非开挖施工技术在市政管道施工中的应用探讨

非开挖施工技术在市政管道施工中的应用探讨

吴晓明 

广东华隧建设集团股份有限公司   广东广州   510000

摘要：非开挖技术是地下施工中为避免对地表造成破坏而采用的方法。本文分析了非开挖施工技术的原理和应用，总结了其在管道施工中的优缺点。根据分析，合理选择非开挖施工方法可以缩短工期，降低成本。地质条件稳定时，首选水平定向钻穿越法。地质条件复杂时，根据穿越距离可选择顶管法、直接铺管法、盾构法。建议结合智能制造技术，优化直接铺管法的设备运行模式。

关键词：非开挖技术；市政管道；施工

引言

非开挖技术管道施工最大的特点是无需进行大规模的地表开挖，适用范围广，可以用于铺设地下电力、通讯、燃气、给排水等不同类型的管线。

相比传统的明挖施工方式，非开挖技术具有许多优势。首先，非开挖技术具有快速高效的施工速度，能够提高工程的进度和效率。其次，非开挖技术具有较大的铺设长度和管径范围，可以满足不同项目的需求。此外，非开挖技术对居民生活和现有建筑物影响较小，减少了对周边环境和交通的干扰。最后，非开挖技术还具备进行管道原位修复或应急更换的能力，可以有效应对各种紧急情况。

1.非开挖施工技术特点

非开挖施工技术在施工过程中对周边居民的出行的影响较小，并且对施工现场周围环境的影响范围也相对较小，这是其一个重要的优点。非开挖技术具备使用方便灵活的特点，可以及时调整施工方案，特别适用于传统开挖施工难以进行管道施工的城市地段。此外，非开挖技术能够加快施工速度，降低施工成本，减少施工人员数量和工作量，从而缩短施工周期。相比传统施工技术，非开挖技术具有更高的施工精度，能够有效避开地下其他管道及障碍物，通过导向系统按设计的预定线路准确进行管道施工，有助于提高工程的质量和可靠性。此外，非开挖技术也可以减少岩土挖掘施工技术带来的影响，提高施工人员的工作效率和安全。

2.顶管法工作原理及其应用

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顶管施工是一种非开挖管道施工技术，适用于直径在600至4000毫米之间的管道。在各种管道得到了广泛应用，包括自来水管道、电线电缆、燃气管道等。顶管施工对城市的交通及环境影响较小，这是其一个重要的优势。相比传统的明挖施工方式，顶管施工无需进行大规模的地表开挖，因此可以避免对地面交通造成影响，并减少对环境的影响。此外，科学组织顶管施工能够有效避免或减轻地面的沉陷和工程质量问题，有助于提高施工的安全性和稳定性。同时，顶管施工还能够减少对周边建筑物和地下设施的影响，保护现有的建筑物基础。总之，顶管施工作为一种非开挖的管道施工技术，具有适用范围广、对交通及环境影响小等优势。随着技术的不断发展和推广应用，顶管施工在工程建设中将发挥越来越重要的作用。

2.1工作原理

顶管作业施工过程需要从管道的初始位置开挖始发井，并建立后背墙以提供顶进时所需的反作用力。该作业主要依靠掘进机和顶推油缸等设备来完成，其中顶推油缸通过千斤顶提供推力，使得掘进机能够前进并破碎岩石，同时后端油缸则推动管节进行铺设。为了确保顶管能按照设计线路向前顶进，需在始发井内使用导向轨进行精确定位，以确保顶管的初始位置准确无误。在地面控制台上，施工人员可以实时监控掘进姿态，并及时进行纠偏。其中，刃口式推进主要适用于大口径管道的施工，而土压平衡、泥水平衡和泥浓平衡三种施工工法则主要应用于中、大口径的密闭型管道施工。土压平衡施工则通过注入混合材料来平衡管道内外的压力，从而减少了泥水处理环节和相应的成本开支。泥水平衡施工通过调节循环水的压力和注入减阻剂等手段，从而使施工过程保持压力平衡状态。泥浓式推进施工方法可以有效地排出较大的砾石，降低刀盘的磨损，提高施工效率，并在一定程度上减少了整体施工成本。

2.2顶管法现场应用

顶管施工具有适应各种地层环境的特点。无论是在稳定地层还是不稳定地层以及地下水环境下，顶管施工都能够有效进行。顶管作业中，竖井成本相对较高，并且对顶管施工成本的影响比较大，特别是当穿越距离不足600米时。因此，在选择顶管施工时，需仔细考虑成本因素。如果地质条件适宜定向钻施工，顶管施工通常较容易实现，并且造价相对较低，施工速度可达20米/天，效率较高。当地质条件复杂，但仍可以进行定向钻施工时，顶管作业可以有效应对复杂环境的挑战，降低风险，并且施工成本不会高于定向钻。

3.盾构法工作原理及其应用

盾构法需要用到盾构设备，盾构机主要由几个主要部分构成，其中切削环是盾构设备的重要组成部分，其主要作用是通过旋转刀盘，将前方土体进行切削和破碎。在推进过程中，刀盘上的刀具不断地进行切削和破碎，使渣土进入盾构机土仓。然后通过螺旋输送机，将渣土和岩石颗粒输送到盾构机后部，然后通过管道或平板小车运出隧道。支承环通常均衡设置多组千斤顶，通过支撑在已拼装完成的衬砌环上推动盾构机循环向前掘进。衬砌环是盾构施工中的另一个重要组成部分，它形成衬砌施工所需的空间。可以通过人员操作拼装机的方式进行衬砌砌块的拼装操作。在一环衬砌施工完成后，千斤顶可以借力推动盾构继续向前推进。盾构的三个部分相互配合，各自发挥着独特的功能，共同完成市政管道的施工任务。通过切削环的切削和破碎、支承环的支撑保护、以及衬砌环的衬砌施工，盾构施工能够高效地实现市政管道的施工，并保证施工过程的安全性和稳定性。

3.1工作原理

盾构机包括前端掘进机和尾部液压顶推装置。盾构机使用刀盘来切削土体，而泥水加压仓则用于防止泥水渗入机仓。在盾构施工中，尾部液压顶推装置提供推力，推进一环距离后会停下来进行一环衬砌。盾构机的推进动力是通过反力架提供的反作用力来实现的。通常在完成始发百环管片后会拆除后端反力架，通过衬砌壁与地层之间的摩擦力来提供千斤顶推进所需的反力。在盾构机到达接收井前，需要对出洞井口进行加固，并布设接收基座。到达后，开始进行设备拆卸并通过吊装方式将其吊出接收井外。

3.2盾构法现场应用

盾构作业的实施大幅提高了地下管道施工的机械化程度，显著降低了现场施工人员的劳动强度。盾构施工对管径大小没有明显影响，但由于设备和工程复杂性，造价较高。在松软含水地层中，盾构施工具有技术优势。针对不同的地质特征，盾构作业需要采用合理的穿越方案。以连续穿越粉砂和卵砾混合岩层为例。在掘进黏土质粉砂地层时，应添加絮凝材料或抑制黏土分散的材料，以降低泥浆固相含量，增加净排泥浆量。在稳定性较差的卵砾地层中，需要建立泥水平衡来维持作业面的工作压力，提高泥浆的支护能力。同时，适当减小掘进速度和降低刀盘转速，以避免地层坍塌和过大扰动。

4.总结

近年来，非开挖施工技术在建筑行业的基础施工中得到了广泛应用，并且在市政管道的铺设和修复中也扮演着重要的角色。其中常用的非开挖施工技术包括顶管法、盾构法等。尽管非开挖施工技术有很多种，但根据实际情况选择正确的施工方法至关重要。只有这样才能有效地减少居民、交通和施工之间的冲突，确保不影响交通的正常运行和居民的出行。另外，随着5G时代的到来，智能化建设已经开始融入非开挖技术的研究。将智能化与非开挖技术结合，打造一套自主安装和调试的系统，也成为非开挖设备研发的重点。这将进一步提高施工效率和精确度，并为管道建设提供更多可能性。

参考文献

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