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非開挖技術(shù)在城市管道工程中的應(yīng)用

發(fā)布時間：2018-06-04   

地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,電纜管、上下水管網(wǎng)、熱力(動力)管道同地下鐵道一起,被稱為城市的生命線.隨著社會的發(fā)展,地下管線的長度持續(xù)增加,這樣地下管線施工方法的選擇就變得尤為重要.目前,鋪設(shè)、更換和修復(fù)地下管線的施工方法有兩大類:開挖施工法和非開挖施工法.非開挖施工法因其具有開挖施工法無可比擬的優(yōu)點而日益受到社會的重視.在國外,尤其是發(fā)達國家,非開挖技術(shù)的應(yīng)用已十分普遍.

　　與傳統(tǒng)的開挖施工方法相比,非開挖施工方法的主要優(yōu)點是:

　　(1)解除了傳統(tǒng)開挖施工對居民正常生活的干擾和對交通、環(huán)境、周邊建筑基礎(chǔ)的破壞及不良影響.

　　(2)在傳統(tǒng)施工方法無法施工或不允許開挖施工的場合,可用非開挖技術(shù)從下方穿越鋪設(shè),并可將管線設(shè)計在工程量最小的最佳地點穿過.

　　(3)現(xiàn)代非開挖技術(shù)可以高精度地控制地下管線的鋪設(shè)方向、埋深,并可使管線繞過地下障礙.

　　(4)有較好的經(jīng)濟效益和社會效益.實踐證明,在大多數(shù)情況下,尤其是在繁華市區(qū)或管線埋人較深時,非開挖施工是明挖施工的極好替代方法.

1發(fā)展歷史與應(yīng)用前景

　　非開挖技術(shù)雖然已有近百年的歷史,但其重大的發(fā)展始于為世紀劣年代,尤其是近十幾年.18%年,美國首次施工頂管法,在鐵路下頂進一根混凝土管,從那以后,頂管法的應(yīng)用遍及美國各地,到了70年代初,日本首次出現(xiàn)了微型隧道施工法,并且相繼推出了一系列的微型頂管機.印年代初波蘭研制成功了第一臺氣動矛,自此氣動矛和夯管施工法因其設(shè)備簡單、操作

方便、投資小、成本低而受到各國的青睞,至今一直是使用最廣泛的一種非開挖施工法.我國非開挖施工技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)和研制工作起步較晚,至今對非開挖地下管線施工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用尚未引起足夠的重視.我國的非開挖技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展大致可分為兩個階段:1953一1985年為第一階段,即使用傳統(tǒng)的非開挖技術(shù)階段;1985年至今為第二階段,即引人現(xiàn)代非開挖技術(shù)階段.

　　在我國,非開挖技術(shù)的市場前景與現(xiàn)代化建設(shè)的進程密切相關(guān),這為我國非開挖技術(shù)的發(fā)展提供了有利的條件,市場潛力巨大.我國已經(jīng)擁有一個相當龐大的地下管網(wǎng)系統(tǒng),為了避開現(xiàn)有的密集管網(wǎng)系統(tǒng),大城市管線埋深有加大的趨勢,開挖施工的成本隨埋深的加大而提高,非開挖施工的優(yōu)越性更為顯著.隨著現(xiàn)代文明意識和環(huán)保意識的逐漸加強,開挖路面進行地下管線施工導(dǎo)致的社會問題、交通問題和環(huán)境污染問題已越來越受到人們的關(guān)注.城市限制開挖施工的法規(guī)陸續(xù)出臺,其適用面將逐漸擴展,這對非開挖技術(shù)的推廣應(yīng)用無疑會產(chǎn)生極大的推動作。

2非開挖技術(shù)的工程應(yīng)用

　　2.1在管道鋪設(shè)中的應(yīng)用  

　　大口徑管道(d>例刃。1)的鋪設(shè)通常采用頂管法、盾構(gòu)法、隧道施工法等.小口徑管道的鋪設(shè)可以采用水平定向鉆進法、導(dǎo)向鉆進法、氣動矛法、夯管法、微型隧道法、頂推鉆進法等等.

　　(1)頂管法

　　頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法.我國最早采用的非開挖施工法就是頂管法.過去,頂管法作為一種特殊的施工手段,一般不輕易采用,現(xiàn)在,頂管施工作為一種常規(guī)施工工藝已被業(yè)主所接受.頂管施工最早主要用在下水道施工,近年來,越來越多地運用到自來水管、煤氣管、動力電纜、通信電纜等許多管道的施工中.頂管施工先在管道設(shè)計路線上施工一定數(shù)量的小基坑作為頂管工作井,作為一段頂管的起點與終點,工作井的一面或兩面?zhèn)缺谠O(shè)有圓孔作為預(yù)制管節(jié)的出口和進口.頂管出口孔壁對面?zhèn)葔槌袎罕?其上安裝液壓千斤頂和承壓墊板.千斤頂將帶有切口和支護開挖裝置的工具頭頂出工作井出口壁,然后以工具頭為先導(dǎo),將預(yù)制管節(jié)按設(shè)計軸線逐節(jié)頂人土層中,直至工具頭后第一段管節(jié)的前端進人下一工作井的進口,這樣,就施工完一段管道的鋪設(shè).對于長距離頂管,由于主油缸的頂力不足以克服管壁四周的土體摩擦力和迎面阻力,常將管道分段,在每段之間設(shè)置由一些中繼油缸組成的中繼間,且在管壁四周加注減摩劑以進行長距離管道的頂推.

　　在施工中,頂管法主要有以下幾種形式:

　　敞開式頂管施工

　　泥水平衡式頂管施工

　　土壓平衡式頂管施工

　　氣壓平衡式頂管施工

(2)導(dǎo)向鉆進法

　　導(dǎo)向鉆進法是發(fā)展最快的一種非開挖鋪設(shè)管線施工法,它主要用于在松軟的地層鋪設(shè)長度較短的小口徑地下管線.導(dǎo)向鉆進法的基本原理:先利用導(dǎo)向鉆機、隨鉆測量儀以及有關(guān)鉆具沿欲鋪設(shè)管線的設(shè)計軌跡鉆進一個導(dǎo)向孔,隨后邊擴孔邊回拉待鋪設(shè)的地下管線.導(dǎo)向鉆進法以斜面鉆頭來控制鉆孔方向.鉆頭軌跡的監(jiān)視,一般由手持式地表探測器和孔底探頭來實現(xiàn).這種方法施工速度快,能較好地控制施工方向.

(3)氣動矛法

　　氣動矛法一般用于鋪設(shè)小口徑(<250~)的各種地下管線.氣動矛法施工時,在壓力的作用下氣動矛內(nèi)的活塞作往復(fù)運動,不斷沖擊矛頭,矛頭擠壓周圍的土層形成鉆孔,并帶動矛體前進.隨著氣動矛的前進,將直徑比矛體小的管線拉人孔內(nèi),完成管線鋪設(shè).雖然已有可控制的氣動矛出現(xiàn),但絕大多數(shù)氣動矛仍是不可控的.為保證施工精度,施工前的校正工作極為重要.

2.2在管道更換中的應(yīng)用

　　現(xiàn)代城市具有由污水管道、煤氣管道、動力電纜和通信電纜等組成的龐大的地下管線網(wǎng)絡(luò).一方面,所有管線的使用壽命都是有限的,使用一定時間就必須進行修復(fù)或更換;另一方面,隨著城市的改建和擴建,原有的地下管線不能滿足要求,必須進行更換.非開挖技術(shù)在管道更換中的應(yīng)用主要有兩種:爆管法和吃管法.

　　(1)爆管法

　　又稱脹管法,是使用爆管工具從管內(nèi)將舊管破碎,并將碎片擠壓到周圍的土層,同時將新管或套管拉人,完成管道的更換工作.爆管法是在近幾年才得到廣泛使用的.

　　(2)吃管法

　　吃管法使用經(jīng)改進的微型隧道施工設(shè)備或其它的水平鉆機,以舊管為導(dǎo)向,將舊管從端部連同周圍的土層回轉(zhuǎn)切削,破碎或沖擊破碎的同時頂人直徑相同或稍大的管道,完成管線的更換.破碎后的舊管碎片和土由螺旋鉆桿排出.這種方法主要用于更換埋深較大的非加筋管道.

2.3在管道修復(fù)中的應(yīng)用

　　管道的修復(fù)是指采用內(nèi)襯等方法來改一善舊管的流動性能和修復(fù)結(jié)構(gòu)性的破壞,以延長其使用壽命,口前,國際L比較常見的方法有內(nèi)襯法、軟襯法、噴涂法等.

　　(l)內(nèi)襯法

　　內(nèi)襯法是在施工前將新管通過機械變形,使其端面產(chǎn)生變形(直徑變小或改變形狀),隨后將其送人舊管內(nèi),最后通過加熱、加壓或靠自然作用使其恢復(fù)到原來的形狀和尺寸,從而與舊管形成緊密的配合.

　　(2)軟辛法

　　在現(xiàn)有的舊管內(nèi)壁上襯一層熱}爵性物質(zhì),通過加熱使其固化,形成與舊管緊密配合的薄襯管,而管道的過流斷面幾乎沒有損失,但流動性能大大改善了.

　　(3)噴涂法

　　噴涂法主要用于管道的防腐處理,施工時,高速回轉(zhuǎn)的噴頭在絞車的牽引下,一邊后退一邊將水泥漿液或環(huán)氧樹脂均勻地噴涂在舊管道的內(nèi)壁

　　2.4管道施工方法的選擇

　　非開挖地下管道施工成功的關(guān)鍵是選擇合適的施工方法和施_I幾機械.管道施工方法和施工機械的選擇,主要根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、管道埋深、管道端面形狀及尺寸、施工技術(shù)條件和施工技術(shù)水平及_工期要求等諸多因素綜合確定.例如軟弱的粘土宜采用擠壓沖擊掘進;對于土體較松軟、含水量較大的砂質(zhì)粉土,可采用水沖式頂管機{4`.施工方法一與施工機械相輔相成,一定的施工方法對應(yīng)著一定的施工機械以頂管法為例,手掘式頂管法只適用于能自立的土中,采用手掘式工具頭進行施J一;泥水式頂管法采用的是泥水平衡式工具頭;土壓式頂管法的適用范圍最廠`,可以稱得}:是全土質(zhì)型,小刀盤的土壓平衡頂管機和大刀盤的1)K土壓平衡頂管機在工程中經(jīng)常被采用.因此管道施工方法的選擇,應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,選擇合適的施工方法,采用相成的設(shè)備,在科學管理下進行信息化.

3非開挖技術(shù)存在的幾個問題

　　盡管我國非開挖技術(shù)和設(shè)備近年來有了很大的發(fā)展,但與發(fā)達國家相比,仍存在很多問題.

　　(l)至今尚無明確的行業(yè)目錄和行業(yè)主管部門.

　　(2)人員組合上存在著失衡現(xiàn)象,缺少懂得現(xiàn)代管理和經(jīng)營的人員,并且缺少掌握非開挖技術(shù)的施工人員.

　　(3)對非開挖設(shè)備的開發(fā)投人不足.對于大多數(shù)的非開挖工程,設(shè)備大多采用德國、日本等發(fā)達國家的進口設(shè)備,設(shè)備國產(chǎn)化不夠.

　　(4)設(shè)計尺寸和施工設(shè)備沒有模數(shù)化,使設(shè)備不能被充分利用,阻礙了非開挖技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化.

　　(5)目前,我國的非開挖工程主要為地下管線的鋪設(shè),隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,地下管線的更

換和修復(fù)工程也將會逐漸增多,應(yīng)加強對管線更換和修復(fù)方面的研究.

　　(6)在施工過程中,應(yīng)盡可能地采用信息化施工.通過對工程的監(jiān)測,一方面可以指導(dǎo)施工,

實施控制,防止施工事故的發(fā)生.另一方面,為今后的工程實踐提供有價值的經(jīng)驗和第一手資料.這一點在很多非開挖工程中還未得到充分的重視.

4結(jié)語

　　對非開挖施工方法造價的評估不能單單只考慮直接成本,應(yīng)綜合間接成本和社會成本,考慮環(huán)境生態(tài)等方面的因素.各級主管部門應(yīng)加強對非開挖技術(shù)的認識,使非開挖技術(shù)得到推廣一;加大設(shè)備研制的力度,吸收國內(nèi)外的先進經(jīng)驗,使施工設(shè)計尺寸和施工設(shè)備模數(shù)化,提高設(shè)備利用率,盡快形成適合我國國情的設(shè)計規(guī)范和施工工藝.城市管線地下化,將是市政建設(shè)的一項重要內(nèi)容.加大城市地下空間的開發(fā)利用,將城市的基礎(chǔ)設(shè)施建造在地下,已成為未來發(fā)展的方向之一非開挖技術(shù)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),將在未來的城市建設(shè)中擔任重要的角色.