非開挖技術(shù)綜述

發(fā)布時(shí)間：2021-10-12

非開挖技術(shù)綜述

非開挖技術(shù)是利用微開挖或不開挖的情況下對(duì)地下管線、管道和地下電纜進(jìn)行敷設(shè)、修復(fù)或更換的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)。

非開挖技術(shù)產(chǎn)生及應(yīng)用背景

隨著城市高度現(xiàn)代化及人民生活水平的不斷提高，城市和鄉(xiāng)村對(duì)地下管網(wǎng)的總體需求和依賴越來越高，地下管網(wǎng)已是不可缺少的生命線。目前，城市地下管網(wǎng)發(fā)展的規(guī)模、管線鋪設(shè)、維修和更換過程中對(duì)城市交通、環(huán)境的影響及對(duì)人們生活、工作的干擾，已成為衡量一個(gè)城市基礎(chǔ)設(shè)施完善程度和城市管理水平的重要標(biāo)志。
           傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術(shù)由于對(duì)地面設(shè)施及交通影響較大，使本來就擁堵的城市交通雪上加霜，同時(shí)給市民生活、工作帶來諸多不便。更有一些如：鐵路、高速公路、國道公路、省道公路、城區(qū)重要交通要道、河流、水渠、古跡保護(hù)區(qū)、農(nóng)作物和環(huán)境保護(hù)區(qū)等是國家法律規(guī)定不可以開挖的。
           非開挖技術(shù)應(yīng)用而生，并在實(shí)施過程中得到了絕大多數(shù)城市管理者的支持和認(rèn)可。

隨著城市高度現(xiàn)代化及人民生活水平的不斷提高，城市和鄉(xiāng)村對(duì)地下管網(wǎng)的總體需求和依賴越來越高，地下管網(wǎng)已是不可缺少的生命線。目前，城市地下管網(wǎng)發(fā)展的規(guī)模、管線鋪設(shè)、維修和更換過程中對(duì)城市交通、環(huán)境的影響及對(duì)人們生活、工作的干擾，已成為衡量一個(gè)城市基礎(chǔ)設(shè)施完善程度和城市管理水平的重要標(biāo)志。
           傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術(shù)由于對(duì)地面設(shè)施及交通影響較大，使本來就擁堵的城市交通雪上加霜，同時(shí)給市民生活、工作帶來諸多不便。更有一些如：鐵路、高速公路、國道公路、省道公路、城區(qū)重要交通要道、河流、水渠、古跡保護(hù)區(qū)、農(nóng)作物和環(huán)境保護(hù)區(qū)等是國家法律規(guī)定不可以開挖的。
           非開挖技術(shù)應(yīng)用而生，并在實(shí)施過程中得到了絕大多數(shù)城市管理者的支持和認(rèn)可。

非開挖技術(shù)應(yīng)用的范圍
      非開挖技術(shù)被廣泛應(yīng)用于穿越公路、鐵路、建筑物、河流以及在鬧市區(qū)、古跡保護(hù)區(qū)、農(nóng)作物和環(huán)境保護(hù)區(qū)等不允許或不能開挖條件下進(jìn)行的石油天然氣、電力、電訊、供排水、供熱等管道的鋪設(shè)及更換、維修等作業(yè)中。
      由于該技術(shù)的綜合成本低、施工周期短、環(huán)境影響小、不影響交通、施工安全性好等優(yōu)勢(shì)日益受到人們的青睞。目前，非開挖工程技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國家已成為一項(xiàng)政策支持、社會(huì)提倡和企業(yè)參與的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
      自上世紀(jì)90年代中期我國引進(jìn)非開挖技術(shù)以來，各種非開挖技術(shù)在國內(nèi)得到了廣泛的推廣應(yīng)用，已經(jīng)形成一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在國內(nèi)地下管網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，非開挖技術(shù)的蓬勃發(fā)展將是歷史的必然。
非開挖技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

1、萌芽期：
      上世紀(jì)70年代前。主要以頂管為主，如：人工頂管、水平工程鉆機(jī)、水平螺旋頂管機(jī)等。多由地質(zhì)工程部門改裝設(shè)備施工，技術(shù)水平低、精確度差、缺乏標(biāo)準(zhǔn)化等。
2、發(fā)展期：上世紀(jì)70—90年代。
      1971年美國人把定向鉆探技術(shù)與傳統(tǒng)鋪管技術(shù)結(jié)合發(fā)明了導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)，導(dǎo)致非開挖技術(shù)的一場(chǎng)革命。
      1988年日本人將地面無線跟蹤導(dǎo)航監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)利用，使導(dǎo)向鋪管質(zhì)量大為提高，標(biāo)志著世界“非開挖”技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。
      這期間各種非開挖工藝如：微型遂道技術(shù)、頂管技術(shù)、夯管技術(shù)、氣動(dòng)沖擊矛技術(shù)、水平定向鉆技術(shù)等技術(shù)大力發(fā)展并推廣動(dòng)用，管道修復(fù)更新技術(shù)等各種技術(shù)被發(fā)明推廣。
3、壯大期：上世紀(jì)90年代至今
      1985年成立國際非開挖技術(shù)協(xié)會(huì)，并開始每年舉辦國際性非開挖技術(shù)研討會(huì)和地區(qū)性非開挖技術(shù)推廣交流會(huì)，非開挖技術(shù)在世界各地被廣泛采用。
      各種非開挖技術(shù)得到了充分利用和發(fā)展，在這個(gè)時(shí)期內(nèi)被穿越技術(shù)發(fā)展外，管道修復(fù)更新技術(shù)全面發(fā)展并得到利用。
      非開挖設(shè)備研發(fā)水平和市場(chǎng)保有量明顯提高，非開挖設(shè)備的生產(chǎn)表現(xiàn)出明顯的本地化。

我國非開挖發(fā)展歷程

1、前期萌芽階段：上世紀(jì)90年代前
2、引進(jìn)消化階段：上世紀(jì)90年代至2000年
      90年代初偏重于引進(jìn)頂管用的螺旋鉆機(jī)和小口徑頂管機(jī)；90年代中期集中引進(jìn)氣動(dòng)矛、夯管錘和小型導(dǎo)向鉆機(jī)主要用于通信、動(dòng)力電纜穿越工程；90年代后期主要引進(jìn)微型遂道機(jī)和少量大型水平定向鉆機(jī)。
3、大力發(fā)展創(chuàng)新階段：2000年至今
      各種非開挖穿越技術(shù)被廣泛運(yùn)用于石油、天然氣、通信、電力、供排水管道、熱力管道工程建設(shè)中，管道修復(fù)、更新技術(shù)開始利用。各種非開挖技術(shù)的穿越記錄被屢屢創(chuàng)新，達(dá)到或超過世界先進(jìn)技術(shù)的記錄。
     自行研制非開挖設(shè)備形成系列，并逐步取代進(jìn)口設(shè)備。成立了地方性非開挖協(xié)會(huì)（上海、廣東、北京、四川），有關(guān)大學(xué)設(shè)立了非開挖課程，并開始培養(yǎng)研究生。
非開挖施工實(shí)現(xiàn)質(zhì)和量的突破

在管道修復(fù)中，已開始實(shí)現(xiàn)應(yīng)急性修復(fù)到預(yù)防性修復(fù)的轉(zhuǎn)變，年修復(fù)工程量正快速上升；
在水平定向鉆進(jìn)和頂管施工中，解決了長距離、大口徑和復(fù)雜地層施工的難題，施工記錄不斷被刷新。

國內(nèi)頂管施工有影響力的工程
 2001年9月上海地道股份有限公司在江蘇省常州市完成了長 2050m、直徑 2m的鋼筋混凝土管頂管工程，是我國目前已完成的該種規(guī)格套管最長的頂管工程。
2001年8月～12月嘉興市污水處理排海工程一次頂進(jìn)D1800鋼筋混凝土頂管2050米，采用泥水平衡頂管施工技術(shù)及中繼間技術(shù)，成功地解決了減阻泥漿運(yùn)用和軸線控制等技術(shù)難題，用了約5個(gè)月完成全部頂進(jìn)施工，創(chuàng)造了該種規(guī)格套管新的頂管施工長度記錄。 2002年9月完成西氣東輸一線穿越黃河工程，實(shí)現(xiàn)DN1800鋼管穿越黃河河床及主河道共計(jì)3600米，套管穿越位于地下25～27米，該工程不管從頂進(jìn)長度、埋深、地質(zhì)條件、及鋼管直徑在國內(nèi)尚屬首次，再一次刷新長度記錄。該工程標(biāo)志著我國的頂管施工水達(dá)到一個(gè)新的高度，與世界高水平日益靠近。
2008年在無錫長江引水工程中中鐵十局十公司采用國產(chǎn)頂管設(shè)備頂進(jìn)直徑2200mm鋼管雙管同步頂進(jìn)達(dá)2500米 ，又一次創(chuàng)新該規(guī)格長度記錄。

施工現(xiàn)場(chǎng)展示
1、頂管施工工藝
   開放型人工掘進(jìn)刃口推進(jìn)工法
   封密型土壓平衡機(jī)械頂管工法
   封密型泥水平衡機(jī)械頂管工法
      
   
         人工掘進(jìn)頂管施工法即是非機(jī)械的開放式（或敞口式）頂管機(jī)，在施工時(shí)，采用手工的方法來破碎工作面的土層，破碎輔助工具主要有鎬、鍬以及沖擊錘等。破碎下來的泥土或巖石可以通過傳送帶、手推車或軌道式的運(yùn)輸?shù)V車來輸送。
         人工掘進(jìn)頂管施工法一般適用于穩(wěn)定性地質(zhì)，在含水地層施工時(shí)，則必須采用輔助施工措施（如降水等）。在地層不能降水或降水達(dá)不到施工要求時(shí)，應(yīng)該采用泥水平衡或土壓平衡頂管施工法。
         土壓平衡頂管施工法是利用土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行鋼筋混凝土管道或其它管道的頂進(jìn)施工，施工中利用頂管掘進(jìn)機(jī)前端半封閉式土壓倉來平衡掘進(jìn)面土體和地下水的壓力，同時(shí)不產(chǎn)生掘進(jìn)面土體的超挖與欠挖，從而保持土體穩(wěn)定，能使地面的沉降與隆起保持最小的限度。
          土壓平衡頂管施工法一般適合以下地質(zhì)條件：干性粉砂土、流砂、中粗砂或碎石地層；當(dāng)有地下水時(shí)，適合滲透系數(shù)較小、飽和含水地層中的淤泥質(zhì)黏土、黏土、粉砂土或砂性土。
         泥水平衡頂管施工工法是用泥水平衡頂管機(jī)施工的一種頂管施工工藝。它在施工時(shí)通過進(jìn)水管向頂管機(jī)刀盤后的泥水艙內(nèi)供給一定比重、一定黏度、一定壓力的混合泥漿，讓其在頂管機(jī)挖掘面上形成一層泥膜，并以泥水艙內(nèi)泥水的壓力來平衡挖掘面上的土壓力和地下水壓力，同時(shí)又是通過排泥管把頂管機(jī)刀盤切削下來的土砂、碎石（需經(jīng)過二次破碎）伴隨泥水循環(huán)輸送到基坑地面上的一種頂管施工方法。
2、HDD水平定向鉆技術(shù)
         水平定向鉆施工技術(shù)是采用安裝于地表的鉆孔設(shè)備（水平定向鉆機(jī)），以相對(duì)于地面較小的入鉆角鉆入地層形成先導(dǎo)孔，然后將先導(dǎo)孔分級(jí)擴(kuò)徑至孔徑要求，最終通過回拖敷設(shè)管道的一項(xiàng)技術(shù)，在施工中具有跟蹤和導(dǎo)向功能。
         該工藝可廣泛適應(yīng)于粉質(zhì)性黏土、粉土、粉砂土、各種軟巖、硬巖等易成孔的地質(zhì)條件，不太適應(yīng)于砂卵粒石、中粗砂等不易成孔的地質(zhì)條件。
夯管施工技術(shù)
   夯管穿越技術(shù)
   管幕穿越技術(shù)
   鋼管樁施工技術(shù)
   氣動(dòng)矛穿越技術(shù)         氣動(dòng)夯管錘實(shí)質(zhì)上是一個(gè)低頻、大沖擊功的氣動(dòng)沖擊器，它是由壓縮空氣驅(qū)動(dòng),將要鋪設(shè)的鋼管沿設(shè)計(jì)路線直接夯入地層，從而實(shí)現(xiàn)非開挖穿越鋪管的一種鋪管工具。在夯管過程中，夯管錘產(chǎn)生很大的沖擊力，這個(gè)沖擊力通過調(diào)節(jié)錐套、出土器和夯管頭作用于鋼管后端，再通過鋼管傳遞到前端的切削頭上，切割土體，并克服土層與管體的摩擦力使鋼管不斷進(jìn)入土層。隨著鋼管前行，被切割的土芯進(jìn)入鋼管內(nèi)。待鋼管抵達(dá)目標(biāo)后，取下切削頭，將管中的土芯排出，鋼管留在孔內(nèi)，即完成鋪管。
夯管技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
   夯管施工具有施工快捷；
   不會(huì)造成路面沉降；
   準(zhǔn)直性好；
   地質(zhì)適應(yīng)性好：夯管施工技術(shù)幾乎可以適應(yīng)除硬巖以外的所有地質(zhì)條件。特別適合在回填土、流砂以及淤泥等不穩(wěn)定性地質(zhì)條件下的穿越施工。
管道檢測(cè)清洗清淤修復(fù)置換（新技術(shù)新工藝）
供水管道（壓力管道）
1  檢測(cè)（撒哈拉技術(shù) -智能球）
2 提供修復(fù)方案
高壓清洗，清淤清障
壓力管道軟襯法修復(fù)
排水管道（重力流管道）
1  檢測(cè)（CCTV  QV  聲納）
2  提供修復(fù)方案
管線老化，塌陷輕微變形
      A，紫外線光固化修復(fù)技術(shù)
      B，熱塑成型管道修復(fù)技術(shù)
管線老化塌陷變形嚴(yán)重
      A，管道原位置換技術(shù)
      B，管線新建
檢查井的修復(fù)
非開挖管道修復(fù)及更新技術(shù)
管道破碎更換技術(shù)（原位更換法）
管道內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)
   內(nèi)插法
   “U”型折疊內(nèi)襯法
   軟襯法（翻襯法）
   等徑壓縮內(nèi)襯法
管道局部修復(fù)技術(shù)
管道原位更換技術(shù)（爆管法）
        管道原位更換技術(shù)（爆管法）是指以待更換的舊管道為導(dǎo)向，利用管道破碎和牽引設(shè)備將舊管破碎的同時(shí)將新管拉入或頂入的管道更換技術(shù)。
        爆管法是在更換一些舊的、不合要求的油氣、給排水管道工程中得到普遍認(rèn)可的一種管道非開挖在線更換方法。該工藝采用等徑或超徑的新管道來在線更換舊管道。當(dāng)要更換的舊管道的分支較少或是需要提高其承載力時(shí)，采用爆管法工藝將獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。
        為了適應(yīng)不同材質(zhì)、不同管徑的更換需要，依據(jù)破碎管道的方式不同，常用的管道原位更換技術(shù)分為：氣動(dòng)碎管法、液壓靜拉碎管法和液壓刀具碎管法。
氣動(dòng)爆管法
      氣動(dòng)報(bào)管法是利用氣動(dòng)錘的沖擊力從舊管的內(nèi)部將其破碎，并將破碎的管道碎片擠壓到周圍的土層中，同時(shí)將新管或套管從氣動(dòng)錘的后面拉入或頂入，完成管線的更換工作。
         在氣動(dòng)爆管法工藝中，爆管頭是一個(gè)錐形的土體擠壓錘，并由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)在180~580次/min的頻率下工作。爆管頭前端伴隨來自于鋼索的持續(xù)拉力，在氣動(dòng)沖擊力的作用下，將舊管道一點(diǎn)點(diǎn)破碎，并同步拉入待更新的管道。
        氣動(dòng)爆管法適用于由脆性材料制成的管道（陶土管、混凝土管、鑄鐵管、PVC管）的破碎更換，新管可以是PE管、聚丙烯、陶土管和玻璃鋼管等。適應(yīng)管徑為50~1200mm；一次性更換的關(guān)系長度最大可達(dá)300m。
         靜拉力爆管法是通過施加在爆管頭上的靜拉力來破碎舊管道，使用鋼索或鉆桿穿過舊管道連接在爆管頭的前端來施加靜拉力。錐形的爆管頭將水平的靜拉力轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪陛S向發(fā)散的張力來破碎舊管道，并把破碎后的管道碎片擠壓到周圍土體中，為安裝新管道提供空間，并同步將帶更換新管線拉入，從而完成管道更新。
        該施工法適應(yīng)于管徑較小的脆性管線的更換，施工中若采用快捷拉桿，施工效率將大大提高。
        U型折疊內(nèi)襯法是使用可變形的PE或PVC作為管道材料，施工前在工廠或施工現(xiàn)場(chǎng)先通過改變襯管的幾何形狀來減少其斷面。變形管在舊管內(nèi)九尾后，利用加熱或加壓使其膨脹，并恢復(fù)到原來的大小和形狀，以確保與舊管形成緊密的配合。有時(shí)，還可以用一個(gè)機(jī)械成形裝置使其恢復(fù)到原來的形狀。
噴涂法管道修復(fù)技術(shù)
          當(dāng)管道的結(jié)構(gòu)完好，但存在局部的缺陷（如裂隙或接頭損壞等）時(shí)，可考慮使用局部修復(fù)的方法。噴涂法是管道局部修復(fù)最為常見的技術(shù)之一。
         噴涂法是通過一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的噴涂頭將內(nèi)襯漿液噴涂到管道內(nèi)壁，在通過抹平或固化技術(shù)形成一個(gè)穩(wěn)定可靠的且與舊管緊密配合的內(nèi)襯。噴涂法應(yīng)用最廣泛的噴涂材料是混凝土和環(huán)氧樹脂。
         噴涂法管道修復(fù)施工往往需要運(yùn)用管道檢查掃描定位技術(shù)（CCTV系統(tǒng)）和管道清洗技術(shù)。