)裝有鍥形鉆頭的鉆桿從地面鉆入，再按照預(yù)定的方向繞過(guò)地下障礙，直至抵達(dá)目的地，然后卸下鉆頭換裝適當(dāng)尺寸和特殊類型的回程擴(kuò)孔器，使之能夠在拉回鉆桿的同時(shí)水平鉆孔至所需直徑，并將需要鋪設(shè)的管線同時(shí)返程牽回至鉆孔入口處，以保證鋪設(shè)管線不會(huì)由于空間不足或鉆榍摩擦而受到破壞，在擴(kuò)孔的同時(shí)注入化學(xué)泥漿以保證鉆孔不致坍塌。該方法的工藝流程為：

施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位→鉆機(jī)就位→導(dǎo)向孔鉆進(jìn)→擴(kuò)孔→回拉管線→檢查井砌筑→工作坑回填→地貌恢復(fù)。

工程施工配套的設(shè)備主要有：導(dǎo)向鉆機(jī)、導(dǎo)航儀、隨車吊、輔助動(dòng)力助推裝置、管線探測(cè)儀、電法勘測(cè)儀、夯管設(shè)備等。

水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法工藝可鋪設(shè)鋼管、PVC管、PE管等剛性連接的管道，在施工前應(yīng)將待鋪管道于地面上完成管道連接，曲線段可采用1°的借轉(zhuǎn)角度，一次鉆進(jìn)最長(zhǎng)可達(dá)800米的距離，導(dǎo)向定位系統(tǒng)可測(cè)至30米的深度。它的另一優(yōu)勢(shì)是可以靈活處理施工中遇到的地層復(fù)雜情況。在導(dǎo)向或擴(kuò)孔過(guò)程中如遇到大塊石，或其他障礙物，不能形成一條合格的孔道時(shí)，大不了再換一個(gè)位置另打一條，不會(huì)造成管材的損失。它的局限就是對(duì)施工場(chǎng)地有一定要求，所鋪設(shè)管道的兩端都必須有足夠長(zhǎng)的空地，一端放置鉆機(jī)，另一端開(kāi)挖下管坑；如果有一端靠近建筑物，沒(méi)有開(kāi)挖下管坑的場(chǎng)地，就不能單獨(dú)運(yùn)用定向鉆進(jìn)完成鋪管。

2.1.2 夯管法的應(yīng)用

夯管法是采用低頻、大沖擊力的氣動(dòng)夯管錘將待鋪設(shè)的鋼管沿設(shè)計(jì)路線直接夯入地層。夯管設(shè)備一般是引進(jìn)國(guó)外的大口徑夯管錘，可以鋪設(shè)直徑在2米以內(nèi)、長(zhǎng)度100米以內(nèi)的各種鋼管。與水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法相比，夯管法只要求一端有下管坑的場(chǎng)地既可；對(duì)于直徑較大的鋼管的鋪設(shè)，工作效率更高。夯管法所用的主要設(shè)備有發(fā)電機(jī)組、空壓機(jī)、夯管錘等。施工時(shí)，夯管錘的沖擊力直接作用在鋼管的后端，通過(guò)鋼管傳遞到前端的管靴上切削土體，并克服土層與管道之間的摩擦力使鋼管不斷進(jìn)入地層。隨著鋼管的前進(jìn)，被切削的土芯進(jìn)入鋼管內(nèi)，在第一節(jié)鋼管夯入地層后，后一節(jié)鋼管與其焊接在一起，如此反復(fù)，直到夯入最后一節(jié)鋼管，待鋼管全部夯入后，可采用壓縮空氣、高壓射流、螺旋鉆桿、人工掏土等方法將管內(nèi)的土體排出。夯管過(guò)程中，用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀控制進(jìn)管的方位、高程和角度，保證夯進(jìn)精度。該項(xiàng)技術(shù)靠動(dòng)荷載夯進(jìn)，在施工時(shí)不需要靠背支撐，施工時(shí)不掏土，也不會(huì)發(fā)生局部沉降，其地層適應(yīng)性廣泛，施工周期短。不過(guò)，夯管法也存在明顯的局限：一是只能鋪設(shè)鋼管，二是一次施工長(zhǎng)度有限（最多只有100多米），三是如遇到地層復(fù)雜情況，如較大塊石、混凝土塊等，導(dǎo)致夯管無(wú)法進(jìn)行下去，夯進(jìn)去的鋼管又難拔出，造成管材的損失。

2.1.3 盾構(gòu)法的應(yīng)用（微型隧道法）

盾構(gòu)就是一種在地下由前端掘進(jìn)后端襯砌的施工設(shè)備，為鋼制殼體，主要由三個(gè)部分組成，即前部的切削環(huán)、中部的支撐環(huán)和尾部的襯砌環(huán)。切削環(huán)可作為保護(hù)罩，能將其刃腳插進(jìn)土層中，人工或機(jī)械在環(huán)內(nèi)挖土、出土。在支撐環(huán)內(nèi)安裝有液壓千斤頂?shù)韧苿?dòng)裝置。千斤頂?shù)那岸斯潭ㄔ谇邢鳝h(huán)上，當(dāng)切削環(huán)內(nèi)挖土工作完成后，它負(fù)責(zé)將整個(gè)盾構(gòu)殼體向前移動(dòng)。當(dāng)千斤頂回程后端收縮后，就留出了襯砌環(huán)，在襯砌環(huán)內(nèi)人工或機(jī)械襯砌預(yù)制砌塊 當(dāng)砌完一環(huán)砌塊后，千斤頂又可以將砌塊傲為后背向前推動(dòng)盾構(gòu)殼體，開(kāi)始下一個(gè)挖土和襯砌的循環(huán)。

2.1.4 頂管施工技術(shù)的方法

頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來(lái)的一種地下管道施工方法，適用于埋設(shè)直徑在600mm～4000mm之間的管道。我國(guó)最早采用的非開(kāi)挖施工法就是頂管法。過(guò)去，頂管法作為一種特殊的施工手段，一般不輕易采用，現(xiàn)在，頂管施工作為一種常規(guī)施工工藝已被業(yè)主所接受。頂管施工最早主要用在下水道施工，近年來(lái)，越來(lái)越多地運(yùn)用到自來(lái)水管、煤氣管、動(dòng)力電纜、通信電纜等許多管道的施工中，且使用愈來(lái)愈普遍。頂管技術(shù)最主要的優(yōu)勢(shì)是在交通繁忙的城市道路下進(jìn)行給排水管道施工時(shí)，可以在不切斷正常交通的情況下實(shí)現(xiàn)管道的鋪設(shè)難題。

2.2 管道修復(fù)舊管線中的應(yīng)用

管道修復(fù)在城市地下給排水管道管理中將占據(jù)一個(gè)非常獨(dú)特而且重要的角色。管道出現(xiàn)破壞時(shí)可采取局部修復(fù)，獨(dú)立管段修復(fù)，全管道整體修復(fù)以及廢棄舊管鋪設(shè)新管等多種技術(shù)措施。不論采用何種方式，從整體意義及廣義來(lái)講都可稱之為管道修復(fù)。由于受設(shè)備和技術(shù)水平的限制，在我國(guó)非開(kāi)挖管道修復(fù)技術(shù)剛剛起步，用于管線修復(fù)的設(shè)備基本依靠進(jìn)口，諸如爆管法、吃管法、內(nèi)襯法、纏繞法等管線修復(fù)和更換的方法還不成熟，部分工法甚至處于空白狀態(tài)，亟待填補(bǔ)。據(jù)報(bào)道，美國(guó)2004年在舊管線修復(fù)中用非開(kāi)挖修復(fù)的占了64％（污水管）和20％（自來(lái)水管）。與之相比，我國(guó)在舊管線修復(fù)中的非開(kāi)挖技術(shù)的使用比例要低得多。從我國(guó)已有地下管線龐大的數(shù)量和非開(kāi)挖管線修復(fù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果分析，預(yù)計(jì)大量的舊管線的非開(kāi)挖修復(fù)和更換工程將很快開(kāi)展起來(lái)。

下面主要就非開(kāi)挖管線修復(fù)諸多方法中的原位固化法和纏繞法進(jìn)行較為詳細(xì)地?cái)⑹觥?/p>

2.2.1 原位固化法

原位固化法（CIPP）是由英國(guó)于1971年研制成功，當(dāng)時(shí)主要用于修復(fù)英國(guó)的下水道。在發(fā)展初期，CIPP僅是一種管線施工的普通工法，用于在不擾動(dòng)土層的情況下更新老化或失效的地下管線，隨著不斷的發(fā)展，該技術(shù)逐漸成為國(guó)外維護(hù)城市地下管線設(shè)施的首選方案。原位固化法可以修復(fù)不同大小，不同形狀以及不同過(guò)渡區(qū)的地下管線。原位固化法在100～3000mm的管徑范圍內(nèi)都可以安裝使用，即現(xiàn)有的舊管內(nèi)壁上襯一層液態(tài)的熱固性樹(shù)脂，通過(guò)加熱（利用熱水、蒸汽）使其固化，形成與舊管緊密配合的薄層管，而管道的過(guò)流端面損失很小，但流動(dòng)性能則大大改善。使用這項(xiàng)技術(shù)修復(fù)的管道壽命可達(dá)30～60年。該技術(shù)可以修復(fù)彎曲，變直徑管線以及重力和壓力管線，連續(xù)修復(fù)的長(zhǎng)度可達(dá)幾千米。襯管和緊貼在舊管上的樹(shù)脂材料完全可以滿足市政污水管線的使用要求，同時(shí)在含有高溫及高濃度化學(xué)物質(zhì)的工業(yè)管道中也可正常使用。

2.2.2 纏繞法中的管道修復(fù)

纏繞法主要用于修復(fù)污水管道，該技術(shù)發(fā)明于澳大利亞。纏繞法是利用聚氯乙烯（PVC）或高密度聚乙烯（HDPE）制成的帶T型筋和邊緣公母扣的板帶，用安裝在井內(nèi)的制管機(jī)將板帶卷成螺旋形圓管并送人管內(nèi)，相嵌并鎖結(jié)，同時(shí)用硅膠加以密封。制管完成后再在螺旋管和混凝土母管之間灌注水泥漿。具體施工工藝流程為：

準(zhǔn)備→管道清洗→CCTV檢測(cè)→纏繞機(jī)具就位→加潤(rùn)滑劑→管道纏繞就位→張拉鋼絲→空隙灌漿→支管、井修復(fù)→CCTV檢測(cè)→浸水試驗(yàn)。

纏繞法修復(fù)管道時(shí)可帶水作業(yè)，該法在各大國(guó)家的下水道管道修復(fù)中已廣泛使用，在我國(guó)內(nèi)地城市亦有成功使用的工程實(shí)例。纏繞法適用于管徑為150～2500mm、管線長(zhǎng)度為300m左右的各類污水管道的修復(fù)。在中國(guó)大城市直徑較大的污水管線中，有很大的應(yīng)用前景。

2.3 非開(kāi)挖管道施工工藝及方法的選擇

非開(kāi)挖地下管道施工成功的關(guān)鍵是選擇合適的施工方法和施工機(jī)械。管道施工方法和施工機(jī)械的選擇，主要根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、管道埋深、管道端面形狀及尺寸、施工技術(shù)條件和施工技術(shù)水平及工期要求等諸多因素綜合確定。例如軟弱的粘土宜采用擠壓沖擊掘進(jìn)；對(duì)于土體較松軟、含水量較大的砂質(zhì)粉土，可采用水沖式頂管機(jī)。施工方法與施工機(jī)械相輔相成，一定的施工方法對(duì)應(yīng)著一定的施工機(jī)械。以頂管法為例，手掘式頂管法只適用于能自立的土中，采用手掘式工具頭進(jìn)行施工；泥水式頂管法采用的是泥水平衡式工具頭；土壓式頂管法的適用范圍最廣，可以稱得上是全土質(zhì)型，小刀盤的土壓平衡頂管機(jī)和大刀盤的DK土壓平衡頂管機(jī)在工程中經(jīng)常被采用。因此管道施工方法的選擇，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，選擇合適的施工方法，采用相應(yīng)的設(shè)備，在科學(xué)管理下進(jìn)行信息化施工。

3 結(jié)束語(yǔ)

非開(kāi)挖施工技術(shù)的整體優(yōu)勢(shì)在于施工負(fù)面影響小，且所占用場(chǎng)地比較少，對(duì)地面、交通、環(huán)境以及周圍地下管線等的影響很微弱。因此，非開(kāi)挖施工技術(shù)推廣的難度在于費(fèi)用的居高不下，使得很多中小城市望而止步。其實(shí)綜合考慮交通影響、周圍管線開(kāi)挖的危險(xiǎn)、市民的生活質(zhì)量等因素，非開(kāi)挖修復(fù)的費(fèi)用是可以接受的。隨著城市化進(jìn)程的加快， 市政施工設(shè)施投資建設(shè)和修復(fù)維護(hù)也與日俱增， 但苛刻的現(xiàn)實(shí)條件也使得市政施工設(shè)施建設(shè)和管理必須探索新的施工工藝和方法。

綜上所述：非開(kāi)挖施工技術(shù)的含義及應(yīng)用范圍，歸納了非開(kāi)挖技術(shù)在城市給排水鋪設(shè)新管線和修復(fù)舊管線工程應(yīng)用中的常用方法，并對(duì)施工工藝和主要使用的設(shè)備進(jìn)行了簡(jiǎn)述，針對(duì)目前非開(kāi)挖技術(shù)中存在的問(wèn)題并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，探討了我國(guó)發(fā)展非開(kāi)挖技術(shù)的方向。

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