非开挖技术在城市给排水管道施工中的应用1

1.非开挖技术简述

非开挖技术（TrenchlessTechnology orNo-Dig）是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管线、管道进行铺设、维修或更换、探测的一门施工技术。目前广泛用于穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、湖泊以及在古迹保护区、农作物和植被保护区等区域内进行地下管线的施工。

常规开挖管线安装施工工艺难度小，易于掌握，无技术风险，属成熟工艺，国家有明确的技术规范及严格的定额管理；修复期间停水时间短，管线敷设好后，只在驳接时停水；对城市供水影响较小。但是常规的开挖施工存在着不容忽视的缺陷。如破坏了原有的道路环境，阻塞交通，机械污染和粉尘污染，机械和管材长期占道，路面恢复慢，路面破坏后无法恢复原貌。非开挖施工解决了常规开挖施工对居民正常生活的干扰和对交通、环境、周边建筑基础的破坏及不良影响。

2.非开挖技术的工程应用

非开挖技术在给排水工程中主要有铺设新管线和修复置换旧管线两方面的应用。通常铺设管线采用的施工技术包括：水平导向钻进法、夯管法、推挤顶进法、盾构法（微型隧道法）和顶管法。

修复旧管线施工技术包括：原位固化法、缠绕法、滑动内插法、变形再生法、原位换管法、局部修复法等。

2.1 铺设新管线中的应用

2.1.1 水平导向钻进法（HDD）

水平导向钻进法是一种无需挖掘工作井就能快速铺设地下管线的钻进方法，是将钻探技术与控向技术巧妙结合的现代非开挖施工新技术,是非开挖施工法中应用较广的一种。

其原理是通过预先设计的铺管线路（可通过设备上的电脑进行辅助设计），由钻机驱动装有锲形钻头的钻杆从地面钻入，再按照预定的方向绕过地下障碍，直至抵达目的地，然后卸下钻头换装适当尺寸和特殊类型的回程扩孔器，使之能够在拉回钻杆的同时水平钻孔至所需直径，并将需要铺设的管线同时返程牵回至钻孔入口处，以保证铺设管线不会由于空间不足或钻榍摩擦而受到破坏，在扩孔的同时注入化学泥浆以保证钻孔不致坍塌。

该方法的工艺流程为：施工准备→测量定位→钻机就位→导向孔钻进→扩孔→回拉管线→检查井砌筑→工作坑回填→地貌恢复。

工程施工配套的设备主要有：导向钻机、导航仪、随车吊、辅助动力助推装置、管线探测仪、电法勘测仪、夯管设备等。

水平导向钻进法工艺可铺设钢管、PVC管、PE管等刚性连接的管道，在施工前应将待铺管道于地面上完成管道连接，曲线段可采用1°的借转角度，一次钻进最长可达800米的距离，导向定位系统可测至30米的深度。它的另一优势是可以灵活处理施工中遇到的地层复杂情况。在导向或扩孔过程中如遇到大块石，或其他障碍物，不能形成一条合格的孔道时，大不了再换一个位置另打一条，不会造成管材的损失。它的局限就是对施工场地有一定要求，所铺设管道的两端都必须有足够长的空地，一端放置钻机，另一端开挖下管坑；如果有一端靠近建筑物，没有开挖下管坑的场地，就不能单独运用定向钻进完成铺管。

2.1.2 夯管法

夯管法是采用低频、大冲击力的气动夯管锤将待铺设的钢管沿设计路线直接夯入地层。夯管设备一般是引进国外的大口径夯管锤，可以铺设直径在2米以内、长度100米以内的各种钢管。

与水平导向钻进法相比，夯管法只要求一端有下管坑的场地既可；对于直径较大的钢管的铺设，工作效率更高。夯管法所用的主要设备有发电机组、空压机、夯管锤等。

施工时，夯管锤的冲击力直接作用在钢管的后端，通过钢管传递到前端的管靴上切削土体，并克服土层与管道之间的摩擦力使钢管不断进入地层。随着钢管的前进，被切削的土芯进入钢管内，在第一节钢管夯入地层后，后一节钢管与其焊接在一起，如此反复，直到夯入最后一节钢管，待钢管全部夯入后，可采用压缩空气、高压射流、螺旋钻杆、人工掏土等方法将管内的土体排出。

夯管过程中，用经纬仪和水准仪控制进管的方位、高程和角度，保证夯进精度。该项技术靠动荷载夯进，在施工时不需要靠背支撑，施工时不掏土，也不会发生局部沉降，其地层适应性广泛，施工周期短。不过，夯管法也存在明显的局限：一是只能铺设钢管，二是一次施工长度有限（最多只有100多米），三是如遇到地层复杂情况，如较大块石、混凝土块等，导致夯管无法进行下去，夯进去的钢管又难拔出，造成管材的损失。

2.1.3 盾构法（微型隧道法）

盾构就是一种在地下由前端掘进后端衬砌的施工设备，为钢制壳体，主要由三个部分组成，即前部的切削环、中部的支撑环和尾部的衬砌环。

切削环可作为保护罩，能将其刃脚插进土层中，人工或机械在环内挖土、出土。在支撑环内安装有液压千斤顶等推动装置。千斤顶的前端固定在切削环上，当切削环内挖土工作完成后，它负责将整个盾构壳体向前移动。当千斤顶回程后端收缩后，就留出了衬砌环，在衬砌环内人工或机械衬砌预制砌块当砌完一环砌块后，千斤顶又可以将砌块傲为后背向前推动盾构壳体，开始下一个挖土和衬砌的循环。

2.1.4 顶管法

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，适用于埋设直径在600mm～4000mm之间的管道。我国最早采用的非开挖施工法就是顶管法。过去，顶管法作为一种特殊的施工手段，一般不轻易采用，现在，顶管施工作为一种常规施工工艺已被业主所接受。

顶管施工最早主要用在下水道施工，近年来，越来越多地运用到自来水管、煤气管、动力电缆、通信电缆等许多管道的施工中，且使用愈来愈普遍。顶管技术最主要的优势是在交通繁忙的城市道路下进行给排水管道施工时，可以在不切断正常交通的情况下实现管道的铺设难题。

2.2 修复旧管线中的应用

管道修复在城市地下给排水管道管理中将占据一个非常独特而且重要的角色。管道出现破坏时可采取局部修复，管段修复，全管道整体修复以及废弃旧管铺设新管等多种技术措施。不论采用何种方式，从整体意义及广义来讲都可称之为管道修复。由于受设备和技术水平的，在我国非开挖管道修复技术刚刚起步，用于管线修复的设备基本依靠进口，诸如爆管法、吃管法、内衬法、缠绕法等管线修复和更换的方法还不成熟，部分工

法甚至处于空白状态，亟待填补。

据报道，美国2004年在旧管线修复中用非开挖修复的占了％（污水管）和20％

（自来水管）。与之相比，我国在旧管线修复中的非开挖技术的使用比例要低得多。从我国已有地下管线庞大的数量和非开挖管线修复的技术经济效果分析，预计大量的旧管线的非开挖修复和更换工程将很快开展起来。

下面主要就非开挖管线修复诸多方法中的原位固化法和缠绕法进行较为详细地叙述。

2.2.1 原位固化法

原位固化法（CIPP）是由英国于1971年研制成功，当时主要用于修复英国的下水道。在发展初期，CIPP仅是一种管线施工的普通工法，用于在不扰动土层的情况下更新老化或失效的地下管线，随着不断的发展，该技术逐渐成为国外维护城市地下管线设施的首选方案。

原位固化法可以修复不同大小，不同形状以及不同过渡区的地下管线。原位固化法在100～3000mm的管径范围内都可以安装使用，即现有的旧管内壁上衬一层液态的热固性树脂，通过加热（利用热水、蒸汽）使其固化，形成与旧管紧密配合的薄层管，而管道的过流端面损失很小，但流动性能则大大改善。使用这项技术修复的管道寿命可达30～60年。该技术可以修复弯曲，变直径管线以及重力和压力管线，连续修复的长度可达几千米。衬管和紧贴在旧管上的树脂材料完全可以满足市政污水管线的使用要求，同时在含有高温及高浓度化学物质的工业管道中也可正常使用。

2.2.2 缠绕法

缠绕法主要用于修复污水管道，该技术发明于澳大利亚。缠绕法是利用聚氯乙烯（PVC）或高密度聚乙烯（HDPE）制成的带T型筋和边缘公母扣的板带，用安装在井内的制管机将板带卷成螺旋形圆管并送人管内，相嵌并锁结，同时用硅胶加以密封。制管完成后再在螺旋管和混凝土母管之间灌注水泥浆。

具体施工工艺流程为：准备→管道清洗→CCTV检测→缠绕机具就位→加润滑剂→管道缠绕就位→张拉钢丝→空隙灌浆→支管、井修复→CCTV检测→浸水试验。

缠绕法修复管道时可带水作业，该法在澳洲、日本、德国、中国等地的下水道管道修复中已广泛使用，在中国内地城市亦有成功使用的工程实例。缠绕法适用于管径为150～2500mm、管线长度为300m左右的各类污水管道的修复。在中国大城市直径较大的污水管线中，有很大的应用前景。

2.3 非开挖管道施工方法的选择

非开挖地下管道施工成功的关键是选择合适的施工方法和施工机械。管道施工方法和施工机械的选择，主要根据工程地质条件、水文地质条件、管道埋深、管道端面形状及尺寸、施工技术条件和施工技术水平及工期要求等诸多因素综合确定。例如软弱的粘土宜采用挤压冲击掘进；对于土体较松软、含水量较大的砂质粉土，可采用水冲式顶管机。

施工方法与施工机械相辅相成，一定的施工方法对应着一定的施工机械。以顶管法为例，手掘式顶管法只适用于能自立的土中，采用手掘式工具头进行施工；泥水式顶管法采用的是泥水平衡式工具头；土压式顶管法的适用范围最广，可以称得上是全土质型，小刀盘的土压平衡顶管机和大刀盘的DK土压平衡顶管机在工程中经常被采用。因此管道施工方法的选择，应根据工程地质和水文地质条件，选择合适的施工方法，采用相应的设备，

在科学管理下进行信息化施工。

3.结论及建议

非开挖施工技术的整体优势在于施工负面影响小，所占用场地比较少，对地面、交通、环境以及周围地下管线等的影响很微弱。非开挖施工技术推广的难度在于费用的居高不下，使得很多中小城市望而止步。其实综合考虑交通影响、周围管线开挖的危险、市民的生活质量等因素，非开挖修复的费用是可以接受的。除费用问题外，我国在非开挖技术上还应考虑如下方面问题：

（1）非开挖技术涉及的行业和部门较多，应该在工程量较大的地区和部门甚至对某类非开挖技术首先制订规范和标准；

（2）引进国外先进的非开挖技术，固然是快速提高水平的手段，但并不是唯一手段。

对已有技术方法本身进行吸收、消化，最终研发出我们具有自主知识产权的非开挖技术和设备，并不断拓宽其适用的条件，这将是我们的发展方向。

可以预见，在不久的将来，随着非开挖技术的不断成熟和施工费用的不断降低，其必将被市政和给排水行业所接受，并广泛应用于城市管道施工中。