談市政工程地下管線非開挖技術(shù)

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摘要：文章從非開挖技術(shù)的概念及其優(yōu)勢(shì)和不足入手，就其施工關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用進(jìn)行了詳細(xì)研究，并結(jié)合工程實(shí)例探討了其具體應(yīng)用效果，以提高非開挖技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：市政工程；地下管線；非開挖技術(shù)

隨著城市化的發(fā)展，我國(guó)各大小城市基礎(chǔ)設(shè)施及其功能都在不斷完善，尤其是市政工程中地下管線的施工開始向多方向發(fā)展，例如水電管道、通信管道等，因?yàn)楦鞣N管線深度不同，重重疊疊、相互交錯(cuò)，使得施工次數(shù)增加，施工難度、維修難度以及防護(hù)難度增加，為后期各種問(wèn)題的出現(xiàn)埋下了隱患。因此市政施工中對(duì)地下管線的施工務(wù)必要進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃、合理分析，嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，做好安全防護(hù)。

1.非開挖技術(shù)概念及其優(yōu)勢(shì)和不足

所謂非開挖技術(shù)，即通過(guò)各種巖土鉆掘設(shè)備及相應(yīng)的技術(shù)手段，采取定向鉆進(jìn)或者導(dǎo)向等方法于地表入口或者出口等極小部分處進(jìn)行小面積開挖，以達(dá)到對(duì)各地下管線修復(fù)、鋪設(shè)和更換的目的。該種技術(shù)手段對(duì)交通影響較小，對(duì)植被、綠地破壞性小且不會(huì)干擾市民正常的生活和社會(huì)秩序，從而具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)無(wú)需“開膛破肚”，且速度快、成本低，尤其是管徑以及埋深越大時(shí)綜合成本越低，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。但隨著該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，帶來(lái)的相關(guān)問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)：（1）非開挖技術(shù)缺乏可行性評(píng)價(jià)指標(biāo)以及必要性評(píng)價(jià)指標(biāo)；（2）該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用缺乏科學(xué)合理的規(guī)劃；（3）完工后缺乏評(píng)價(jià)測(cè)繪體系。因此在應(yīng)用非開挖技術(shù)施工的過(guò)程中必須建立一套科學(xué)的管理評(píng)價(jià)系統(tǒng)，通過(guò)可行性評(píng)估、科學(xué)規(guī)劃、實(shí)時(shí)監(jiān)控，以最大限度減少成本、降低風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期發(fā)展。

2.非開挖施工技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)規(guī)劃與分析

2.1非開挖技術(shù)可行性分析

非開挖技術(shù)作為新興工藝技術(shù)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也有必須承載的條件（見表1），通過(guò)對(duì)幾個(gè)相關(guān)因子做差異權(quán)重評(píng)分、累計(jì)求和的定量分析方式來(lái)判斷采用非開挖技術(shù)可行性。其中A、B、C、D、E以及A’、B’、C’、D’、E’為2種不同技術(shù)各個(gè)因子對(duì)應(yīng)權(quán)重，可結(jié)合具體情況調(diào)節(jié)各因子權(quán)重，但權(quán)重總和為1，即A+B+C+D+E=1，同理A’、B’、C’、D’、E’相加也為1。各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均為100分，當(dāng)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)低于50分即應(yīng)用非開挖技術(shù)不具備可行性（施工成本包括直接、間接以及社會(huì)成本）。

2.2非開挖技術(shù)合理性規(guī)劃

在市政工程地下管線施工過(guò)程中為最大限度降低對(duì)市民正常生活的影響、確保交通順暢、保護(hù)市容市貌及文化遺產(chǎn)等，可對(duì)鋪管線路可破壞性進(jìn)行等級(jí)劃分，1級(jí)破壞性最強(qiáng)，7級(jí)破壞性最弱。1~5級(jí)可采取非開挖技術(shù)施工，具體情況如下：1級(jí)包括鐵路機(jī)場(chǎng)跑道、橫穿快速路、主干道繁華街道，高層建筑或者大型雕塑以及穿越河流、無(wú)法移動(dòng)或一旦破壞就無(wú)法恢復(fù)的文物古跡等；2級(jí)為穿越池塘普通建筑物、歷史文化或環(huán)境風(fēng)貌保護(hù)區(qū)，橫穿主干道；3級(jí)包括橫穿次干路或者市區(qū)主要步行街、埋設(shè)深度在8m以上、鋪設(shè)在現(xiàn)有重力管線軸線下；4級(jí)為市內(nèi)廣場(chǎng)或者商業(yè)區(qū)、橫穿支路；5級(jí)為沿市區(qū)快速路或主、次干路，埋設(shè)深度在5m以上，穿越小街巷以及人行道等；6級(jí)為人行道以及花基綠化帶、或者是市醫(yī)院、市內(nèi)居民區(qū)、企事業(yè)單位以及學(xué)校等附近；7級(jí)為郊區(qū)、市區(qū)建筑工地或其他影響較小地段。

3.導(dǎo)（定）向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)

導(dǎo)（定）向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)需要事先在地下設(shè)定好鋪管軌跡并鉆一個(gè)小口徑先導(dǎo)孔，接著于先導(dǎo)孔出口部位的鉆桿頭部安裝擴(kuò)孔器，然后回拉擴(kuò)孔達(dá)到尺寸后讓擴(kuò)孔器后端部位與管線、旋轉(zhuǎn)接頭以及拉管頭進(jìn)行連接，最后回拉鋪設(shè)管線。具體包括以下幾個(gè)步驟：（1）地下建筑、地層以及地下管線勘測(cè)。地層勘察包括地層以及地下水狀況勘測(cè)，即土層類別、含水性、地下水位、透水性、孔隙度、含卵礫石等情況，從而為鉆液的配制和鉆井方法的選擇提供依據(jù)。地下管線探測(cè)包括地下已有管線并相關(guān)埋設(shè)物位置勘察，以此確定鉆進(jìn)軌跡和進(jìn)行管線設(shè)計(jì)。通常通過(guò)地震波法、電磁法、紅外輻射法、直流電法以及磁法等同時(shí)結(jié)合土工實(shí)驗(yàn)以及靜力觸探等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。（2）鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)。導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)情況直接影響管線施工的成功與否。其設(shè)計(jì)依據(jù)為地下障礙物位置、工程要求、鉆頭變向能力、鉆桿允許的曲率半徑、地層條件、被鋪設(shè)管線性能、地形特征、鉆桿的入出土角度以及導(dǎo)向監(jiān)控能力等。（3）鉆液的制作。鉆液主要用來(lái)冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具、懸浮以及攜帶鉆屑，這樣能確保混合后的鉆屑以流動(dòng)泥漿的形式排出孔外，從而削弱回拖管線阻力和減少重量，為其提供較大環(huán)形空間。孔中殘留泥漿還可護(hù)壁。地質(zhì)條件不同所需鉆液成分不同，鉆液包括3個(gè)部分，即聚合物、水（主要成分）以及膨潤(rùn)土。地層不同時(shí)只需調(diào)整鉆液性能即可適應(yīng)鉆孔要求。（4）鉆導(dǎo)向孔。鉆導(dǎo)向孔最重要的是鉆具、鉆機(jī)的選取及過(guò)程監(jiān)測(cè)。務(wù)必要結(jié)合地質(zhì)條件和工程情況選取合適的鉆機(jī)、鉆具以及鉆進(jìn)方法。根據(jù)穩(wěn)斜原理，通過(guò)地面導(dǎo)航儀的指引按照事先規(guī)劃好的鋪管線路，利用鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)帶鍥型鉆頭的鉆桿，盡可能沿著設(shè)計(jì)軌跡由A點(diǎn)至B點(diǎn)鉆一個(gè)平面誤差不超過(guò)100mm的導(dǎo)向孔。要想使導(dǎo)向孔與設(shè)計(jì)軌跡盡可能吻合，必須對(duì)鉆頭進(jìn)行準(zhǔn)確定位且做好變向控制。因此鉆進(jìn)時(shí)可以使用隨鉆測(cè)量技術(shù)對(duì)鉆頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使用電纜法、電磁波法實(shí)現(xiàn)孔底信號(hào)的傳送。（5）擴(kuò)孔的回拉。向孔鉆好后將鉆頭取下，替換上尺寸合理且與地質(zhì)狀況相符的回?cái)U(kuò)鉆頭，這樣在拉回鉆桿的過(guò)程中也可以將鉆孔擴(kuò)大到合理尺寸。通常選擇逐級(jí)擴(kuò)孔。如果是預(yù)埋管徑以內(nèi)則選擇排土法擴(kuò)孔，相反則選擇擠壓法成孔，這樣鋪管后的地面就不會(huì)沉降，從而排除了隱患?；?cái)U(kuò)與鉆進(jìn)過(guò)程相同，即泥漿攪拌系統(tǒng)必須始終向鉆頭以及回?cái)U(kuò)鉆頭提供足量泥漿。（6）鋪管。擴(kuò)孔后在拖管坑一側(cè)的鉆桿上安裝擴(kuò)孔器并和管前端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)、特制拖頭等進(jìn)行連接，然后開啟導(dǎo)向鉆機(jī)回拉鉆桿進(jìn)行拖管，在孔內(nèi)拖入預(yù)埋管線進(jìn)行鋪管。拖管過(guò)程中加入專用防潤(rùn)土做泥漿護(hù)壁。如果條件允許可一次性連接所有管線。（7）管端處理。拖管后，通過(guò)挖掘機(jī)挖出擴(kuò)孔器和管前端，同時(shí)將擴(kuò)孔器和萬(wàn)向節(jié)拆除，并對(duì)造斜段進(jìn)行處理，最后施工檢查井，對(duì)路面進(jìn)行恢復(fù)并做好清場(chǎng)工作。

4.工程實(shí)例

對(duì)非開挖施工技術(shù)做科學(xué)規(guī)劃，一方面可以降低施工成本，另一方面對(duì)城市綜合規(guī)劃也非常有利。例如某市計(jì)劃將一條直徑為400mm的PPE管鋪設(shè)在A、C兩點(diǎn)之間，如圖1所示。因?yàn)樵摰囟谓煌〒頂D，決定選擇非開挖施工技術(shù)。規(guī)劃時(shí)選擇水平定向鉆進(jìn)，但因?yàn)閷?duì)水平定向鉆進(jìn)方式的施工特點(diǎn)沒(méi)有足夠的了解，認(rèn)為該種施工方式只能開展直線鋪管。原計(jì)劃開展分段式施工，即A到B、B到C。事實(shí)上水平定向鉆進(jìn)方式也可曲線鋪管，但曲線鋪管要求曲率半徑不得低于1500D（D代表穿越管段外徑）。如果穿越管段屬于柔性管，那么最小曲率半徑則需要結(jié)合管材及管徑來(lái)確定。因此，此污水管鋪設(shè)的曲率半徑最小為500m，但該道路轉(zhuǎn)彎半徑最小是530m，因此不建議開展兩段式施工，應(yīng)從A到C直接施工。這樣不僅能極大減少成本，而且能降低施工影響。由此可知，在進(jìn)行非開挖技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)各非開挖技術(shù)工藝有一定的了解才能進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。

5.結(jié)語(yǔ)

市政工程的地下管線在施工過(guò)程中會(huì)遇到一些復(fù)雜的情況，且人們對(duì)工程質(zhì)量要求較高，因此需不斷改進(jìn)施工技術(shù)以確保施工質(zhì)量，只有這樣才能真正提高城市居民生活水平，確保市政工程良性開展。

作者：李玉梅 單位：廣東水電二局股份有限公司