谈市政工程地下管线非开挖技术

摘要：文章从非开挖技术的概念及其优势和不足入手，就其施工关键技术运用进行了详细研究，并结合工程实例探讨了其具体应用效果，以提高非开挖技术在市政工程中的应用效果。

关键词：市政工程；地下管线；非开挖技术

随着城市化的发展，我国各大小城市基础设施及其功能都在不断完善，尤其是市政工程中地下管线的施工开始向多方向发展，例如水电管道、通信管道等，因为各种管线深度不同，重重叠叠、相互交错，使得施工次数增加，施工难度、维修难度以及防护难度增加，为后期各种问题的出现埋下了隐患。因此市政施工中对地下管线的施工务必要进行科学规划、合理分析，严格执行相应的技术标准，做好安全防护。

1.非开挖技术概念及其优势和不足

所谓非开挖技术，即通过各种岩土钻掘设备及相应的技术手段，采取定向钻进或者导向等方法于地表入口或者出口等极小部分处进行小面积开挖，以达到对各地下管线修复、铺设和更换的目的。该种技术手段对交通影响较小，对植被、绿地破坏性小且不会干扰市民正常的生活和社会秩序，从而具有良好的社会经济效益。该技术无需“开膛破肚”，且速度快、成本低，尤其是管径以及埋深越大时综合成本越低，因此具有良好的经济效益。但随着该项技术的广泛应用，带来的相关问题也逐渐显现出来：（1）非开挖技术缺乏可行性评价指标以及必要性评价指标；（2）该项技术的应用缺乏科学合理的规划；（3）完工后缺乏评价测绘体系。因此在应用非开挖技术施工的过程中必须建立一套科学的管理评价系统，通过可行性评估、科学规划、实时监控，以最大限度减少成本、降低风险，实现长期发展。

2.非开挖施工技术应用的科学规划与分析

2.1非开挖技术可行性分析

非开挖技术作为新兴工艺技术有得天独厚的优势，同时也有必须承载的条件（见表1），通过对几个相关因子做差异权重评分、累计求和的定量分析方式来判断采用非开挖技术可行性。其中A、B、C、D、E以及A’、B’、C’、D’、E’为2种不同技术各个因子对应权重，可结合具体情况调节各因子权重，但权重总和为1，即A+B+C+D+E=1，同理A’、B’、C’、D’、E’相加也为1。各单项评价指标均为100分，当单项评价指标低于50分即应用非开挖技术不具备可行性（施工成本包括直接、间接以及社会成本）。

2.2非开挖技术合理性规划

在市政工程地下管线施工过程中为最大限度降低对市民正常生活的影响、确保交通顺畅、保护市容市貌及文化遗产等，可对铺管线路可破坏性进行等级划分，1级破坏性最强，7级破坏性最弱。1~5级可采取非开挖技术施工，具体情况如下：1级包括铁路机场跑道、横穿快速路、主干道繁华街道，高层建筑或者大型雕塑以及穿越河流、无法移动或一旦破坏就无法恢复的文物古迹等；2级为穿越池塘普通建筑物、历史文化或环境风貌保护区，横穿主干道；3级包括横穿次干路或者市区主要步行街、埋设深度在8m以上、铺设在现有重力管线轴线下；4级为市内广场或者商业区、横穿支路；5级为沿市区快速路或主、次干路，埋设深度在5m以上，穿越小街巷以及人行道等；6级为人行道以及花基绿化带、或者是市医院、市内居民区、企事业单位以及学校等附近；7级为郊区、市区建筑工地或其他影响较小地段。

3.导（定）向钻进铺管技术

导（定）向钻进铺管技术需要事先在地下设定好铺管轨迹并钻一个小口径先导孔，接着于先导孔出口部位的钻杆头部安装扩孔器，然后回拉扩孔达到尺寸后让扩孔器后端部位与管线、旋转接头以及拉管头进行连接，最后回拉铺设管线。具体包括以下几个步骤：（1）地下建筑、地层以及地下管线勘测。地层勘察包括地层以及地下水状况勘测，即土层类别、含水性、地下水位、透水性、孔隙度、含卵砾石等情况，从而为钻液的配制和钻井方法的选择提供依据。地下管线探测包括地下已有管线并相关埋设物位置勘察，以此确定钻进轨迹和进行管线设计。通常通过地震波法、电磁法、红外辐射法、直流电法以及磁法等同时结合土工实验以及静力触探等技术实现。（2）钻进轨迹设计。导向孔轨迹设计情况直接影响管线施工的成功与否。其设计依据为地下障碍物位置、工程要求、钻头变向能力、钻杆允许的曲率半径、地层条件、被铺设管线性能、地形特征、钻杆的入出土角度以及导向监控能力等。（3）钻液的制作。钻液主要用来冷却钻头、润滑钻具、悬浮以及携带钻屑，这样能确保混合后的钻屑以流动泥浆的形式排出孔外，从而削弱回拖管线阻力和减少重量，为其提供较大环形空间。孔中残留泥浆还可护壁。地质条件不同所需钻液成分不同，钻液包括3个部分，即聚合物、水（主要成分）以及膨润土。地层不同时只需调整钻液性能即可适应钻孔要求。（4）钻导向孔。钻导向孔最重要的是钻具、钻机的选取及过程监测。务必要结合地质条件和工程情况选取合适的钻机、钻具以及钻进方法。根据稳斜原理，通过地面导航仪的指引按照事先规划好的铺管线路，利用钻机驱动带锲型钻头的钻杆，尽可能沿着设计轨迹由A点至B点钻一个平面误差不超过100mm的导向孔。要想使导向孔与设计轨迹尽可能吻合，必须对钻头进行准确定位且做好变向控制。因此钻进时可以使用随钻测量技术对钻头进行监测，使用电缆法、电磁波法实现孔底信号的传送。（5）扩孔的回拉。向孔钻好后将钻头取下，替换上尺寸合理且与地质状况相符的回扩钻头，这样在拉回钻杆的过程中也可以将钻孔扩大到合理尺寸。通常选择逐级扩孔。如果是预埋管径以内则选择排土法扩孔，相反则选择挤压法成孔，这样铺管后的地面就不会沉降，从而排除了隐患。回扩与钻进过程相同，即泥浆搅拌系统必须始终向钻头以及回扩钻头提供足量泥浆。（6）铺管。扩孔后在拖管坑一侧的钻杆上安装扩孔器并和管前端通过万向节、特制拖头等进行连接，然后开启导向钻机回拉钻杆进行拖管，在孔内拖入预埋管线进行铺管。拖管过程中加入专用防润土做泥浆护壁。如果条件允许可一次性连接所有管线。（7）管端处理。拖管后，通过挖掘机挖出扩孔器和管前端，同时将扩孔器和万向节拆除，并对造斜段进行处理，最后施工检查井，对路面进行恢复并做好清场工作。

4.工程实例

对非开挖施工技术做科学规划，一方面可以降低施工成本，另一方面对城市综合规划也非常有利。例如某市计划将一条直径为400mm的PPE管铺设在A、C两点之间，如图1所示。因为该地段交通拥挤，决定选择非开挖施工技术。规划时选择水平定向钻进，但因为对水平定向钻进方式的施工特点没有足够的了解，认为该种施工方式只能开展直线铺管。原计划开展分段式施工，即A到B、B到C。事实上水平定向钻进方式也可曲线铺管，但曲线铺管要求曲率半径不得低于1500D（D代表穿越管段外径）。如果穿越管段属于柔性管，那么最小曲率半径则需要结合管材及管径来确定。因此，此污水管铺设的曲率半径最小为500m，但该道路转弯半径最小是530m，因此不建议开展两段式施工，应从A到C直接施工。这样不仅能极大减少成本，而且能降低施工影响。由此可知，在进行非开挖技术设计时需要对各非开挖技术工艺有一定的了解才能进行科学规划。

5.结语

市政工程的地下管线在施工过程中会遇到一些复杂的情况，且人们对工程质量要求较高，因此需不断改进施工技术以确保施工质量，只有这样才能真正提高城市居民生活水平，确保市政工程良性开展。

作者：李玉梅 单位：广东水电二局股份有限公司