城市供水管網(wǎng)改造中非開挖技術(shù)的應(yīng)用

劉小婧

【摘要】為了貫徹落實(shí)國家城市發(fā)展理念，滿足居民日常生活需求，全面開展城市地下管線鋪設(shè)工作。隨著工作井的增加，不僅對城市居民日常出行造成影響，還會對路面結(jié)構(gòu)造成破壞，對此，建筑界學(xué)者通過對城市地下管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析，可知非開挖技術(shù)可有效地解決傳統(tǒng)地下管線鋪設(shè)中存在的不足，加之具有成本低與適用范圍廣的特點(diǎn)，得到施工人員與居民的高度認(rèn)可。基于此，結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，以非開挖技術(shù)的含義、特點(diǎn)與類型的角度且切入點(diǎn)，對其在城市供水管網(wǎng)改造中實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行具體分析。

【關(guān)鍵詞】城市供水；管網(wǎng)改造；非開挖技術(shù)

非開挖技術(shù)通過對鉆機(jī)的使用，在不對地面結(jié)構(gòu)造成破壞的前提下，所采用作業(yè)坑開挖的施工手段。一般在城市地下管線鋪設(shè)和修復(fù)、更換以及維修工作中較為常見，與傳統(tǒng)開挖技術(shù)相對比，具備高安全、高效率、低成本、無污染的優(yōu)勢，并經(jīng)過長期發(fā)展，非開挖技術(shù)成為當(dāng)前城市供水管網(wǎng)改造中應(yīng)用范圍較廣的技術(shù)類型。

一、非開挖技術(shù)

（一）含義

顧名思義，非開挖技術(shù)（Trenchless Technology or No-Dig）含義為：利用少開挖與不開挖技術(shù)手段，完成管線和管道鋪設(shè)、更換、維修以及探測等工作。現(xiàn)階段，非開挖技術(shù)在進(jìn)行農(nóng)作物、古跡保護(hù)區(qū)以及植被保護(hù)區(qū)等區(qū)域內(nèi)地下管線鋪設(shè)工作中較為常見。非開挖技術(shù)具有施工流程簡便、難度低、掌握便捷、風(fēng)險(xiǎn)程度低的成熟技術(shù)類型，同時(shí)國家在關(guān)于非開挖技術(shù)管理中有著明確的規(guī)定，如限制修復(fù)期間停水、停電時(shí)間；減緩對城市供水的影響。雖然非開挖技術(shù)擁有著其它技術(shù)手段所不具備的優(yōu)勢，但其缺陷也無法被人們所忽視，如影響城市正常交通、產(chǎn)生粉塵與機(jī)械污染、管材占道時(shí)間過長、對道路環(huán)境造成破壞等。

（二）特點(diǎn)與分類

特點(diǎn)：提高施工人員作業(yè)效率；對原有地下管線進(jìn)行測量與控制；優(yōu)化傳統(tǒng)傳統(tǒng)地下管線鋪設(shè)水平；完成地下管線維修和復(fù)位工作；改變地下復(fù)雜結(jié)構(gòu)層作業(yè)條件。

分類：按照技術(shù)措施的差異，將非開挖技術(shù)分為三種，即導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)和頂管掘進(jìn)機(jī)鋪管技術(shù)、遁地穿梭矛鋪管技術(shù)與頂管鋪管技術(shù)。其中導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)具有高效準(zhǔn)確、鉆進(jìn)方向控制簡便、施工現(xiàn)場要求較低等優(yōu)勢，一般在電力和通信、自來水以及煤氣等管線鋪設(shè)中較為常見，在此期間，管線主要為PE管、鋼管兩種；頂管掘進(jìn)機(jī)鋪管技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：可完成大管徑管道鋪設(shè)工作、效率高與功率高、無任何環(huán)境污染與噪音污染，在隧道、大口徑管道與涵洞地下管線鋪設(shè)工作中極為常見；遁地穿梭矛鋪管技術(shù)也可分為拉管法、頂管法兩種鋪管技術(shù)，該種鋪管技術(shù)在形式上具有強(qiáng)穿透力、工期短與強(qiáng)度沖擊力、管材類型選擇范圍廣的特點(diǎn)，在鋪設(shè)管徑13mm-150mm管道中相對較廣；頂管鋪管技術(shù)將導(dǎo)向探測儀、導(dǎo)向鉆機(jī)與液壓頂管機(jī)作為鋪管設(shè)備，結(jié)合液壓頂進(jìn)技術(shù)、人工挖掘技術(shù)和導(dǎo)向懸空技術(shù)作為鋪管技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)成本低、定向規(guī)范、精準(zhǔn)度高、無噪音以及作業(yè)范圍廣的優(yōu)勢，使其使用范圍控制在300mm以上管徑的鋪設(shè)工作中。

二、城市供水管網(wǎng)改造中非開挖技術(shù)的應(yīng)用

（一）工程案例

某市交通大橋處于兩處河道中心處，已知兩側(cè)河岸的寬度在114m、水深度在6m。在漲潮時(shí)，為了保持交通出行與居民日常供水，結(jié)合非開挖技術(shù)為前提，完成城市供水管道鋪設(shè)工作。其中該項(xiàng)工程，采用鋼管型號為φ273×9，長度約在280m，最深處在地下10m。因此，為了更好地提升城市供水管網(wǎng)鋪設(shè)質(zhì)量，滿足居民日常用水需求，采用非開挖技術(shù)手段，對其進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（二）定向鉆孔技術(shù)

從整體上來看，定向鉆孔技術(shù)在700mm以下管徑鋪設(shè)中應(yīng)用范圍較廣，其管線分為曲線與直線兩種，采用鋼管、PE管與PVC管作為管道鋪設(shè)材料，具有擾動程度低、維修費(fèi)用低、工期短、成本低以及效率高的特點(diǎn)。定向鉆孔技術(shù)按照施工階段的不同，分為導(dǎo)向孔與擴(kuò)孔兩個(gè)階段。首先，導(dǎo)向孔。在開展鉆機(jī)作業(yè)前，需對其實(shí)際施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，避免在鉆孔時(shí)對其它原有管線安全度造成威脅；對鉆頭和導(dǎo)向板進(jìn)行合理選擇，使其能夠在鉆機(jī)持續(xù)作用下，不斷前行；在完成鉆孔工作后，應(yīng)及時(shí)對鉆頭方向進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還應(yīng)對導(dǎo)向板曲線問題進(jìn)行規(guī)范性控制。另外，為了更好地對鉆孔方向精準(zhǔn)度進(jìn)行控制，可采用無線電傳感儀介入的方式，通過電磁波的傳輸，由終端操作人員、接收中心導(dǎo)向員依據(jù)電磁波傳輸數(shù)據(jù)，對鉆頭深度和傾角、溫度、角度以及水平位置等進(jìn)行精準(zhǔn)化判斷。其次，擴(kuò)孔。若在市政供水管網(wǎng)中采用200mm管徑，管材直徑在350mm以上，均需結(jié)合擴(kuò)孔技術(shù)手段的運(yùn)用。而關(guān)于擴(kuò)孔次數(shù)與擴(kuò)孔直徑應(yīng)依據(jù)鉆機(jī)型號、現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境等條件進(jìn)行綜合判斷；管線回托工作，應(yīng)在管線與擴(kuò)孔設(shè)備完整連接后方可進(jìn)行，其主要采用鉆機(jī)內(nèi)部鉆桿持續(xù)、旋轉(zhuǎn)作業(yè)的方式，完成回托管線工作。在管線回托過程中，為了縮減管線回托阻力，增添管線防腐保護(hù)層，可通過對鉆孔懸浮狀控制、泥漿潤滑工作開展的方式，避免管線因腐蝕問題的出現(xiàn)，對城市供水質(zhì)量與效果造成干擾。一般情況下，管線回托直徑應(yīng)大于鉆孔直徑，即回托直徑是鉆孔直徑的1.3倍至1.5倍左右。其中擴(kuò)孔直徑的定義為孔隙出土點(diǎn)和入土點(diǎn)之間的距離，選用擴(kuò)孔器和鉆桿、管線與回托管作為導(dǎo)向孔擴(kuò)孔設(shè)備。在進(jìn)行定向鉆孔技術(shù)應(yīng)用過程中，應(yīng)高度關(guān)注技術(shù)手段的使用范圍：均質(zhì)地層，若在含砂或卵石地質(zhì)中進(jìn)行鉆孔作業(yè)，則其鉆孔技術(shù)的優(yōu)勢也會隨之有所縮減。

（三）頂管施工技術(shù)

若管徑在700mm以上時(shí)，則采用直線管道鋪設(shè)技術(shù)；若管材性質(zhì)為混凝土?xí)r，選用頂管施工技術(shù)，從而才能剛好地管道鋪設(shè)質(zhì)量進(jìn)行規(guī)范化管理。頂管施工技術(shù)將密封機(jī)械式頂管技術(shù)作為首要作業(yè)流程，即對土壓平衡式、泥水平衡式等施工方法的利用。其中頂管施工技術(shù)常選用鋼管、玻璃剛夾砂管與混凝土管作為施工管材，尤其是對鋼筋混凝土管的使用技術(shù)，現(xiàn)已逐漸走向成熟化。第一，頂管施工技術(shù)特性：適變性能強(qiáng)、管道銜接量少、管徑適用范圍廣、施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低以及施工周期短等。第二，頂管施工技術(shù)缺陷：作業(yè)深度較深、管線曲徑較大、若在特殊情況下，需采用全氣壓頂進(jìn)管道鋪設(shè)技術(shù)。第三，頂管施工技術(shù)工作原理：頂管作業(yè)前，對工作坑進(jìn)行合理規(guī)劃與開挖，同時(shí)采用坑內(nèi)導(dǎo)軌安裝的方式，以此實(shí)現(xiàn)對頂管作業(yè)條件的精準(zhǔn)測量；對頂管坡度、高程、中線與方向等進(jìn)行有效控制；以工作井作為頂管施工作業(yè)起始點(diǎn)，結(jié)合液壓千斤頂?shù)氖褂茫瑸轫敼苁┕ぬ峁┧酵屏Γ_保預(yù)制鋼筋混凝土管能夠按照節(jié)節(jié)遞進(jìn)的原則，對作業(yè)井內(nèi)泥土進(jìn)行持續(xù)挖出。同時(shí)，頂管作業(yè)期間所產(chǎn)生的出渣類型分為濕出渣與干出渣兩種。除此之外，在復(fù)雜地質(zhì)中采用頂管施工技術(shù)，需對各方因素進(jìn)行綜合考究，結(jié)合輔助技術(shù)手段的運(yùn)用，如氣壓頂進(jìn)技術(shù)、中繼站設(shè)置技術(shù)與泥漿套潤滑技術(shù)、激光糾偏技術(shù)等，依據(jù)管道現(xiàn)場地質(zhì)條件，降低工作井的建設(shè)數(shù)量與次數(shù)。常規(guī)角度下，工作井建設(shè)位置應(yīng)在頂管中心處，以此確保頂管作業(yè)時(shí)可選用兩側(cè)同時(shí)作業(yè)原則；工作井結(jié)構(gòu)以現(xiàn)澆鋼筋混凝為主，將沉井法、逆作法作為首要施工技術(shù)，保障接收井與作業(yè)井結(jié)構(gòu)、性能與質(zhì)量處于完全一致的狀態(tài)。

結(jié)束語

綜上所述，非開挖技術(shù)相較于開挖技術(shù)具有良好的優(yōu)勢，如未對城市正常交通造成影響、降低對地表的破壞、施工周期短的優(yōu)勢，從本質(zhì)上與性能的角度上來講，非開挖技術(shù)具有較大的發(fā)展空間與前景。針對此，應(yīng)在城市建設(shè)過程中，對非開挖技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，結(jié)合先進(jìn)施工原理與理念，對其技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，同時(shí)依據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)條件，對城市供水管網(wǎng)鋪設(shè)要求進(jìn)行合理設(shè)定，并以此為基礎(chǔ)，對非開挖技術(shù)類型進(jìn)行精準(zhǔn)化選擇，從而滿足居民日常用水需求。

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