非开挖施工技术简介

• 旧管更换
– 爆管法 Pipe Bursting – 裂管法 Pipe Splitting – 吃管法 Pipe Eating
• 相关技术
– 现场勘察 Site Investigation – 管线探测 Pipe Detection – 管线检测 Survey
非开挖技术
H.D.D.水平定向钻进法 Pipe Jacking 顶管法
顶管施工的分类
• 按所顶进的管子口径大小分：大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。 大口径多指Ф2m以上的顶管，人可以在其中直立行走。中口径顶管的管 径多为1.2～1.8m，人在其中需弯腰行走，大多数顶管为中口径顶管。 小口径顶管直径为500～1000mm，人只能在其中爬行，有时甚至爬行 都比较困难。微型顶管的直径通常在400mm以下，最小的只有75mm。
, 而且管径和埋深越大时越明显; 部分非开挖施工方法的直接成本甚至 低于开挖法施工。 4.施工时地面无需开槽, 对设备和人员的安全性好。
非开挖技术的发展前景
我国非开挖管线铺设技术的出现,是传统管线施工技术的一 次革命,是城市地下管网建设的新宠。由于人们对生态环境的保 护意识空前提高,而且非开挖技术又已被证明在治理过去的污染 和保护将来的环境中极具价值, 已加入WTO 的中国,随着经济 建设同国际交流的更加广泛,在世界先进水平的引领下,中国的 非开挖技术将日益成熟,迅猛发展,中国非开挖技术的前景将广 阔无限。
3.回转钻进（水平湿钻）、水平螺旋钻进（水平干钻）、 人工顶管。
非开挖技术的发展历程
❖ 1960-1985——现代非开挖技术的兴起和发展 1.生活水平的提高、交通的发展、传统施工方法成本的提高；
2.替代的方法,开发了各种非开挖铺设、更换和修复的方法和设备、奠
定了现代非开挖技术的基础； ❖ 1985-现在——现代非开挖技术的大规模应用
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，它不需 要开挖面层，并且能够穿 越公路、铁道、河川、地 面建筑物、地下构筑物以 及各种地下管线等。顶管 施工借助于主顶油缸及管 道间中继间等的推力，把 工具管或掘进机从工作井 内穿过土层一直推到接收 井内吊起。与此同时，也 就把紧随工具管或掘进机 后的管道埋设在两井之间， 以期实现非开挖敷设地下 管道的施工方法。
5.非开挖施工技术
• 旧管修复
– 传统的内衬法 Conventional Sliplining
– 改进的内衬法 Modified Sliplining
– 软衬法 Soft Lining or CIPP – 缠绕法 Spiral Lining – 喷涂法 Spray Lining – 局部修复法 Local Repair – 其它方法 Others
顶管法施工特点：
1. 适用于软土或富水软土层； 2. 无需明挖土方，对地面影响小； 3. 设备少、工序简单、工期短、造价低、速度快； 4. 适用于中型管道（1.5～2m）管道施工； 5. 大直径、超长顶进、纠偏困难。
可穿越公路、铁路、河流、地面建筑物进行地下管道施工。
顶管法与盾构法的异同点
1. 盾构法的衬砌为管片，且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装，拼装 好后一般不会再移动；顶管法的衬砌为管节，且每环管节是一次预制 成功的，由顶进装置依次顶进，直至第一节管节到达接收井位置。
• 按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离）分：普通 距离顶管和长距离顶管。顶进距离长短的划分目前尚无明确规定，过去 多指100m左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜，可把500m 以上的顶管称为长距离顶管。
• 按顶管机的类型分：手掘式人工顶管、挤压顶管、水射流顶管和机械顶 管（泥水式、泥浆式、土压式、岩石式 ）。手掘式顶管的推进管前只是 一个钢制的带刃口的管子（称为工具管），人在工具管内挖土。掘进机 顶管的破土方式与盾构类似，也有机械式和半机械式之分。
非开挖地下管线施工方法大致可以分为四大类： 1. 新管铺设：铺设新的地下管线； 2. 旧管更换：在原位更换旧管线, 提高管道输送能力； 3. 旧管修复：修复现有管线的局部缺陷或改善其输送性能； 4. 相关技术：主要是探测地下原有管网。
非开挖施工技术
• 新管铺设 —— 大口径（直径大于1米，可以进人）
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– 隧道法 Tunnelling 人工开挖 钻爆法或新奥法NATM TBM法（岩层） 盾构法（土层）
– 顶管法 Pipe Jacking 气压平衡式 机械平衡式 土压平衡式（粘性土） 泥水平衡式（砂土层） 混合式
5.非开挖施工技术
• 新管铺设 —— 小口径（直径小于1米，可以进人）
– 小口径顶管法（微型隧道法） Microtunnelling – 水平钻进法（水平湿钻）Horizontal Drilling – 水平螺旋钻进法（水平干钻） Auger Boring – 定向钻进 Directional Drilling – 导向钻进法 Guide Boring – 气动矛法 Impact Moling – 夯管法 Pipe Ramming – 顶杆法 Rod Pushing
— 非开挖方法和设备的完善，交通、环保、法律意识的增加，成本 降低、政府支持 — 首选的方法（比例在10%左右） — 形成新的产业：设备制造商（约100家）、材料供应商（约400家 ）、工程承包商（6000-8000多家）、咨询公司、科研院所
非开挖技术的应用领域
1. 地下管线施工：各类管线（自来水、污水、雨水、石油、 天然气等管 道， 以及通讯、动力和信号等电缆线）的铺设、更换、 修复；
• 按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶管、以及其他管材的顶管。
• 按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管和曲线顶管。
项管技术的发展方向
1. 长大ห้องสมุดไป่ตู้离顶管：普通顶管一般距离≤100m，无中继环，（现在某些专 家认为可能提高到300m），长距离顶管﹥100m，长大距离﹥1000m 。
2. 大管径顶管：过去一般认为顶管最大直径为3m。现在日本、德国等国 顶管管径可达4～5m。
下水道道的更换
爆管法的过程 （固定裂管工艺）
爆管法的过程 （固定裂管工艺)续
爆管法的过程 （气动工法）
微型隧道法
施工长度：25—225m 管径：250—3050mm 应用：下水管道的安装
微型隧道法施工过程
水平螺旋钻进
一般不可控制方向，施工精度有限,在大卵砾石层或极软的土层中施工极 为困难。
水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻 孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管、管端处理。
定（导）向钻进铺管法
定（导）向钻进铺管法
施工长度：50-1500m(一般) 管径：300-800mm,大于1m的最好用顶管的 方法 适用管材：PE管、钢管 应用：广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、 天然气、石油等管线铺设施工工程中。
非开挖技术的概述
尽管非开挖施工技术在国外已有百余年历史,但是大规模应用始于20 世纪80年代, 先从几个发达国家开始, 继而推向世界各国。在欧洲, 由于 城市建设历史悠久, 城市地下管网腐蚀和破损严重, 因此非开挖管道更换 和修复技术使用得最早、也最广。在日本, 为了满足污水管道施工的需要, 首先开发了小口径顶管施工(微型隧道)技术。在美国, 在油气管道和通讯 电缆施工的驱动下, 水平定向(导向)钻进技术得以快速发展。据不完全统 计, 目前在发达国家中, 非开挖设备制造商和材料供应商达400多家, 工程 承包商达4000余家, 各种非开挖施工方法达百余种。
非开挖技术的发展历程
❖ 非开挖技术自60年代初开始在西方发达国家兴起，现已 成为一项
政府支持、社会提倡、企业参与的新技术。开挖技术是管道施工技术 的一次革命。 ❖ 1900-1960——早期非开挖技术的应用 1.尤其是二战后，美国、欧洲、日本等国的重建；
2.简单的方法，用于穿越铁路、公路、河流等短距离施工；
4. 盾构机内有拼装管片的拼装机，而顶管机内没有。 5. 盾构法主要用于大断面城市地下隧道、水工隧道、公路隧道的施工；
顶管法主要适用于断面稍小一些的城市地下管线的铺设。
顶管
盾构
定向钻
水平钻机
夯管锤
工法特点 （优点）
顶进精度高，方向控 制精度可达5cm之内
适用于大口 径隧道
施工速度快
施工速度快
施工速度快、成 本低
2. 盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑环外沿，而顶管法施工 的主顶进装置布置在工作井内，如果顶力不足要加设中继间。
3. 盾构千斤顶活塞的前端必须安装顶块，顶块必须采用球面接头，在顶 块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板。顶管法的主顶千斤 顶的行程长短不能一次将管节顶到位时，必须在千斤顶缩回后在中间 加垫块或几块顶铁。
Φ3000-Φ14000
Φ100--Φ1000
Φ100-Φ1500
Φ200--Φ1800
施工精度 50mm以内 施工速度 2--4天/100m
50mm以内 1000mm以内 500mm以内
1天/100m
1--2天 /100m
1--2天/100m
爆(裂)管法
固定式裂管头 气动式裂管头 液压式裂管头
施工长度：100—900m 管径：70—1060mm 应用：压力管道的更换
非开挖技术的主要优势
与传统的开挖施工相比, 非开挖施工的主要优势是: 1.对地面干扰小。施工时不影响交通,不破坏环境(绿地、植被、树木), 不
干扰工厂、商店、医院、学校和居民的正常生活与工作秩序。 2.施工速度快。由于辅助工程(如支护、回填等)少, 施工速度大大提高 3.综合成本低。在相同情况下, 非开挖施工的综合成本均低于开挖法施工
扩孔器和导向仪
顶管铺管法
顶 管 施 工 原 理 图
顶管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管道紧跟在工具 管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机 排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管道排出，推进一节管道后，主千斤顶缩回，吊装上 另一节管道，继续顶进。如此往复，直至管道铺设完毕。管道铺设完后，工具管从接收 井吊至地面。
Pipe Bursting 爆(裂)管法 Microtunneling 微型隧道法
Auger Boring螺旋钻进法
定（导）向钻进铺管法
定向钻进的基本原理：按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小 口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩 孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管 头和管线，回拉铺设地下管线。
3. 微型管顶管：过去顶管管径一般≥300mm，目前最小可达75mm。 顶管按管径分类：大口径： ≥2000mm 中口径：1200 ～2000mm 小口径：500 ～1200mm 微口径： ≤500mm
4.曲线顶管：S形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。 5.自动控制：自动测量、自动记录、自动纠偏。
2. 管棚支护：地下人行过道、地铁、地下车库等工程的结构性支护； 3. 环境治理：在受污染的地下水和地层中设置水平环境治理井； 4. 其它：基础工程（钢管桩、微桩、土钉）、边坡、路基、大坝等 工程
（排渗孔、降水孔和注浆孔等）、以及降排水、地热 井施工、瓦斯的 排放和煤层气开发等。
非开挖技术的构成分类
工法特点 （缺点）
施工成本较高
管材成本高
由于精度限制， 无法用于污水管 道施工
施工精度较 低
方向控制精度低 、施工震动大， 仅适用于钢管施 工
适用范围
通信管、排污管、煤 气管、自来水管、综 合管道
综合管道、 地铁、隧道
通信管、煤气管 、自来水管
通信管、煤 气管、自来 水管
通信管、煤气管 、自来水管
适用管径 Φ350--Φ4000
非开挖施工技术简介
课程：机械工程学科前沿 学号：120120805 姓名：余 楠
非开挖技术的概述
非开挖技术是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修复 各种地下管线的一种施工新技术, 已被联合国环境保护署认定为环境友好 的施工新技术。它可广泛用于穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、湖 泊, 以及在市区、古迹保护区、农作物或植被保护区等进行污水、自来水、 煤气、电力、电讯、石油、天然气等地下管线的施工。此外, 非开挖技术 还可用于降水工程、隧道工程、基础工程以及环境治理工程等领域。