非开挖施工技术在市政管道施工中的应用
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联系电话 96969696 联系人 左三 总经理
2021-12-02 11:06:58
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前言
随着我国城市化进程不断加速，城市中人口数量不 断增加，在大幅促进城市经济增长的同时，也给城市的市政工程 带来极大的运行压力。市政管道工程是城市现代化建设中不可 或缺的基础设施之一，在城市日常用水、防洪、排涝中都发挥着 非常重要的作用。但无论是新管道的铺设还是旧管道的修复， 都会在一定程度上影响施工位置原有的交通、商业活动和居民 的正常生活。近年来，随着非开挖技术在市政管道施工中的应 用不断加深，有效地改善了以上相关问题带来的影响。基于此， 本文对非开挖施工技术进行概述，并对其在市政管道施工中的 应用进行详细的分析，旨在为相关人员提供参考。市政工程是城市运行的基础工程，与城市居民的生活和生 产密切相关，对城市的综合发展具有非常重要的拉动作用。管 道工程是市政工程中的重要组成部分，工程具有施工周期长、工 程量大、投入成本高、涉及人员和设备量大等多种施工特点，传 统市政管道工程都是采用开挖式施工方式，不仅会影响周边的 交通和商业活动，还会影响周边居民的正常生活。在我国建筑 行业和建筑工艺不断发展的背景条件下，非开挖施工技术在市 政管道工程建设中的应用范围越来越广，该种施工方式对道路 表面的破坏很小，还能给地下管道一定防护，延长地下管道的使 用寿命，具有很好的经济效益和社会效益。非开挖技术是利用先进的岩土钻掘技术和设备，改变传统 管道施工中需要大面积开挖土体的方式，通过导向、定向钻进等 方式尽量不开挖或少开挖，完成对地下管线的更换、敷设和修复 等工作，不会对施工环境周边的交通、植被、商业和居民的正常 生活产生影响，具有较好的社会效益。常用的施工方法包括水 平导向钻进法、顶管法、微型隧道法等，施工步骤通常为以下 三步。第一，勘测。施工前需做好全面且详细地勘测工作，勘测内 容包括施工环境的土壤情况、周围管线排布情况、周边建筑及构 筑物的建设情况等，然后结合市政管道的建设需求和勘测结果 制定科学的地下钻孔施工方案，为市政管道的建设提供必要的 数据参考。第二，安装机械设备。根据地下钻孔施工方案中制定的钻 孔路线，将相关机械设备安装在预定开孔位置上，然后开挖入射 作业坑，并做好必要的防护、支撑、加固及排水等工作，安装好钻 孔设备。第三，钻孔施工。非开挖的施工环节主要分为两个环节:首 先，以造斜潜入、开孔及保直潜入等施工为主的方向动土;其次， 应根据工程建设要求严格控制开孔径，根据不同的等级要求扩孔，并对孔壁进行必要的加固、加厚，并完成回拉扩孔。首先，与传统市政管道的开挖技术相比，非开挖技术主要是 利用先进的钻孔机械设备在地下环境中钻孔并敷设管道，对人 工和大型挖掘设备的依赖性较小，能极大程度地减少人工成本 和设备租用成本，减少资金投入，获得更好的经济效益。其次，非开挖技术在施工中由于不会使用大型的挖掘设备， 施工的灵活性大幅提升，即便在狭窄的环境中也能进行施工，最 大化减少对周边居民正常生活的影响，具有良好的社会效益。最后，在市政管道施工中采用非开挖施工技术，能得到精密 程度更好的管道坑，大幅提升市政管道的建设质量，还能避免与 周围建筑物产生接触，确保管道的建设符合设计要求[1]。非开挖技术不仅能用于市政工程地下给排水管道的敷设、 修复、更换等，还能用于修改地下电缆线路等工作，具有良好的 应用价值[2]。但是，非开挖技术的使用对开挖设备的依赖性较 强，目前国内建筑行业中的非开挖技术并未达到成熟水平，与技 术成熟国家相比还有很大不足。但发展中国家对非开挖技术重 要性的认识不断提升，国内对非开挖技术的研究也不断深入，在 市政工程中的应用范围也不断扩大。4.1 顶管施工技术 顶管施工技术首先挖掘工作坑，然后将顶进设备安装在工作坑内，利用设备产生的顶力将管道按设计坡度顶入土壤中，并 将顶出的土方运走，还需要在两个工作坑内埋设工具管或挖掘 机软管。具体施工方式包括人工顶管、水射流顶进和挤压顶进、 机械加压等，具体施工时应根据施工现场的实际环境、管道的直 径和长度、土壤质量、经济性等多种因素综合确认。目前在 600mm~4000mm 管道进行管线直线铺设、混凝土管道、黏土等 情况下，大部分管道采用机械顶管施工。机械式顶管施工方法 是目前管道工程施工中应用较广的非开挖技术，其中混凝土管 道施工技术水平成熟度更高。4.2 顶管施工的施工原理 施工开始后首先在管道侧挖井，在挖出的基坑中安装导轨。通常情况会在木材或混凝土技术上安装轨道，管道则安装在轨 道上[3]。另外，应预先做好充分的顶管施工测量工作，得到精确 的测量数据，并根据测量数据对顶管的中心线、标高、坡度等进 行严格的控制。将预制好的钢筋混凝土管利用液压千斤顶推入 土壤中，并以水平推力为核心保留工具管。在将钢筋混凝土管 道推入土壤之前，应充分清理管道表面和内部，保证内部无杂 物，在管道推入的过程中，及时排出进入管道中的土壤，直至完 成顶管作业。在顶管施工过程中产生的废渣分为干渣和湿渣， 应根据废渣种类的不同采用针对性的处理防治。若施工地形距 离较长或复杂程度较高，必须采用吊装的施工方式，应辅以必要绿色环保建材的保护措施，如泥浆夹套润滑、激光校正等，保证施工质量。在 顶管施工作业中，不仅要对施工环境进行详细的勘测，还应将井 筒沿线的地质情况纳入综合考量因素当中。在保证顶管符合长 度要求的前提下，可尽量减少工作井和接收井的数量，减少工程 量，减少开挖工作井对周边环境的影响。施工中尽量将施工井 设置在顶管中间部分，以方便施工中对其进行移动。4.3 牵管施工技术 随着非开挖技术的不断发展，牵管施工技术在建筑行业内的应用范围不断扩大，尤其是在建设大型跨江工程、市政管道工 程、环境保护等方面，都凸显出其特有的技术优势[4]。该种施工 方式是在施工中通过计算机进行指导和测试，设计并挖掘曲线 相同的孔，将管线从导向孔中迁出，从而完成整个管道工程的施 工。牵管施工技术目前在地下管线的施工中应用范围非常广， 与顶管施工法相比，该种施工方法由于转动惯量较小，对管径较 小的管道工程来说具有更好的施工效果。因此，牵管施工技术 多用于具有长距离、小直径施工特点的管道工程施工当中，因该 类工程容易因距离过长出现管压缩误差。4.4 牵管施工工艺 牵管施工需要在施工前用埋管探测器检测埋管位置，确定孔的深度和位置，确保孔能按照设计方案进入[5]。需严格控制埋 地管线和地下管线的安全距离，确保其符合设计标准。但排水 下水管道通常采用非金属水泥材质，探测器无法对其进行检测， 因此，若想确定排水管道的直径、深度及走向，需要雷达进行辅 助检测，通过雷达辅助检测还能在牵管施工过程中避免接触地 面定向孔，确保安全施工。详细施工流程是将探测棒上襦导管 端部，将钢管连接导管尖端，然后通过管道向导管施加压力，让 导管带动管道钻出地面。对安装在导管尖端的钻头无特殊形状 要求，弯曲或竖直钻头都可使用，钻头上的导向器能随时获取钻 孔的深度和方向，方便钻头在开孔的过程中遇到道路、河流、铁 路或障碍物时对其钻孔方向进行及时的调整。若需调整钻头前 进的深度和方向，可通过调整导向器头部方向的方式完成，使其 在地下形成一个圆形洞穴。防护罩内设有孔板中心线，一旦位 形成，它将扩展、解锁位并接受位的旋转反转。不同的施工环境 中土壤的情况各有不同，钻孔过程中产生的泥浆也有所区别，应 科学地控制失水情况，做好护壁措施。钻孔在完成后，管道也连 接到需要建设的长度，即可关闭两端管道，将其与钻头相连拖入 钻孔中，即完成管道工程的施工。4.5 牵管施工技术的特点 牵管施工技术在施工中不会对地面交通产生影响，也不会大规模开挖影响居民的正常生活，有效改善了传统市政管道工 程在施工中给周边居民带来的影响[6]。签管施工技术能有效处 理长距离电弧波，满足地下岩屑埋深的设计需求。同时，该种施 工技术也不会对河道通航造成影响，施工过程中不会对两岸的 河床结构造成破坏，没有对施工时间的限制与要求，工程量与传 统开挖式施工技术相比大幅减少，工程周期短，安全系数高，成 功概率高。与其他施工技术相比，牵管施工技术具有进入现场 快、施工效率高、 开挖面积小、施工成本低等诸多优点。4.6 夯管施工技术 夯管施工技术具有与牵管施工技术完全相反的作业原理，该种施工技术是利用夯击设备产生的冲击力将管道直接夯到土 壤中[7]。夯管施工技术对施工环境土壤地质的要求较低，并且施工前准备工作也较为简单，只需要在需要敷设管道的区域中，每 隔一段距离挖出机械作业必须的基坑即可。同时，夯管施工技 术的设备也较为简单，主要包括航管管锤、发动机和空压机三个 部分，即可高效地完成夯管施工作业。虽然应用夯管施工技术 的设备构成较为简单，但对设备有较高的性能要求，需要夯击设 备能结合施工要求的不同产生强大的冲击力，目前国内还未能 对该类型设备进行大规模生产，行业内使用的设备也多为国外 引进。4.7 夯管施工技术操作流程 夯管施工技术的操作流程是首先将钢管放置在预先挖好的基坑当中，利用夯锤击打钢管底部，在夯锤强大的冲击力作用下 将钢管击入预设管道内[8]。由于该种施工方法的施工前准备工 作较为简单，没有对施工区域内的地质情况进行详细地勘察，使 得管道在被夯击的过程中容易与土壤中的石块、障碍物等发生 碰撞，在一定程度上制约了夯管施工技术的应用效果。为尽量 规避施工中出现这一现象，行业内对夯管施工技术的操作流程 提出了更严格的要求，通过隔断设置管坑的方式，最大化减少管 道与障碍物的碰撞概率，使其获得更好的应用效果。综上所述，非开挖技术在市政工程管道施工中具有诸多优 势，并且具有良好的社会效益和经济效益，对促进我国市政工程 的建设水平来说具有非常重要的意义。但是目前国内非开挖技 术水平与发达国家相比还有一定差距，并且相关设备也需要从 发达国家中引进，在一定程度上增加了施工成本。相关人员应 加大对非开挖技术的应用研究，根据工程的实际情况灵活地选 择不同的非开挖技术手段，提高市政管道施工质量，促进城市快 速发展。
