非開(kāi)挖施工技術(shù)介紹

1、非開(kāi)挖施工技術(shù)簡(jiǎn)介1前言目前，城市現(xiàn)存的許多設(shè)施不能滿足發(fā)展的需要，如污水、自來(lái)水、煤氣、電力和通訊管道的鋪設(shè)和維修都是在需要的時(shí)候再對(duì)街道路面“開(kāi)膛剖肚”，從而導(dǎo)致交通堵塞、破壞已有基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。非開(kāi)挖施工技術(shù)就是在不開(kāi)挖（或者少開(kāi)挖）地表的情況下進(jìn)行鋪設(shè)、探測(cè)、維修和更新各種地下管線，解決城市管線施工中的難題。城市地下管線的鋪設(shè)方式是工程建設(shè)技術(shù)水平的體現(xiàn)，是城市現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，也是社會(huì)文明進(jìn)程的重要體現(xiàn)。2非開(kāi)挖技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)代非開(kāi)挖地下管線施工技術(shù)，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，是鉆探工程技術(shù)結(jié)合工程物探、計(jì)算機(jī)技術(shù)、巖土工程技術(shù)及新材料等技術(shù)的一項(xiàng)重要延伸。非開(kāi)挖

2、技術(shù)在國(guó)外已廣泛使用，在國(guó)內(nèi)也逐漸普及。與其它技術(shù)相比，非開(kāi)挖技術(shù)起步較晚。但是在最近20多年中，非開(kāi)挖技術(shù)無(wú)論在理論上，還是在施工工藝方面，都有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。非開(kāi)挖技術(shù)是極為重要的一種鋪設(shè)管道的工程手段，采用非開(kāi)挖技術(shù)鋪設(shè)管道具有若干得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。不開(kāi)挖地面就能穿越公路、鐵路、河流，甚至能在建筑物底下穿過(guò)，是一種安全有效的施工技術(shù)。非開(kāi)挖技術(shù)不開(kāi)挖地面，故而被鋪設(shè)管道的上部土層未經(jīng)擾動(dòng)，管道的管節(jié)端不易產(chǎn)生段差變形，其管道壽命亦大于開(kāi)挖法埋管。 采用房下非開(kāi)挖技術(shù)能節(jié)約一大筆征地拆遷費(fèi)用，減少動(dòng)遷用房，縮短管線長(zhǎng)度，有很大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。3非開(kāi)挖技術(shù)的構(gòu)成分類非開(kāi)挖技術(shù)可分為三大類：鋪

3、設(shè)新管線、修復(fù)置換舊管線、探測(cè)原有管網(wǎng)。3.1鋪設(shè)新管線施工技術(shù)包括導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管法、定向鉆進(jìn)鋪管法、氣動(dòng)矛鋪管法、夯管錘鋪管法、螺旋鉆進(jìn)鋪管法、推擠頂進(jìn)鋪管法、微型隧道鋪管法、盾構(gòu)法和頂管法。3.2修復(fù)舊管線施工技術(shù)包括原位固化法、原位換管法、滑動(dòng)內(nèi)插法、變形再生法、局部修復(fù)法。3.3探測(cè)地下管網(wǎng)包括地下管線探測(cè)儀（非金屬管道探測(cè)儀、金屬管道探測(cè)儀、塑料管道探測(cè)儀、電力電信纜線探測(cè)儀和井蓋探測(cè)儀等）、供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)儀（流量水壓記錄儀、漏區(qū)診斷儀、漏點(diǎn)定位儀等）、電信線路故障定位儀、氣體故障檢測(cè)儀、管中攝影儀、探地雷達(dá)、聲納系列。4非開(kāi)挖技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)代非開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展雖然僅20多年的時(shí)間，但其施工工藝

4、技術(shù)的先進(jìn)性、優(yōu)越性所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益已舉世矚目，同時(shí)也激勵(lì)了非開(kāi)挖技術(shù)的不斷更新，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。1）穿越江河、機(jī)場(chǎng)、鐵路、公路、建筑等鋪設(shè)各種地下管線；2）隧道的管棚支護(hù)、微型鉆孔樁施工等；3）水平注漿、水平降水、地下污染層處理；4）煤層瓦斯抽排放孔施工；5）修復(fù)置換舊管線；6）探測(cè)查找地下管網(wǎng)。5主要非開(kāi)挖技術(shù)介紹5.1導(dǎo)（定）向鉆進(jìn)鋪管法定向鉆進(jìn)的基本原理：按預(yù)先設(shè)定的地下鋪管軌跡鉆一個(gè)小口徑先導(dǎo)孔，隨后在先導(dǎo)孔出口端的鉆桿頭部安裝擴(kuò)孔器回拉擴(kuò)孔，當(dāng)擴(kuò)孔至尺寸要求后，在擴(kuò)孔器的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭、拉管頭和管線，回拉鋪設(shè)地下管線。水平定向鉆進(jìn)鋪管的施工順序?yàn)椋旱刭|(zhì)勘探、規(guī)劃和設(shè)

5、計(jì)鉆孔軌跡、配制鉆液、鉆先導(dǎo)孔、回拉擴(kuò)孔、回拉鋪管、管端處理。地層勘察、地下建（構(gòu)筑物）及地下管線探測(cè)地層勘察主要了解有關(guān)地層和地下水的情況，為選擇鉆進(jìn)方法和配制鉆液提供依據(jù)。其內(nèi)容包括：土層的標(biāo)準(zhǔn)分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石情況等?？刹捎貌橘Y料、開(kāi)挖和鉆探、物探等方法獲取。地下管線探測(cè)主要了解有關(guān)地下已有管線和其它埋設(shè)物的位置，為管線設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡提供依據(jù)。一般采用綜合物探法，按其定位原理分為：電磁法、直流電法、磁法、地震波法和紅外輻射法等，并結(jié)合鉆探、靜力觸探、土工實(shí)驗(yàn)等技術(shù)。鉆進(jìn)軌跡的規(guī)劃與設(shè)計(jì)導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)是否合理對(duì)管線施工能否成功至關(guān)重要。鉆孔軌跡

6、的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)工程要求、地層條件、地形特征、地下障礙物的具體位置、鉆桿的入出土角度、鉆桿允許的曲率半徑、鉆頭的變向能力、導(dǎo)向監(jiān)控能力和被鋪設(shè)管線的性能等，給出最佳鉆孔路線。配制鉆液鉆液具有冷卻鉆頭（冷卻和保護(hù)其內(nèi)部傳感器）、潤(rùn)滑鉆具，更重要的是可以懸浮和攜帶鉆屑，使混合后的鉆屑成為流動(dòng)的泥漿順利地排出孔外，既為回拖管線提供足夠的環(huán)形空間，又可減少回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護(hù)壁的作用。在不同的地質(zhì)條件下，需要不同成份的鉆液。鉆液由水、膨潤(rùn)土和聚合物組成。水是鉆液的主要成份，膨潤(rùn)土和聚合物通常稱為鉆液添加劑。鉆液的品質(zhì)越好與鉆屑混合越適當(dāng)。當(dāng)遇到不同地層時(shí)，及時(shí)調(diào)整鉆液的性能

7、以適應(yīng)鉆孔要求。鉆導(dǎo)向孔利用造斜或穩(wěn)斜原理，在地面導(dǎo)航儀引導(dǎo)下，按預(yù)先設(shè)計(jì)的鋪管線路，由鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)帶鍥型鉆頭的鉆桿，從A點(diǎn)到B點(diǎn)（見(jiàn)圖1）鉆一個(gè)與設(shè)計(jì)軌跡盡量吻合的導(dǎo)向孔（平面誤差100毫米）。鉆導(dǎo)向孔的關(guān)鍵技術(shù)是鉆機(jī)、鉆具的選擇和鉆進(jìn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制。要根據(jù)不同的地質(zhì)條件以及工程的具體情況，選擇合適的鉆機(jī)、鉆具和鉆進(jìn)方法來(lái)完成導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)。監(jiān)測(cè)與控制：在鉆進(jìn)導(dǎo)向孔時(shí)能否按設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)，鉆頭的準(zhǔn)確定位及變向控制非常重要。鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)鉆頭的監(jiān)測(cè)方法主要通過(guò)隨鉆測(cè)量技術(shù)獲取孔底鉆頭的有關(guān)信息?？椎仔盘?hào)傳送的方法主要有：電纜法和電磁波法。電磁波法的測(cè)量范圍較小，一般在300m以內(nèi)水平發(fā)射距離，測(cè)量深度

8、在15m左右。電磁波法測(cè)量的原理為：在導(dǎo)向鉆頭中安裝發(fā)射器，通過(guò)地面接收器，測(cè)得鉆頭的深度、鴨嘴板的面向角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電池狀況等參數(shù)，將測(cè)得參數(shù)與鉆孔軌跡進(jìn)行對(duì)比，以便及時(shí)糾正。地面接收器具有顯示與發(fā)射功能，將接收到的孔底信息無(wú)線傳送至鉆機(jī)的接收器并顯示，以便操作手能控制鉆機(jī)按正確的軌跡鉆進(jìn)。目前，電磁波法在中小型鉆機(jī)上應(yīng)用較多，缺點(diǎn)是必須隨鉆跟綜監(jiān)控。電纜法在長(zhǎng)距離穿越中，特別是地形復(fù)雜的工程中應(yīng)用較多。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，不要隨鉆跟蹤；但其操作復(fù)雜，選用的信號(hào)線必須強(qiáng)度高（不易拉斷）、耐磨、絕緣性能好?；乩瓟U(kuò)孔導(dǎo)向孔鉆成孔后，卸下鉆頭，換上適當(dāng)尺寸和符合地質(zhì)狀況的特殊類型的回?cái)U(kuò)鉆

9、頭，使之能夠在拉回鉆桿的同時(shí)，又可將鉆孔擴(kuò)大到所需尺寸。一般采用逐級(jí)擴(kuò)孔；預(yù)埋管徑以內(nèi)采用排土法擴(kuò)孔，以外采用擠壓法成孔，以保證鋪管后地面不致于沉降，不留隱患。在回?cái)U(kuò)過(guò)程中和鉆進(jìn)過(guò)程一樣，自始至終泥漿攪拌系統(tǒng)要向鉆頭和回?cái)U(kuò)鉆頭提供足夠的泥漿。擴(kuò)孔器類型有桶式、飛旋式、刮刀式等：穿越淤泥粘土等松軟地層時(shí)，選擇桶式擴(kuò)孔器較適宜，擴(kuò)孔器通過(guò)旋轉(zhuǎn)，將淤泥擠壓到孔壁四周，起到很好的固孔作用；當(dāng)?shù)貙虞^硬時(shí)，選擇飛旋或刮刀式擴(kuò)孔器成孔較好。一般要求選擇的最大擴(kuò)孔器尺寸按下表考慮?；虬翠佋O(shè)管徑的1.21.5倍，這樣能夠保持泥漿流動(dòng)暢通，保證管線能安全、順利的拖入孔中。鋪 設(shè) 產(chǎn) 品 口 徑擴(kuò) 孔 口 徑200

10、mm管線直徑+100mm200-600mm管線直徑×1.5>600mm管線直徑+300mm5.1.6鋪管擴(kuò)孔完畢，在拖管坑一端的鉆桿上，再裝擴(kuò)孔器與管前端通萬(wàn)向接、特制拖頭等連接牢固，啟動(dòng)導(dǎo)向鉆機(jī)回拉鉆桿進(jìn)行拖管，將預(yù)埋管線拖入孔內(nèi)，完成鋪管工作。在拖管的同時(shí)加入專用防潤(rùn)土進(jìn)行泥漿護(hù)壁。在條件許可的情況下，可將全部管線一次性連接。 管端處理當(dāng)拖管結(jié)束后，采用挖掘機(jī)將擴(kuò)孔器及管前端挖出，拆除擴(kuò)孔器及萬(wàn)向接，處理造斜段，施工檢查井，恢復(fù)路面，清場(chǎng)。圖1 定向鉆鋪管進(jìn)示意圖施工注意事項(xiàng)1）定向鉆進(jìn)施工前應(yīng)掌握施工位置的地質(zhì)狀況，選擇適當(dāng)結(jié)構(gòu)的鉆頭。 2）仔細(xì)清查鉆進(jìn)軌跡中的地下管線情

11、況，掌握地下管線的埋深、管線類型和管線材料，根據(jù)實(shí)際情況編制施工方案。3）導(dǎo)向孔施工前應(yīng)對(duì)導(dǎo)向儀進(jìn)行標(biāo)定或復(fù)檢，以保證探頭精度。4）導(dǎo)向孔每3米測(cè)一次深度，如發(fā)現(xiàn)偏差應(yīng)及時(shí)調(diào)整，以確保導(dǎo)向孔偏差在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。5）拖拉管線前應(yīng)作好安全輔助工作，特別是拖拉非金屬管線時(shí)，避免損傷管材。6）管線拖拉完畢后，應(yīng)按管道試壓規(guī)程進(jìn)行試壓，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行管道接駁。5.2頂管鋪管法頂管法是依靠安裝在管道頭部的鉆掘系統(tǒng)不斷地切削土屑，由出土系統(tǒng)將切削的土屑排出，邊頂進(jìn)，邊切削，邊輸送，將管道逐段向前鋪設(shè)，在頂進(jìn)的過(guò)程中通過(guò)激光導(dǎo)向系統(tǒng)糾偏來(lái)調(diào)節(jié)鋪管方向。頂管法的技術(shù)特點(diǎn)：1）噪音以及震動(dòng)都很??；2）可以在很深

12、的地下敷設(shè)管道；3）對(duì)施工周邊的影響很??；4）可以穿越障礙物。5.3盾構(gòu)鋪管法盾構(gòu)法是隧道暗挖施工法的一種，它是利用盾構(gòu)機(jī)前端是與盾構(gòu)機(jī)體同等直徑的刀盤，在與土壤接觸時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并加入適量的液體，使切削下來(lái)的土與液體在刀盤旋轉(zhuǎn)的攪拌作用下，成為泥狀流塑體，通過(guò)螺旋輸送機(jī)送到地面。機(jī)頭前進(jìn)后，在機(jī)后留出的空間里，把提前預(yù)制好的混凝土管片拼裝成環(huán)狀。盾構(gòu)法施工具有施工速度快、洞體質(zhì)量比較穩(wěn)定、對(duì)周圍建筑物影響較小等特點(diǎn)，適合在軟土地基段施工。盾構(gòu)法施工的基本條件：1）線位上允許建造用于盾構(gòu)進(jìn)出洞和出碴進(jìn)料的工作井；2）隧道要有足夠的埋深，覆土深度宜不小于6m；3）相對(duì)均質(zhì)的地質(zhì)條件；4）從經(jīng)濟(jì)角度

13、講，連續(xù)的施工長(zhǎng)度不小于300m。5.4氣動(dòng)矛鋪管法氣動(dòng)矛由鋼質(zhì)外套(矛體)、活塞和配氣裝置組成。氣動(dòng)矛在壓縮空氣作用下，矛體內(nèi)的活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷沖擊矛頭，矛頭在土層中擠壓周圍土體，形成鉆孔并帶動(dòng)矛體前進(jìn)。形成鉆孔后可以直接將待鋪管道拉入，也可通過(guò)拉擴(kuò)法將鉆孔擴(kuò)大，以便鋪設(shè)更大直徑的管道。氣動(dòng)矛技術(shù)特點(diǎn)：1）設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，投資少； 2）可鋪設(shè)PE管、PVC管和鋼管； 3）適用于短距離（30m以內(nèi)）、小直徑管道的穿越鋪設(shè)； 4）適合在狹小空間內(nèi)施工。 5.5無(wú)縫襯裝置換法無(wú)縫襯裝置換法是一種維修管道的施工方法，是將直徑大于或等于原有管道管徑的PE管襯入管道內(nèi)，所使用的PE管一般為低、中

14、密度的薄壁聚乙烯管材。管道襯裝前要想辦法減小管的截面積。截面變化的變形可以是彈性的、也可以是半永久的塑性的，方法有兩種，一種是將PE管拉長(zhǎng)，以減小管徑，從而減小截面積，PE管襯入后，由于不再受拉力的作用，長(zhǎng)度將縮短，管徑將變大，復(fù)原后內(nèi)襯管線將與原有管線緊緊套在一起，兩層管線之間不再需要灌水泥沙漿固定。 減小內(nèi)襯管截面積的另一種方法是將管道橫截面變形，可在PE管出廠前通過(guò)專用的設(shè)備將橫截面變?yōu)椤癠”或“C”字形，也可以在施工現(xiàn)場(chǎng)拉入PE管前將PE管沿管壁圓周方向扭曲，從而達(dá)到變形的目的。變形后的管道可以按滑（拉）入襯裝的方法由卷?yè)P(yáng)機(jī)拉入，然后再利用氣壓水壓或高溫水的作用將變形的管線復(fù)原。 施工

15、中需具備的條件：無(wú)縫襯裝需要較高的技術(shù)水平，要精確計(jì)算內(nèi)襯PE的管的橫截面變化情況，同時(shí)，PE管襯裝還需要對(duì)接熱熔焊機(jī)及特制的內(nèi)襯管縮徑鋼模或扭曲鋼模等特殊的設(shè)備。 5.6管道翻襯置換法 管道翻襯的內(nèi)襯材料一般是由較柔韌的聚合物、玻璃纖維布或無(wú)紡纖維等多孔材料做骨架，飽和浸漬樹(shù)脂材料而成，材料的外層一般覆蓋一層隔水膜，翻轉(zhuǎn)襯入管道后，該隔水膜成為新管道的內(nèi)層，主要起止水作用。翻轉(zhuǎn)在水壓、氣壓或卷?yè)P(yáng)機(jī)拉力的作用下，內(nèi)襯材料反轉(zhuǎn)進(jìn)入管道的內(nèi)壁，完成后，在熱水水溫的作用下，樹(shù)脂固化，內(nèi)襯材料形成堅(jiān)硬的管道內(nèi)壁，成為管道骨架的一部分。 施工中需具備的條件：管道翻襯的特點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，占地少，無(wú)須投入專用

16、的設(shè)備，一次翻襯的長(zhǎng)度可達(dá)幾百米，翻襯完成后，在支管、消火栓、閥門等處要挖工作坑進(jìn)行人工開(kāi)孔，也可通過(guò)專用設(shè)備開(kāi)口。但翻襯施工的工期較長(zhǎng)，且由于給水管道中的水質(zhì)要求較高，用于給水管道上的內(nèi)襯骨架材料和樹(shù)脂是有限制的，應(yīng)加以慎重選擇。 5.7爆（碎）管襯裝置換法 該方法主要適用于原有管線為易脆管材，如灰口鑄鐵管等，且管道老化嚴(yán)重的情況。新管的管徑可以比原有管道管徑大，具體施工方法是將碎管設(shè)備放入舊管中，由卷?yè)P(yáng)機(jī)拉動(dòng)沿舊管前進(jìn)，沿途由碎管設(shè)備將舊管破碎，在碎管設(shè)備后連著擴(kuò)管頭，擴(kuò)管頭的管徑比原有舊管大，負(fù)責(zé)將破碎的舊管壓入到周圍的土壤中，緊跟著是內(nèi)襯管線，一般為PE管材，管徑小于擴(kuò)管頭，在卷?yè)P(yáng)機(jī)的

17、拉動(dòng)下拖入原有管道的管位。 施工設(shè)備有許多種，大致可以分為三類，一類為氣動(dòng)碎管設(shè)備、一類為液壓碎管設(shè)備，一類為刀具切割碎管設(shè)備。其中刀具切割碎管設(shè)備較為常用，其結(jié)構(gòu)由半徑大于原有管道的切割圓周向的切割刀具構(gòu)成，在切割刀具后面緊接襯裝新管。另一種為液壓碎管設(shè)備，操作簡(jiǎn)便。碎管襯裝完全擺脫了PE管內(nèi)襯時(shí)減小過(guò)水能力的缺點(diǎn)，其施工工期較短，一次安裝的長(zhǎng)度可達(dá)幾百米，在支管、消火栓、閥門等處需要局部開(kāi)挖。對(duì)于埋深較淺的管線，碎管設(shè)備的震動(dòng)可能會(huì)對(duì)地面造成影響。 5.8幾種鋪管非開(kāi)挖技術(shù)比較序號(hào)比較項(xiàng)目水平定向鉆機(jī)械頂管盾構(gòu)施工1管材鋼管、PVC管、PE管鋼管、鋼筋混凝土管、復(fù)合管、PE管、陶管盾構(gòu)管片

18、2管徑50-1200mm600-000mm3000mm以上3一次施工距離一般100m左右，特大型1-2km左右管徑800mm；130m左右，管徑800mm；1km以上500m以上4適用土質(zhì)一般土、砂礫，在巖層中困難粘土，砂礫至巖層全土質(zhì)均可軟土為主5機(jī)械原理先鉆進(jìn)，后擴(kuò)孔回拖前面刀盤切削土體，后方頂進(jìn)前面刀盤切削土體，頂進(jìn)機(jī)頭后設(shè)置管片6占地面積較小管線兩頭需分別設(shè)置工作井和到達(dá)井大7穿越對(duì)象穿路，過(guò)河(須設(shè)置管內(nèi)導(dǎo)向)穿路、過(guò)河、市區(qū)房下頂管過(guò)河、市區(qū)穿越8用途電纜、通信、燃?xì)?、自?lái)水管、排污管所有管線，包括重力流的下水、污水，雨水管線地下鐵道、隧道6國(guó)內(nèi)工程實(shí)例目前，我國(guó)有許多城市已采用了非開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)行地下管線鋪設(shè)，如北京、上海、廣州、深圳、杭州、合肥等部份省市都已經(jīng)使用，以下為國(guó)內(nèi)部份省市實(shí)施的定向鉆鋪管實(shí)例： 實(shí)例1：深圳市寶安區(qū)商業(yè)地段，天燃?xì)夤艿来┰绞致房?，長(zhǎng)度87m，管道材料為PE管，管徑315mm。施工主要機(jī)械有：D24×40a水平導(dǎo)向鉆機(jī)、MarkIII導(dǎo)向儀。實(shí)例2：河北涿州，供水輸送管道穿越三條鐵路，長(zhǎng)度85m，管道材料為PE