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非开挖施工技术在市政管道施工中的应用

发布日期:2022-06-07 浏览量:278

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前言

随着我国城市化进程不断加速,城市中人口数量不 断增加,在大幅促进城市经济增长的同时,也给城市的市政工程 带来极大的运行压力。市政管道工程是城市现代化建设中不可 或缺的基础设施之一,在城市日常用水、防洪、排涝中都发挥着 非常重要的作用。

但无论是新管道的铺设还是旧管道的修复, 都会在一定程度上影响施工位置原有的交通、商业活动和居民 的正常生活。近年来,随着非开挖技术在市政管道施工中的应 用不断加深,有效地改善了以上相关问题带来的影响。基于此, 本文对非开挖施工技术进行概述,并对其在市政管道施工中的 应用进行详细的分析,旨在为相关人员提供参考。


1 引言

市政工程是城市运行的基础工程,与城市居民的生活和生 产密切相关,对城市的综合发展具有非常重要的拉动作用。管 道工程是市政工程中的重要组成部分,工程具有施工周期长、工 程量大、投入成本高、涉及人员和设备量大等多种施工特点,传 统市政管道工程都是采用开挖式施工方式,不仅会影响周边的 交通和商业活动,还会影响周边居民的正常生活。在我国建筑 行业和建筑工艺不断发展的背景条件下,非开挖施工技术在市 政管道工程建设中的应用范围越来越广,该种施工方式对道路 表面的破坏很小,还能给地下管道一定防护,延长地下管道的使 用寿命,具有很好的经济效益和社会效益。


2 非开挖施工技概述

非开挖技术是利用先进的岩土钻掘技术和设备,改变传统 管道施工中需要大面积开挖土体的方式,通过导向、定向钻进等 方式尽量不开挖或少开挖,完成对地下管线的更换、敷设和修复 等工作,不会对施工环境周边的交通、植被、商业和居民的正常 生活产生影响,具有较好的社会效益。常用的施工方法包括水 平导向钻进法、顶管法、微型隧道法等,施工步骤通常为以下 三步。

第一,勘测。施工前需做好全面且详细地勘测工作,勘测内 容包括施工环境的土壤情况、周围管线排布情况、周边建筑及构 筑物的建设情况等,然后结合市政管道的建设需求和勘测结果 制定科学的地下钻孔施工方案,为市政管道的建设提供必要的 数据参考。

第二,安装机械设备。根据地下钻孔施工方案中制定的钻 孔路线,将相关机械设备安装在预定开孔位置上,然后开挖入射 作业坑,并做好必要的防护、支撑、加固及排水等工作,安装好钻 孔设备。

第三,钻孔施工。非开挖的施工环节主要分为两个环节:首 先,以造斜潜入、开孔及保直潜入等施工为主的方向动土;其次, 应根据工程建设要求严格控制开孔径,根据不同的等级要求扩孔,并对孔壁进行必要的加固、加厚,并完成回拉扩孔。


3 非开挖技术的应用价值

首先,与传统市政管道的开挖技术相比,非开挖技术主要是 利用先进的钻孔机械设备在地下环境中钻孔并敷设管道,对人工和大型挖掘设备的依赖性较小,能极大程度地减少人工成本 和设备租用成本,减少资金投入,获得更好的经济效益。

其次,非开挖技术在施工中由于不会使用大型的挖掘设备, 施工的灵活性大幅提升,即便在狭窄的环境中也能进行施工,最 大化减少对周边居民正常生活的影响,具有良好的社会效益。

最后,在市政管道施工中采用非开挖施工技术,能得到精密 程度更好的管道坑,大幅提升市政管道的建设质量,还能避免与 周围建筑物产生接触,确保管道的建设符合设计要求[1]

非开挖技术不仅能用于市政工程地下给排水管道的敷设、 修复、更换等,还能用于修改地下电缆线路等工作,具有良好的 应用价值[2]。但是,非开挖技术的使用对开挖设备的依赖性较 强,目前国内建筑行业中的非开挖技术并未达到成熟水平,与技 术成熟国家相比还有很大不足。但发展中国家对非开挖技术重 要性的认识不断提升,国内对非开挖技术的研究也不断深入,在 市政工程中的应用范围也不断扩大。


4 非开挖技术的具体应用方式

4.1 顶管施工技术 顶管施工技术首先挖掘工作坑,然后将顶进设备安装在工作坑内,利用设备产生的顶力将管道按设计坡度顶入土壤中,并 将顶出的土方运走,还需要在两个工作坑内埋设工具管或挖掘 机软管。具体施工方式包括人工顶管、水射流顶进和挤压顶进、 机械加压等,具体施工时应根据施工现场的实际环境、管道的直 径和长度、土壤质量、经济性等多种因素综合确认。目前在 600mm~4000mm 管道进行管线直线铺设、混凝土管道、黏土等 情况下,大部分管道采用机械顶管施工。机械式顶管施工方法 是目前管道工程施工中应用较广的非开挖技术,其中混凝土管 道施工技术水平成熟度更高。

4.2 顶管施工的施工原理 施工开始后首先在管道侧挖井,在挖出的基坑中安装导轨。通常情况会在木材或混凝土技术上安装轨道,管道则安装在轨 道上[3]。另外,应预先做好充分的顶管施工测量工作,得到精确 的测量数据,并根据测量数据对顶管的中心线、标高、坡度等进 行严格的控制。将预制好的钢筋混凝土管利用液压千斤顶推入 土壤中,并以水平推力为核心保留工具管。在将钢筋混凝土管 道推入土壤之前,应充分清理管道表面和内部,保证内部无杂 物,在管道推入的过程中,及时排出进入管道中的土壤,直至完 成顶管作业。在顶管施工过程中产生的废渣分为干渣和湿渣, 应根据废渣种类的不同采用针对性的处理防治。若施工地形距 离较长或复杂程度较高,必须采用吊装的施工方式,应辅以必要绿色环保建材的保护措施,如泥浆夹套润滑、激光校正等,保证施工质量。在 顶管施工作业中,不仅要对施工环境进行详细的勘测,还应将井 筒沿线的地质情况纳入综合考量因素当中。在保证顶管符合长 度要求的前提下,可尽量减少工作井和接收井的数量,减少工程 量,减少开挖工作井对周边环境的影响。施工中尽量将施工井 设置在顶管中间部分,以方便施工中对其进行移动。

4.3 牵管施工技术 随着非开挖技术的不断发展,牵管施工技术在建筑行业内的应用范围不断扩大,尤其是在建设大型跨江工程、市政管道工 程、环境保护等方面,都凸显出其特有的技术优势[4]。该种施工 方式是在施工中通过计算机进行指导和测试,设计并挖掘曲线 相同的孔,将管线从导向孔中迁出,从而完成整个管道工程的施 工。牵管施工技术目前在地下管线的施工中应用范围非常广, 与顶管施工法相比,该种施工方法由于转动惯量较小,对管径较 小的管道工程来说具有更好的施工效果。因此,牵管施工技术 多用于具有长距离、小直径施工特点的管道工程施工当中,因该 类工程容易因距离过长出现管压缩误差。

4.4 牵管施工工艺 牵管施工需要在施工前用埋管探测器检测埋管位置,确定孔的深度和位置,确保孔能按照设计方案进入[5]。需严格控制埋 地管线和地下管线的安全距离,确保其符合设计标准。但排水 下水管道通常采用非金属水泥材质,探测器无法对其进行检测, 因此,若想确定排水管道的直径、深度及走向,需要雷达进行辅 助检测,通过雷达辅助检测还能在牵管施工过程中避免接触地 面定向孔,确保安全施工。详细施工流程是将探测棒上襦导管 端部,将钢管连接导管尖端,然后通过管道向导管施加压力,让 导管带动管道钻出地面。对安装在导管尖端的钻头无特殊形状 要求,弯曲或竖直钻头都可使用,钻头上的导向器能随时获取钻 孔的深度和方向,方便钻头在开孔的过程中遇到道路、河流、铁 路或障碍物时对其钻孔方向进行及时的调整。若需调整钻头前 进的深度和方向,可通过调整导向器头部方向的方式完成,使其 在地下形成一个圆形洞穴。防护罩内设有孔板中心线,一旦位 形成,它将扩展、解锁位并接受位的旋转反转。不同的施工环境 中土壤的情况各有不同,钻孔过程中产生的泥浆也有所区别,应 科学地控制失水情况,做好护壁措施。钻孔在完成后,管道也连 接到需要建设的长度,即可关闭两端管道,将其与钻头相连拖入 钻孔中,即完成管道工程的施工。

4.5 牵管施工技术的特点 牵管施工技术在施工中不会对地面交通产生影响,也不会大规模开挖影响居民的正常生活,有效改善了传统市政管道工 程在施工中给周边居民带来的影响[6]。签管施工技术能有效处 理长距离电弧波,满足地下岩屑埋深的设计需求。同时,该种施 工技术也不会对河道通航造成影响,施工过程中不会对两岸的 河床结构造成破坏,没有对施工时间的限制与要求,工程量与传 统开挖式施工技术相比大幅减少,工程周期短,安全系数高,成 功概率高。与其他施工技术相比,牵管施工技术具有进入现场 快、施工效率高、 开挖面积小、施工成本低等诸多优点。

4.6 夯管施工技术 夯管施工技术具有与牵管施工技术完全相反的作业原理,该种施工技术是利用夯击设备产生的冲击力将管道直接夯到土 壤中[7]。夯管施工技术对施工环境土壤地质的要求较低,并且施工前准备工作也较为简单,只需要在需要敷设管道的区域中,每 隔一段距离挖出机械作业必须的基坑即可。同时,夯管施工技 术的设备也较为简单,主要包括航管管锤、发动机和空压机三个 部分,即可高效地完成夯管施工作业。虽然应用夯管施工技术 的设备构成较为简单,但对设备有较高的性能要求,需要夯击设 备能结合施工要求的不同产生强大的冲击力,目前国内还未能 对该类型设备进行大规模生产,行业内使用的设备也多为国外引进。

4.7 夯管施工技术操作流程 夯管施工技术的操作流程是首先将钢管放置在预先挖好的基坑当中,利用夯锤击打钢管底部,在夯锤强大的冲击力作用下 将钢管击入预设管道内[8]。由于该种施工方法的施工前准备工 作较为简单,没有对施工区域内的地质情况进行详细地勘察,使 得管道在被夯击的过程中容易与土壤中的石块、障碍物等发生 碰撞,在一定程度上制约了夯管施工技术的应用效果。为尽量 规避施工中出现这一现象,行业内对夯管施工技术的操作流程 提出了更严格的要求,通过隔断设置管坑的方式,最大化减少管 道与障碍物的碰撞概率,使其获得更好的应用效果。


5 结语

综上所述,非开挖技术在市政工程管道施工中具有诸多优 势,并且具有良好的社会效益和经济效益,对促进我国市政工程 的建设水平来说具有非常重要的意义。但是目前国内非开挖技 术水平与发达国家相比还有一定差距,并且相关设备也需要从 发达国家中引进,在一定程度上增加了施工成本。相关人员应 加大对非开挖技术的应用研究,根据工程的实际情况灵活地选 择不同的非开挖技术手段,提高市政管道施工质量,促进城市快速发展。