非开挖管道施工技术的应用

一、非开挖技术的起源
社会发展的事实证明，地下管线的人均拥有量与一个国家的经济发展水平和人民生活密切相关，欧洲发达国家人均拥有上下水管道分别为1.45和1.2米，随着我国现代化建设的迅猛发展，地下管线的铺设也越来越多，据不完全统计，目前全世界每年约有40多万公里地下设施需要新建，我国每年需新铺上水管线5000公里，下水管线3000公里，电讯管线26000公里，还有30000公里的管线需要更换和修复，市场非常巨大，另外，我国许多城市的现有地下管线也需要维护和更换。
非开挖技术自问市以来已有近百年的历史，初期是采用人工锤打或掏挖等方法，当时它仅仅是一种避开地表障碍物的施工技巧。随着社会和技术进步，特别是微电子技术、机械、自动控制技术的发展，非开挖技术已经发展成为一种不开挖地表或最少开挖的条件下探测、检查、修复、更换和铺设管线的高新技术。并且日益受到政府支持和社会提倡。
二、非开挖技术的应用范围和分类
1、非开挖施工技术应用范围
非开挖技术可以广泛应用于多种管道，涵洞的地下施工。就管道工程来看，几乎所有的管道都可以使用非开挖方式施工。

三、开挖施工和非开挖施工优势比较
与传统的“明挖法”比较，非开挖的施工技术具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合施工成本低、社会效益显著等优点。特别在穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、闹市区街道和保护区等条件下，非开挖技术有着比开挖施工明显的优越性。
四、常用非开挖施工方法介绍
1、管道铺设
1） 水平导向钻机施工法
采用水平导向钻机，延管道铺设设计轨迹钻一个导向孔，然后卸下导向钻头，换上扩孔头进行反向扩孔，同时将待铺设管线拉入孔中，扩孔次数根据钻机能力和待铺管线口径决定。
钻机施工前要对穿越路径进行查勘，查明障碍和其他管线，以在施工中注意避让和避免损坏其他管线设施。
钻机施工中的导向，一般采用无线电传感仪器测控，发射单元位于钻头内，连续的发出电磁波，接收单元位于导向员或机械操作者处，接收机能检测倒钻头深度、水平位置、顷角、钻头板角度、温度等数据，通过这些数据指导操作手操作钻机。
钻机施工具有效率高、距离长等优点，适合于长距离管线铺设，根据铺管长度和管径的要求，拉力为几吨到数百顿不等。随着设备能力的不断扩大，现在大型钻机可铺设直径达600毫米，一次铺设长度可达2－3公里。解决了管线穿越向我国长江，黄河这样的大江大河的工程。
一般来说，定向钻机适用于均质地层的施工，但遇到砂夹卵石地层时，在导向和成孔方面都存在问题，为了对付这种地质条件，一种全地层的钻机可以解决这个问题。
导向钻机在三年前还是进口机型的天下，当时主要是以美国、德国的钻机为主，如威猛、沟神、TT、凯斯、奥格等为代表，这类钻机普遍具有功率大，可靠性高、自动化程度高的特点，但昂贵的价格使不少施工企业望而却步。近几年随着国内非开挖行业迅速发展，国内钻机技术消化引进速度也非常之快，而国产钻机技术水平和进口机已不相上下，更由于价格合理已逐步占领国内钻机市场。
2） 夯管施工法
夯管施工是采用气动夯管锤安装于待铺设钢管的后端，利用锤的冲击作用将钢管直接延铺设路径击打入土层中。钢管在铺设途中管内因切削土层装满的泥土，在铺设完成后可用气压或水压挤出而形成竣工的管线。
夯管施工主要用于钢管铺设，适用铺管口径范围宽，锤的冲击力可达2000吨，除大型卵石地层外，其他地层均可使用。
夯管施工的优点有设施相对简单，无需建造大型的反作用力后背支座，施工速度快，成本较低等。
需要注意的是，由于锤的冲击对周边土体扰动较大，施工时应远离重要的建筑物。由于管道夯进后方向不可人为改变，施工前需预先查明地下障碍，设计好穿越路径，避免损坏其他管线设施和导致工程失败。
非开挖管道铺设方法多种多样，适用于多种地层、管材、上文介绍只是其中的几种，需要说明的是，这些方法并不是彼此孤立的使用，在特定的条件下，有时需要把两种方法组合起来使用。
3）隧道法
在大口经管道（隧道）工程中，高效率、高质量的佼佼者非隧道法没属，巨型隧道机在世界各地的隧道、地铁施工中让世人惊叹，管道非开挖施工中微型隧道机更是在发挥巨大作用。
微型隧道法是采用由隧道机头，控制中心，循环系统等单元组成的施工设备。在全自动监控中，特别适用于恶劣条件下大口经、长距离管道铺设。特殊的机头可以切削破碎坚硬的岩石，实时监控保证精确的轨迹控制，高效率使铺管速度为同口径管道施工中最快的。
2、管线更换
当地下管线年久失修，无法再正常运行时，需要更换一条新的管线。本文谈到的更换主要指在原有的管线位置进行更换，因此也叫管道原位替换法。
非开挖管线更换施工技术，是在不全部将原管线上部覆土层开挖的情况下，延原管位开挖必要的工作坑，从坑中拉入新管更换原管。
更换的新管可以是与原管同口径，也可以大于原管的口径。通常采用爆管法。
替换时用液压管道破碎机，在破碎旧管的同时拉入新管，常用于300毫米以下的陶土管、铸铁管等管道，拉入性能优良的新型管道，如HDPE管。
该方法的主要特点是设备简单；操作简便；施工成本低。施工时对周边影响较小。其不足之处是对原有阀门、三通、管道变径处必须事先处理，也不适用于急曲线管段。受工艺和设备的限制，目前一次施工长度大都在100米内，长距离施工可分多段完成。
3、管道修复
地下管线在长期使用中会受到腐蚀或机械外力作用而损坏，这种损坏往往是局部的。但如果不及时处理，会带来严重的后果。如输水管道因腐蚀损坏，会使水质在输送过程中受到二次污染降低，腐蚀造成的管内壁结垢会缩小管径、减小输水量、增大能耗。受损严重的管道会在运行中突发性爆管，造成财产损失、和安全事故和负面影响。
管道是营运商投巨资建设的主要设施，是其固定资产的重要组成部分，保证这些设施正常和长期发挥作用，是降低营运成本和增加利润的策略。由于管线的建设是逐年进行的，早期建设的管道有的运行时间已达数十年。这些管线的受损坏程度各不相同，完全更换需投入巨大的资金，带来的损失是显而易见和惊人的。切实可行的办法是在有计划的检查和评估后，对于具有修复价值的管线应采用修复的办法处理。
1）穿插法
对旧管首先清洗除垢，用新管穿插入需修复的旧管，形成二合一复合管结构，加强了管道的强度，大大延长管道使用寿命，如采用HDPE管穿插内衬的管道，以其优良的防腐性能，光滑内壁极小的阻力系数，改善了输送条件，使水质水量得以提高。由于内衬本身具有一定机械强度，对于腐蚀严重的管道（穿孔）都适用。
穿插法主要用于600毫米及以下管道修复，在阀门、三通等设施处，需预先拆卸，施工完毕后恢复连接。穿插法适用于管道中设施较少的输水管线，配水管道由于设施较多不宜采用。
穿插法以其相当于新建管道三分之一的造价，换取一倍以上的延长使用寿命。现已广泛用于自来水管道修复工程中。
2）软翻衬法
管状软质基材（毛毡、无纺布等）挤涂树脂后，用气或水翻转压入管道内，保持气或水压使基采贴于待修复的管道上，形成内衬，修复受损的管道。由于内衬自身强度有限，多用于修复重力管道，如污、雨水管。
3）喷涂法
对于极大和极小口径管道，较好的是使用喷涂法，大口经管道在预先局部处理后，可用水泥沙浆喷涂修复。水泥砂浆内衬成本低廉，使用寿命长，防腐性能优良，技术成熟。在大口径管道防腐工程中具有明显的经济核技术优势。
通常直径小于100毫米管道都为配水管道，结构复杂，不利于设备在管内作业。施工时先对管道分段热喷砂除锈，后直接喷涂饮用水级环氧涂料，固化后恢复。
4、非开挖技术在我国发展历程和推广应用现状
1986年国际非开挖协会在伦敦成立后，有26个国家和地区会员举办了20多次专业展览，1998年4月30日中国非开挖技术协会在北京成立，会员单位包括全国各部门、各行业从事管线管理、设计、施工、制造等有关单位和专业人员。至今已经召开了9届年会，对我国非开挖行业起到了巨大的推动作用。随着我国经济的高速增长，到2005年非开挖行业取得了飞快发展。据协会的不完全统计，2005年非开挖施工行业总产值已达到67.9亿元，比2004年的48.3亿元增长了41％。在四川省来看，非开挖技术的应用虽然在全国处于起步较晚，深度和广度不够的状态，但经过几年来政府支持，行业推动和大力宣传也取得了可喜的进步。成都作为我省政治经济文化中心城市，在日新月异的建设中以政府为主导，行业主管部门大力推动，从建设管理上以政府行政管理手段来制止施工中的道路反复开挖现象，在成都的行业人士和施工单位也在积极地作大量的工作使得管理水平，技术能力得到了很大的提高。在政府主管部门地支持下成立了四川省非开挖专业技术委员会，加强了行业管理和技术交流。

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