谢亚磊
中国水利水电第十一工程局有限公司，河南省郑州市 450001
摘 要：非开挖技术即在不开挖地面的情况下就可以开展施工作业，将其应用到市政给排水工程中，有效避免了因为给排水管道铺设施工操作给路面及周边环境造成的不良影响，在保证工程施工质量基础之上，大大降低了施工成本，提高了施工安全系数。鉴于此，本文首先对非开挖技术的概念做出了简要说明，然后介绍了非开挖技术的几种常见类型和应用优势，最后结合工程实例详细阐述了非开挖技术在市政给排水工程中的具体应用。
关键词：非开挖技术；市政；给排水工程；应用
引 言
随着我国社会经济的快速发展，国家综合实力不断增强，城市化建设进程也在持续不断加快，越来越多的人口涌入到城市当中，给城市各项基础设施带来了更大的压力，市政给排水系统就是其中一个，现如今市政给排水系统故障屡见不鲜。为了给人们提供更加优质的服务，必须对现有给排水系统进行不断完善，及时处理系统中出现的各类故障，在此过程中难免需要封闭故障区域，采用传统技术施工周期长，施工范围大，给市民正常生活带来了很大的不便。这就需要引入非开挖技术，不仅可以减少对周边建筑物的破坏，而且还降低了施工成本，施工质量也非常显著，受到了人们的广泛青睐。
1 非开挖技术的概念
非开挖技术是指在不开挖地面或者是极小程度破坏地面的情况下，通过利用各种检测设备和岩土钻掘设备，采取定点钻探和定向钻探的方式实施地下作业的一种施工技术。在市政给排水工程中的应用即在现有管道内部安置内衬件，并利用内衬件开展地下管道施工和维修作业。该项技术早在上个世纪七八十年代就已经出现了，我国由于施工理念和技术水平等多方面因素的影响，当时并没有得到广泛的应用，只是运用在一些施工要求非常严格的位置。非开挖技术最大的特点就是施工过程无需大范围开挖地面，对周边环境影响小，不阻碍正常交通和人们的生活，而且施工效率高。现如今应用范围越来越大，包括燃气工程、给排水和电力工程，还有一些古建筑和文物的保护和维修工作，体现出非常好的社会经济价值。
2 非开挖技术分类
2.1 定向钻施工法
在传统挖掘施工方式无法进入施工区域，或者工作人员因为体型限制而无法达到工作区的时候，就需要采取定向钻施工法。定向钻施工法即先利用钻头喷射高压水柱进行松土，钻好孔后将管线埋入地下的一种施工方式。就我国目前情况来看，定向钻施工法操作中利用高科技钻头可以迅速击碎直径在30cm以下的石块，钻杆也实现了33m弯曲半径以内的全方位方向调整。在地下管道铺设过程中采用定向钻施工法根本无需施工人员亲自进入一些危险性比较大的作业区，很好地保证了施工人员的人身安全。在拉管方式的辅助下更加适用于一些直径比较小的管线铺设作业，灵活性比较好。
2.2顶管施工法
顶管施工法即利用顶进设备的顶力有效克服土壤和管道之间的摩擦力，逐渐将管道顶进土层当中，同时利用机械或者人工挖出方式清理掉管道当中的土壤，一节管道顶入清理好之后继续下一节管道的顶进，直至所有管道都到达指定位置。该施工法比较适用于一些中小口径的钢筋混凝土和钢管管道铺设。顶管施工法又包含有后顶法、对顶法和对拉法，具体应用过程中可以根据工程具体特点和施工要求选择最为合理的顶管施工方式。顶管施工法在实际应用中大大减少了土方量，节约了施工场地，尤其在穿越建筑物管线铺设中体现出非常大的优势。
图1 顶管施工示意图
2.3 盾构施工法
盾构施工法即在护盾保护下开展掘进和衬砌施工操作，进一步构建成隧道的一种施工方式。具体施工流程为：稳定开挖面--盾构机掘进--衬砌，最常被应用于隧道工程施工中。该施工法的掘进主要依靠旋转推进刀盘，利用盘形滚刀击破岩石而一次性建成隧道。盾构施工法虽然出现的时间并不长，但因为其施工效率高且安全性能好，所以目前在水利工程、交通工程和采矿工程中得到了非常广泛的应用。
3 非开挖技术的应用优势
3.1 节约成本
市政给排水工程以往都采用开槽埋管的施工方式，站在经济学角度来说，传统施工方式不仅要考虑管道铺设费用，而且还要对道路修复、损坏建筑还原、机械损耗以及园林恢复等诸多方面的费用进行综合考虑。相比较而言，非开挖技术就大大节约了施工成本，较开槽埋管施工技术体现出更高的经济价值。
3.2 简化流程
传统市政给水施工流程为：现场测量—管道引入—水平干管—立管—支管--接器具支管，排水系统施工操作更为复杂，而且需要选用口径比较大的钢管，填埋比较深，所以还需要采用混凝土或者碎石对地基进行填筑，必要时还需要采取一定的支护处理。若没有达到地下水水位还需要实施降排水处理，可见整个施工流程非常繁琐[1]。而非开挖技术无需实施支护处理，施工流程也更为简单，有效提高了施工效率。
3.3 节省施工时间
从上面介绍中就可以看出，传统开槽施工方式不仅开挖面积大，而且施工流程复杂，给周边环境造成了较大的破坏，通常情况下都需要较长的施工工期。由于市政给排水管道几乎都埋设于地下，如果采用挖槽方式势必需要大范围封闭道路交通，抢修过程一旦定点失误就会造成人力物力和财力的严重浪费。采用非开挖技术就有效避免了这些问题，节约施工时间，减小给周边环境和市民的影响。
3.4 降低管道置换难度
近些年我国城镇化建设速度不断加快，市政给排水工程管道置换工作量也在不断增加，在此工作中利用非开挖技术可以有效降低管道的置换难度，通常情况下市政给排水管道置换操作多选用破管顶进和爆管法两种。如果管道周围图层坚硬多选用破管顶进法，即先以旧管道为导向，利用水平钻机对旧管道和周边土层实施削碎处理，然后顶入新管，从而实现对管道的置换。爆管法有时候也被人们称之为破管外挤法，即利用相应的爆管工具对旧管道实施破坏处理，与此同时将旧管道碎片挤入周边土壤当中，进一步拉入新管完成置换，这种施工方法最大的优势就是同步完成了旧管的破碎和新管的安装，不仅施工速度快，而且有效降低了对地面的影响[2]。
3.5 提高施工安全性
传统开挖技术在实际应用过程中由于开挖范围大且埋管比较深，所以很容易引发塌方事故，严重威胁着施工人员的人身安全。而非开挖技术根本无需开挖地面，施工人员也不需要深入地下作业，所以大大提高了施工过程的安全性，但对施工人员的专业技能要求非常高。
4 市政给排水工程中非开挖技术应用要点
4.1 项目概况
“两不愁，三保障”工作在脱贫攻坚战中发挥着十分重要的作用，所以为了推进该项工作的顺利开展，保证市民的基本生活不受影响，该项目为解决本市13066人口的给排水问题，即在铺设给排水管网的同时，还要规范安装给排水管线和设备。可是由于施工区域地下水位比较高，而且开挖巷道比较窄，挖出的土方无地堆放等多方面因素的影响，最终选用非开挖拉管施工技术。下面就非开挖技术在给排水工程中的具体施工要点进行简要分析：
4.2 做好前期准备
在工程开始施工之前就需要做好一切前提准备工作，从而为给排水工程非开挖施工技术的顺利推进提供良好的基础条件。具体包括：首先，安排专人深入现场对具体施工环境进行详细勘察，重点了解施工区域的气候、地质、人文环境等，并根据具体情况科学合理确定非开挖施工的拉管进口和出口位置。该项目在前期勘察过程中发现施工地带地下水位偏高，而且开挖巷道比较窄，再加上开挖土方堆放场地严重不足，所以最终选择了非开挖拉管施工方法[3]。其次，结合项目实际情况和相关标准规范选择给水、排水管道和设备，就该项目来说，对给排水管道的韧性、密封性、抗拉和抗压性能都有着比较严格的要求，必须满足工程施工和后期拉管要求。再次，合理设计给排水管道拉管导向孔迹。具体设计工作需要充分结合重力因素合理布控拉管坡度和给排水管道的深度，要求拉伸操作完成之后，给排水管道可以和其他管线实现集合，并且不会出现严重的干扰。
4.3 钻孔及扩孔
非开挖拉管施工过程中，导向孔钻进和回转钻进扩孔是非常关键的两个施工环节。在导向孔钻进过程中，需要注意：首先，钻孔段施工过程中尽可能保持平直，同时还需要对钻头的左右偏差和倾角进行实时监测。就该项目来说，要求每钻进6米就对测量一次钻孔的深度，而且钻头的左右偏差不可大于0.5米，倾角也不能超出±2%[4]。其次，保证钻头在钻进过程中方向不出现过大偏差，每完成一根钻杆钻孔之后，工作人员最好对钻头的位置实施一次测量，避免出现太大的曲线误差。再次，钻孔作业和孔内注浆操作同步实施。
回转钻进扩孔施工操作要确保钻孔尺径比给排水管道尺径大一些，从而便于后期拉管施工作业。在具体扩孔施工过程中，工作人员还需要根据具体地质状况，合理设计扩孔次数，并分多次实施扩孔操作，同时还要实时关注扩孔阶段的回拉阻力和扭矩，进一步决定是否停止扩孔进行管道回拖。在该项目扩孔过程中，最后一次扩孔完成之后安排工作人员将拉管盘、U型卡子、扩孔钻头分动器和钻杆连接在一起，从而使钻机回转拉管启动后，钻杆便可以回转运动，完成钻孔扩孔作业。
4.4 做好泥浆制备和注浆
无论钻孔还是扩孔施工过程中，都需要利用泥浆对孔洞实施保护，泥浆的作用主要体现在以下三个方面：首先，泥浆在孔壁四周逐渐形成泥饼，从而更好地规避了钻孔发生塌方事故。其次，泥浆在钻进和扩孔施工中可以起到一定的润滑作用，在一定程度上减小施工中钻头和钻杆之间的阻力[5]。再次，钻头前喷射泥浆会形成射流效果，实现对土层的快速切割，提高了实际钻进速度。在该工程施工过程中，要求聚合物和膨胀土的添加量应该保证在总泥浆量的2%左右，这样可以保证泥浆的润滑程度，避免因为扭矩减小而引发坍塌。
在具体配浆和注浆过程中还需要注意：首先，泥浆配制的时候最好选用较为潮湿的优质土壤，并根据实际情况合理确定膨润土、泥浆和聚合物三者之间的配制比例，确保泥浆的减摩效果和支撑能力可以满足施工要求。并且浆料罐当中的浆料还需要事先进行压制处理，之后才能实施搅拌。其次，对实际灌浆压力做好严格把控，通常情况下灌浆压力应该要比净土压力和管体上部的压力稍微大一些。在本工程中，灌浆压力的确定和调节需要综合考虑施工区域的地下水水位和地面变形情况，保证孔洞稳定性和注浆效果之间的有机统一。在管道连接作业结束之后，将顶升环节中压控操作的触变泥更换外部触变泥浆中的纯水泥浆，避免后期管道发生沉降现象[6]。
图2 管内向外注浆
4.5 拉管施工技术控制
拉管施工属于非开挖施工中非常关键的一项内容，其施工质量对整个市政给排水工程最终施工质量都有着很大的影响。该项工程在扩孔施工作业完成之后，施工人员要利用拉管接头将被拉管和钻杆连接在一起，之后再启动钻机拉管。在具体来管过程中需要注意以下内容：首先，将待铺设管线和拉管头连接在一起的时候通常采用两种方式，一种是焊接连接方式，这种连接方式多用于钢管材质的连接。另一种是利用夹管装置进行密封连接，这种方式主要适用于塑料管的连接。其次，针对一孔多管情况要对拉管头进行均衡布置，尽量减小管道之间的相互影响作用，同时还要对泥浆的回流问题引起重视，保证泥浆可以均匀回流到管线空隙处。再次，管道铺设结束之后，要将扭转出入土的统一管垂直面偏差控制在一个合理的范围内。另外，严格按照规范要求把控拉管的牵引力大小，不可超出管材最大拉力范围。
4.6 强化导管施工管理
非开挖技术虽然已经问世很久，但在我国的应用和发展还不够成熟，所以在实际应用过程中还要充分结合工程实际情况和企业自身发展状况做出合理选择，切不可盲目引进，以免后期施工中出现诸多问题，导致人力物力和财力方面的浪费。只有在自身条件完全符合和满足应用非开挖技术前提之下，才能将非开挖技术的应用价值充分发挥出来[7]。由于不同地区的市政给排水施工情况各不相同，所以在具体应用的时候还要求技术人员能够熟练掌握非开挖技术的核心内容和应用要点，加强导管施工管理，只有这样才能不断提高工程最终施工质量。施工单位要根据工程建设具体要求，强化导管施工管理，加强对施工技术的不断创新和改良，为给排水施工质量的不断提升提供保障。
5 市政给排水工程中非开挖拉管施工技术应用效果评估
5.1 环境效益良好
就该工程项目施工效果来看，非开挖拉管技术在市政给排水工程中的应用，定向钻穿越施工作业几乎不会对施工区域及周边的交通和居民正常生活造成任何影响，而且也不会破坏绿化和植被。和以往传统施工方式相比较而言，非开挖技术还减少了噪音、环境和空气等诸多方面的污染，取得了非常好的环境效益。
5.2 施工质量突出
传统市政给排水挖槽施工方式不仅很难保证施工质量，而且项目建设过程中很容易出现各类误差，影响工程整体施工效益。该项目采用了非开挖技术，利用现代化高科技设备实施精准拉管穿越，从而使管线埋设深度和铺设方向都更加容易调控，而且受地下障碍物的干扰影响程度比较小，有效提高了工程整体施工质量。
5.3 经济效益良好
经济效益主要体现在：首先，市政给排水工程施工中采用非开挖技术，降低了周边环境对施工作业的影响程度，容易控制施工进度。就该项目来说，非开挖拉管施工技术的应用减少了对施工场地的占用，提高了施工效率，缩短了施工工期，降低了施工成本[8]。除此之外，非开挖拉管施工中引入了现代化新型机械设备，大大减少了施工人员的劳动量，降低了施工作业对人力资源的过度依赖，无需再像以往传统施工那样需要投入较多的人工劳动力，从而降低了人工成本，节约开支，实现了工程经济效益的最大化。
结束语
总而言之，随着非开挖技术的不断推广应用，现如今在我国诸多领域都得到了人们的广泛认可，应用范围也越来越广。特别是近些年国家大力倡导低碳环保理念的应用，人们环保意识也不断增强，很多地区都已经出台了不同的限制施工开挖有关规定，在此大环境下更好地带动非开挖技术的迅猛发展。从本文论述中可以看出，在市政给排水工程中运用非开挖技术不仅能够减少对路面的开挖范围，降低工程量，而且还节约了施工成本，提高了施工效率，更好地保证了施工质量，为我国城市发展和环境保护做出了一定的贡献。
参考文献
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