非开挖技术在排水工程中的应用

非开挖技术在排水工程中的应用
天津市雨、污水管道大多设计在道路中心线基层下面，承担着雨、污水的排放。

天津地下水位高，有些管道常年处于高水位中，部分管道处于流砂层中，受软土层不均匀沉降的影响，管道常发生大面积损坏的现象。

排水管道损坏之后，不仅造成雨、污水渗漏，影响地下水质，而且引起路面塌陷。

每年用于沉管(因管道接口渗漏而引起的管道下沉、路面坍塌结构性损坏)抢修的经费就数以千万。

抢修中一般都是采用传统的开槽埋管修理技术，不但耗费了时间和人力、成本又高，最主要的还要封闭道路，对城市交通和环境造成严重的影响。

由于受交通条件的制约，采用非开挖技术抢修沉管倍受青睐，新材料、新工艺的引进，使沉管抢修传统的“开膛破肚”技术受到挑战。

在新材料中，有了玻璃夹砂管、聚丙乙烯管、HDPE双壁波纹管;在新工艺上，采取了PE内衬、聚氨酷堵漏、玻璃钢内衬、翻转内衬等等，可谓名目众多，不可胜数，被喻为一次新的“革命”。

非开挖技术排水管道铺设技术介绍
1.顶管法
顶管施工法是最早用在排水工程施工中的一种非开挖施工方法，起源于美国。

它是继盾构法之后发展起来的一种地下管道施工方法，最初，顶管施工法主要用于跨越孔施工时顶进钢套管，随着技术的改进，顶管法也可用于无套管情况下顶进永久性的公用管道，主要是重力管道。

上海市的合流污水工程基本上是混凝土管道的顶管工程。

最新的研究发展到可以顶进玻璃夹砂管
1.1顶管施工的基本流程
顶管施工先在管道设计路线上施工一定数量的小基坑作为顶管工作井，作为一段顶管的起点与终点，工作井的一面或两面侧壁设有圆孔作为预制管节的出口和进口。

顶管出口孔壁对面侧墙为承压壁，其上安装液压千斤顶和承压垫板。

顶管施工就是借助于管顶油缸以及中继间的顶进力，把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。

与此同时，把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。

一个完整的顶管施工主要包括以下几个部分:工作坑和接受坑;顶管掘进机;主装置中继间;顶铁;基坑导轨;后座墙;顶进用管;输土装置;地面起吊设备;测量和校正系统;注浆系统;供电和照明系统;通风和换气系统，辅助施工。

对于长距离顶管，由于主油缸的顶力不足以克服管壁四周的土体摩擦力和迎面阻力，常将管道分段，在每段之间设置由一些中继油缸组成的中继间，且在管壁四周加注减摩剂以进行长距离管道的顶推。

1.2顶管施工的特点
顶管施工与开挖施工法相比，具有以下优点：
1.2.1开挖部分仅有工作坑和接受坑，而且安全、对交通影响小。

1.2.2在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量小。

1.2.3作业人员少，工期短。

1.2.4建设公害少，文明施工程度高。

1.2.5在覆土深度大的情况下，施工成本低。

但是，顶管施工也存在以下一些困难，需要施工人员依据现场实际情况定夺:
（1）曲率半径小而且多种曲线组合在一起时，施工就非常困难;
（2）在软土层中容易发生偏差，而且校正这种偏差又比较困难，管道容易产生不均匀下沉;
（3）推进过程中如果遇到障碍物时，处理这些障碍物则非常困难;
（4）在覆土浅的条件下显得不很经济。

2.导向钻进铺管技术
采用方向可控和以水射流破土为主的钻进技术，使用地表放置的钻机，按设计轨迹钻一个导孔，然后在扩孔和回拉的同时铺入管线。

根据钻机能力、铺管直径和地层条件，也可先进行一次或两次扩孔后再拉管。

采用带斜面的钻头，通过对其回转状态的控制，进行钻孔方向的调控。

钻头的定位和导航通过采用手持式仪器测量钻头附近探头发出的电磁信号来实现。

导向钻进主要用于小口径管线的施工，适用管径50~350mm。

施工长度20~400m。

适用管材:钢管、塑料管。

本方法不适用于砂层和砾石且深度受到限制。

3.定向钻进铺管法
定向钻进铺管是利用定向钻进技术来钻孔而后铺管的施工方法。

一般采用定向钻进按设计轨迹钻出一先导孔，然后经过一次、二次或多次回拉扩孔，最后拉管的技术方法。

该方法施工原理同导向钻进铺管法大体相似。

4.冲击矛铺管技术
冲击矛铺管技术是以气动冲击矛为动力，靠挤密成孔的铺管方法。

气动冲击矛核心为一气动冲击锤，施工中它不需要钻杆，它在孔中能自行前进，它与孔外的唯一连接是输送压缩空气的胶管。

该方法具有配套机具简单，操作、维修、运输、安装方便，施工成本低，铺管速度快等优点。

主要适用于可挤密的地层，用于各类管线的分支管线的施工。

适用于不含水的均质土，如粘土、粉质粘土等。

适用管径30一250mm，施工长度20~100m。

适用于钢管、塑料管。

冲击矛法要求复土厚度大于矛体外径的10倍。

5.夯管铺管法
夯管锤铺管技术是用夯管锤直接将钢管夯入土层的施工方法。

该方法铺管是靠一个低频、大冲击功的气动锤(夯管锤)将欲铺设的钢管直接夯入地层。

夯管锤的工作原理与气动矛相似，有的气动矛也可兼做夯管锤。

这两种方法的区别在于:气动矛在土层中前进并拉入管线;而夯管锤是在土层之外将钢管夯入土层。

夯管锤夯击的是开口钢管，管柱前端接有管鞋，铺管时有土芯进入钢管。

土芯可通过压气或水以及螺旋钻掏土方法排除。

铺设较大钢管时，可在钢管外注入膨润土泥浆，以减轻土层与钢管间的摩擦。

该方法只能用于铺设钢管，钢管间靠焊接连接。

铺管长度根据地层和夯管锤的不同，在10~80m之间变化。

该方法对地层适应性较强，可在含水或不含水的砂、上层或含少量砾石的软层中使用。

其特点是简单易行、设备投资低、效率高，铺管时不产生地面沉降。

6.微型隧道铺管法
微型隧道铺管是非开挖铺管领域中的一项高新技术，要求有较高的操作水平和严格的工艺规程。

微型隧道铺管技术主要应用于铺设精度较高的非进人管道。

微型隧道铺管是一种遥控的、可导向的顶管施工。

整个系统由钻掘系统、激光导向系统、顶管系统、泥浆润滑系统、出渣系统和操作控制系统6部分组成。

排渣方式分为螺旋(干式)和冲洗循环(湿式)两种。

该方法适应地层范围广，第五章非开挖技术在排水管道中的应用。

在软、硬岩中皆可使用，并可在水下施工，可用于铺设混凝土、铸铁、强化树脂、钢、PVC等各种材质的管道。

铺管直径为250~3000mm，铺管长度一般为90~200m，有时长达50Om或更多。

该方法的另外一个特点是控向精度高，曾有铺设456m管道，偏差仅为25.4Inln的记录。

由于系统较复杂，设备和施工成本都比较高。

综上所述，经过最近几年非开挖技术的发展和应用来看，非开挖技术确实非常适合于城市排水管道的铺设、更换及修理。

但在工程施工方面以及材料和设备的研究、人员的培训等方面我们还有很多的工作要做。

一方面加强材料和工程设备的研究，争取早日利用国产材料和设备，另一方面加强非开挖技术人员的培训，这样我们才可以用较小的代价获得较大的收益，才可以改变目前非开挖技术因为造价太高而不愿采用和推广的状况。

因而我们可以这样肯定的说:由于工程建设在社会和环境方面所付出的代价，把非开挖技术应用于排水工程的铺设，修复和更新，是我们的最佳选择。

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