基于非開挖技術的市政給水管道工程施工技術淺析

安 磊

（青島經濟技術開發區投資控股集團有限公司，山東 青島 266400）

傳統市政給水管道工程普遍采用管道明挖施工方法，操作挖掘機械沿管道走向挖設溝槽，在槽內完成管道安裝、更換、修復作業，對城市環境、道路交通等基礎設施使用造成明顯影響。隨著工程建設規模的擴大，管道明挖方法缺乏適用性，有待改進。非開挖技術可在地表小部分開挖情況下順利開展給水管道施工活動，解決干擾居民生活、破壞建筑物與基礎設施的施工難題，為市政給水管道工程提供了全新發展方向。

1 給水管道非開挖施工技術概述

1.1 非開挖技術含義

非開挖技術是一項不破壞地表或在出入口小面積開挖地表的情況下，運用頂管法、定向鉆進鋪管法、原位換管法、爆管法等手段完成地下管線鋪設、更換與修復任務的新型工程技術。相比于傳統管道明挖技術，非開挖技術有著快速高效、鋪管能力強、引入管道軌跡測量控制內容、具備復雜地層條件施工能力的特點，可以將施工活動造成的影響控制在最低程度。

1.2 非開挖技術類型

管道非開挖技術由新管道鋪設、管道更新、管道修復三項分支技術組成，新管道鋪設技術包括襯墊法、水平旋轉鉆進、沖擊矛法、水平定向鉆進、頂管法等；管道更新技術包括爆管法、吃管法；管道修復技術包括結構性、半結構性與非結構性修復方法。同時，各項具體技術的適用范圍存在差異，需要根據工程情況加以選擇。例如，水平定向鉆進法適用于在沙土、卵石等地況條件下鋪設塑料材質與鋼制給水管道，襯墊法適用于鋪設混凝土、塑料、鑄鐵等類型的全口徑給水管道，爆管法適用于更新PE、GRP、PP等類型的重力管道及壓力管道。

1.3 非開挖技術的優越性

相比于管道明挖技術，管道非開挖技術的優越性主要體現在不阻斷地面交通與破壞環境、工效高、適用范圍廣、管道控制精度高四個方面。

（1）不阻斷地面交通與破壞環境方面。施工人員僅需在入口處與出口處小面積開挖地表，即可在地層下方全程開展管道鋪設、更換與修復作業，無需沿線開挖大范圍溝槽，不會對地面交通設施、周邊城市環境與地表植被造成過度影響。

（2）高工效方面。在應用非開挖施工技術的前提下，施工人員無需沿管道走向在地表開挖溝槽和恢復地表，明顯減少工程量，提升施工效率，可以在短時間內完成市政給水管道施工任務，并將工程造價成本控制在較低程度。

（3）適用范圍方面。傳統的管道明挖技術應用范圍有限，受到地形環境限制和滿足城市運行需要，無法在河流、交通干線處挖設溝槽，而非開挖技術的應用不受地表交通干線與河流水域影響，甚至能穿過沿線建筑物。

（4）管道控制方面。在給水管道施工期間，使用地下管線探測儀、氣體故障檢測儀、探地雷達等多種新型儀器設備，幫助施工人員全面、詳細地掌握地下施工情況，可以將市政給水管道的施工誤差控制在極小程度，有利于預防管道偏位問題。

2 非開挖技術在市政給水管道工程中的實際應用及注意事項

2.1 新管道鋪設技術

2.1.1 頂管法

頂管法是使用液壓千斤頂與頂鐵等設備開挖正面土壤，在后方導向軌道安裝給水管道，逐節將管道頂入土層進行固定連接，從而在非開挖條件下完成給水管道鋪設任務的一項施工技術。頂管法工藝流程由穿墻、挖土、管道頂進、頂管出洞、注漿減阻五個步驟組成。

①穿墻。清理穿墻管內泥土雜物，管內填充紙筋黏土，對穿墻孔外不穩固土體進行注漿加固，開啟穿墻管悶板后推出工具管，安裝止水法蘭加壓板。

②挖土。在導軌處將給水管道安裝就位，安裝頂鐵，測量管道中心點及標高，于前端挖土，持續觀察挖土方向和開挖形狀，使用雙筒卷揚機牽引車將挖掘土料運至地面，在挖土至預定位置后，在前端挖設0.5m深坑道。

③管道頂進。保持后背固定不動，開啟千斤頂和油泵，持續向前推動管子，遵循“先挖后頂、隨挖隨頂”原則，連續性完成首節與后續節段管子的頂進作業。

④頂管出洞。在工作井外布置直徑稍大于管徑的預留洞口，封閉洞口間隙處和埋設法蘭件，操作頂管機控制首節管子破開洞口進入土內，重點檢查是否存在下跌情況，必要時對工具管進行糾偏調整。

⑤注漿減阻。配備中繼加壓泵、存漿箱等裝置，參照施工圖在現場鉆設注漿孔，制備觸變泥漿，在頂管過程中，自注漿孔持續灌注觸變泥漿，泥漿在壓力作用下填充給水管道空隙，固結后形成泥漿保護套，以此控制頂管阻力、固定管道。同時，在注漿情況發生變化時，調節注漿量等工藝參數，如在開展頂管拐角處注漿作業時，上調注漿量。

2.1.2 水平定向鉆進法

水平定向鉆進是一項適用于黏性土地況、管徑不超過70cmPVC管和鋼管等類型的非開挖管道鋪設技術，有著施工擾動小、具備水下作業條件、進出場速度快的優勢。在應用水平定向鉆進法時，首先，提前做好施工準備工作，參照施工圖在現場劃設鉆機控制線、開挖點與標記設備安裝位置，對場地進行平整處理，依次放置鉆機、鉆桿等工具設備，并根據現場情況規劃管線作業帶，在穿越中心線位置挖設地錨坑、砌筑磚墻或灌注混凝土加固。其次，對鉆機位置和垂直度進行測量校正，將鉆頭控制在橫過中心線部位，校準鉆機定向控制參數，開展鉆機試鉆作業。在試鉆結束后，控制鉆機沿指定方向角度開展鉆進，鉆設導向孔，同步檢查鉆頭鉆進方向角度與鉆機參數是否正常，及時采取糾偏措施。再次，當完成全線鉆進作業后，進入擴孔步驟，重復開展交叉絞孔與洗孔作業，同步倒運、連接鉆桿及鉆具，持續觀察絞孔情況，判斷是否具備繼續擴孔條件，當存在絞孔不順情況時，額外開展洗孔作業，直至孔徑被擴充到設計值，一般情況下，擴孔值為最初導向孔徑的1.3～1.5倍。最后，開展管線回拖作業，搭配使用萬向節、鉆桿、鉆機轉盤、桶式擴孔器等工具設備，提前檢查管道連接部位牢固情況，確定無誤后，啟動鉆機轉盤提供驅動力，控制鉆桿執行后退動作，勻速將管線回拖，提前在孔內注入適量泥漿，使得管道在泥漿作用下保持懸浮狀態，從而減少回拖阻力，避免管道與孔壁相互摩擦形成過深表面劃痕。在管道回拖至預定位置后，清理孔內泥漿，恢復地表、地貌，即可完成給水管道鋪設作業。

2.2 管道更新技術

2.2.1 爆管法

爆管法適用于更換具備易碎性、管徑在50～900mm范圍內的給水管道，如普通混凝土、鑄鐵、塑料等材質的管道，并配置氣動錘、靜力牽引器、液壓脹管器等工具設備。管道施工期間，在原有市政給水管道中放入氣動錘和爆管頭等錐形工具，啟動氣動錘，推動爆管頭筆直前進，在穿過舊有管道時產生較大沖擊力，使得管道結構破碎，碎片被延碾機擠壓至周邊土層當中。同時，在爆管頭后方拉入全新給水管道，牽引鋼絲繩向管道提供拉力，將管道拉入孔內進行固定，完成管道更換作業，由于爆管頭后部直徑略大于新舊給水管道，可以起到減小管道拉入摩擦阻力的作用。在應用爆管法時，重點考慮土壤條件、管徑擴張程度、爆管深度三項因素。

①提前開展地質勘察作業，綜合分析體積模量、彈性模量、摩擦角等土壤參數，判斷是否具備爆管法應用條件，如果沿線土壤條件均衡性較差，或是管道下方分布堅硬巖石基底或松散沙層，容易出現抑制管道下腹爆裂、管道偏離、管道下沉、局部坍塌等問題，應采取其他管道更換技術。

②根據現場土壤條件與新管管徑選擇合理的管徑擴張程度，盡量將擴張程度控制在舊管管徑2倍以內，在設定大比例擴管管徑時不得采取靜力牽引技術，可采取液壓脹管技術，保持絞車與液壓擴張鉆頭連接狀態，控制鉆頭間歇性擴張舊管，向管道垂直施加張力。

③分析地下水位、舊管埋深值、土壤膨脹等因素，設定爆管深度值，保持作業面與鄰近地下結構的安全間隔距離，如與住宅建筑保持3.35m以上的安全間距，與鄰近地下建筑保持2.45m以上的安全間距。

2.2.2 吃管法

吃管法是在現場安裝微型隧道掘進機，施工人員操作掘進機沿舊有給水管道進行鉆進，切割沿途堅硬巖石、土壤并運出碎屑，再頂入與斷面尺寸基本一致的全新管道，待管道位置調整完畢后進行固定，即可完成管道更換任務。相比于爆管法，吃管法有著不會擠壓周圍土壤、適應多種地況、可更換鑄鐵管與鋼管之外的全部類型管道的工藝優勢。在應用吃管法時，需提前調查現場地質情況、確定所更換給水管道所處位置，在圖紙上明確標記所需更換、無需更換的給水管道，根據工程情況選擇相應的工藝設備，如AVP Crush Lining工藝設備、Pipe Replacer設備等。

3 給水管道非開挖修復技術

3.1 結構性修復

結構性修復技術多用于更換老化嚴重的給水管道，以碎管襯裝法為主，操作方法與爆管法較為相似，施工人員操作卷揚機等設備拉動原有給水管道并進行破碎處理，將碎管向四周土層中擠壓，在原位拖入全新給水管道進行安裝，對管道位置進行調整，完成管道修復作業。由于管道外圍土層中嵌入大量舊管碎片，為給水管道營造良好的環境條件，新給水管道實際承受的徑向荷載、外部壓力明顯小于舊有管道，且新管管徑可略大于舊管管徑或保持一致。

3.2 非結構性修復

管道非結構性修復技術由環氧樹脂襯里、水泥砂漿襯里等方法組成。在給水管道內部放入旋轉噴頭，清理管道內壁上附著的灰塵污漬，朝管道內壁旋轉、均勻噴涂水泥砂漿、環氧樹脂或環氧玻璃鱗片等材料，在旋噴結束后靜置一段時間，涂層材料產生凝結固化現象，逐漸形成襯里保護層，與原有給水管道組成全新的復合管體，在不改變給水管道結構的前提下，完成管道修復任務，可以解決管道減壓流、水體變色等問題。

根據實際應用情況來看，相比于其他修復技術，管道非結構性修復技術的適用范圍有限，多用于修復結構狀態良好、輕微腐蝕、未出現滲漏問題的給水管道，如果管道表面結垢層過厚、存在孔洞裂縫等質量通病，容易出現襯里層脫落問題，沒有起到實際修復作用。同時，受到材料與厚度限制，襯里層的承壓能力有限，無法起到提高管道結構強度與改善結構承壓性能的作用。

3.3 半結構性修復

在非開挖技術體系中，管道半結構性修復技術包括內襯管滑入襯裝法、CIPP原位固化法、無縫襯裝法三項，不同修復方法的適用范圍、效果存在差異，應根據管道工況和修復目的加以選擇。

（1）內襯管滑入襯裝法是提前拆除閥門、閥件與彎頭，在原有給水管道內部裝入全新的PE管，在新舊管道間隔部位灌注適量水泥砂漿，砂漿固結后起到固定PE管的作用，在修復完畢后安裝所拆卸閥門配件。此項方法有著操作簡單的優勢，但無法控制內襯管道彎曲、轉向，且PE管管徑略小于原有管道管徑，會影響市政給水管網的供水能力，多用于修復大口徑給水管道。

（2）CIPP原位固化法適用于翻新修復管徑在100～1 500mm范圍內的給水管道，使用熱固性樹脂纖維材料編織內襯軟管，在內襯管表面均勻涂刷聚合物涂料，并將內襯管放置在環氧樹脂溶液中浸泡一段時間，隨后，采取水重力或啟動方式，將內襯管翻轉至給水管道內部，將浸漬環氧樹脂的內襯管與給水管道內壁保持緊密貼合狀態，在高溫條件下使環氧樹脂固化，形成堅硬的“管中管”結構，即可完成管道修復作業，起到提高管道結構強度的作用。

（3）無縫襯裝法是在舊有給水管道內部裝入管徑一致或略大的PE管，提前將PE管拉長，在張力作用下使管道截面積縮小，在PE管襯入舊管后，因失去張力和受到高溫、高壓條件影響，PE管逐漸恢復原有截面積，與外側舊管管壁保持緊密貼合狀態，實現無縫貼襯的目的。

4 結語

綜上所述，為積極應對日益復雜的市政給水管道工程施工情況，全面提升工程經濟、環境與社會效益，突破傳統管道施工方式的局限性。施工單位務必提高對非開挖技術的重視程度，深入了解技術原理、工藝流程、施工方法與注意事項，根據工程情況制定切實可行的給水管道非開挖施工技術方案。