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摘要：非开挖施工技术指的是不在原有道路上采取开挖方式进行管道施工，而是采用不开挖、少开挖的方式完成管道施工的技术，该技术有着不影响城市交通、不破坏原有道路、征拆成本低等优点，不仅施工速度快，而且能有效减少因开挖回填造成道路质量下降的问题。本文首先介绍开挖施工技术及其不足之处，再介绍几种常见的非开挖施工技术，然后逐一讨论非开挖技术在各类市政管道工程施工中的应用。
关键词：市政管道工程；非开挖施工技术；顶管施工技术；拉管施工技术
1 引言
当前，市政管道工程的作用愈发凸显，高楼大厦是城市的“面子”工程，而地下市政管道工程是城市的“里子”工程，市政管道施工作为保证“里子”工程质量最重要的环节，如何高效、快捷、安全、经济地进行市政管道工程施工是每一个工程从业者值得思考的课题。非开挖施工技术从国外引进我国已经多年，但主要还是应用在给排水管道工程中，将非开挖技术应用到全类别市政管道工程中，不仅有利于优化施工技术，同时也有利于推动市政管道施工技术标准化。
2开挖施工技术
开挖施工技术即管道开挖敷设是一种传统的管道施工技术，一般按照测量放线→沟槽开挖→沟槽支撑→管道安装→沟槽回填的施工顺序进行。
2.1测量放线
测量放线是根据管道的起点、终点和转折点的设计坐标，或者和其他建筑物的关系，把坐标通过仪器还原到实际地形中，然后沿管道中线方向进行中线测量和纵断面水推测量，把设计图纸上的管道1：1还原到实际地面上，确保按图施工。
2.2沟槽开挖
沟槽开挖是在原状地面上开挖出便于管道安装的沟槽，目前主要有人工挖土和机械开挖两种施工方法，当施工现场狭窄、土方量较少、地下障碍物较多不且管道管径较小时，由于沟槽底部无法支撑重型机械，不易采用开挖机械进行深槽作业，通常采用人工挖土，一般人工挖土与出土同时进行，分层开挖，利用层间留台人工倒土出土；机械开挖相比人工挖土更加简单，当沟槽较大、土质较好，可以承受重型机械作业时，可以使用推土机、挖土机、装载机等机械设备进行开挖，相比人工挖土，机械开挖效率高、速度快、占用工期少。无论是人工挖土还是机械开挖，沟槽应以设计管底标高为依据，施工过程中要保证沟槽基底土体质量和强度达到设计要求。
2.3沟槽支撑
沟槽支撑是在管道安装前，对已经开挖好的沟槽设置支撑结构的一道工序，支撑结构一般是临时性结构，作用是在沟槽开挖期间阻挡地下水和防止边坡塌方，确保沟槽开挖安全，同时在沟槽施工期间减少对相邻的建筑物、道路和地下管线等产生危害，管道、基础施工完毕即失去作用。
2.4管道安装
在安装管道之前，首先应检查沟槽基底是否有杂物，将杂物清理干净，并结合实际情况对地基进行适当处理，结合管道材质、土质情况确定下管方法，当敷设陶土管、塑料管等直径较小、自重较轻的管道时，可采用人工下管；当进行直径较大、自重较大的管道安装时，一般采用机械下管。
2.5沟槽回填
沟槽回填分为部分间填及全部回填，一般采用木夯、铁夯、蛙式夯、火力夯、履带式打夯机、压路机等进行回填，回填土原则上采用砂或土质较好的土，同时应将块状土、片石等杂物去除，回填时从管道两侧均匀回填，分层回填分层压实，回填压实后应再次对管道安装情况进行复测，确保管道安装规范。
开挖施工技术虽然简单方便，但是其缺点也非常明显，通常需要破坏原状地面，在城市中进行开挖施工时，往往需要对上部构筑物及地下既有管线进行拆迁，由于围挡施工的原因，开挖过程中极大地影响了城市交通及市容市貌，因此，采用非开挖技术进行管道敷设是未来市政管道施工的重要方向。
3非开挖施工技术
3.1拉管施工技术
拉管施工技术是指先利用机械在地下进行钻孔，接着用扩孔器扩大孔道，待孔道形成后再利用机械在前方牵引管道，通过拉管前进的方式将管道从孔道中拉出，直至整条管道贯通的施工技术。由于孔道通常不完全水平，拉管过程分为下降、水平、上升三个阶段，牵引过程中需要克服孔道与管线之间的摩擦力，因此管道直径不宜过大，拉管距离不宜过长，一般管径为500mm以下，以实壁HDPE管居多，埋深较浅。这种技术工艺简单、施工方便，施工成本低，可同时牵引多根管线，适用于较硬的粘土、砂粘土性土层，但由于孔道构造简单，在土压力作用下容易塌陷，对管材强度要求很高，同时拉管过程中高程和方向不易控制，所以这种技术多用于对管道高程要求不严格的管道施工。
3.2顶管施工技术
顶管施工技术指的是在管道前后两端设置工作井和接收井，在工作井内安装顶进装置，并将管道吊入工作井中，通过顶进装置产生的顶力，克服管道与土体之间的摩擦力，将管道按照设计的坡度顶入土中，在管道前端设置顶管机头，机头在顶进过程中不断破碎前方土体，土体破碎后变成泥浆，流出管道，一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进，逐步将管道顶到对面接收井，从而完成整条管道敷设的工艺。顶管施工技术只需要开挖工作井与接收井，不需要开挖沟槽就可以完成地下市政管道的敷设或更换，在工作井中将管道顶入接收井，管道顶进距离可达1.5km以上，还可以根据地下实际情况选择曲线顶进，以绕开一些地下管线或障碍物。适用于各类管道的敷设，对管径要求较低，小管径管道与大管径管道都可采用这种方法，对管道材质硬度有一定要求，埋深通常较大，顶进距离可以达到1km以上，具有显著的经济效益和社会效益。
3.3盾构技术
盾构技术是一种在地表以下进行开挖的施工方法，通过盾构机在地下进行掘进，用机体本身保持开挖面稳定，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业，直至完成掘进工作。盾构施工主要由稳定开挖面、挖掘及排土、衬砌及壁后灌浆三大要素组成，其施工过程需先在隧洞某段的一端开挖竖井或基坑，将盾构机吊入，盾构机从竖井或基坑的墙壁开孔处开始掘进并沿设计洞线推进直至到达洞线中的另一竖井或隧洞的端点。盾构机外形是一个圆柱体，通过机头钻进土体，引导机体按照设计轴线前进，挖掘过程中机壳起到临时支撑作用，可以抵抗周围土压力，同时可有效隔断地下水，避免地下水侵入。根据盾构机不同种类，盾构开挖方法可分为敞开式、切削式、挤压式等，盾构技术自动化水平高、施工速度快、开挖过程不受气候影响、地面沉降小、对周边土体扰动小，当开挖隧洞较长、埋深较大、隧洞直径较大时，推荐采用盾构技术进行施工。
4非开挖技术在市政管道工程中的应用
4.1非开挖技术在给排水管道工程中的应用
给排水管道工程是最常见的市政管道工程，一般给排水管道的管径都比较大，通常采用铸铁管，也有部分管道采用钢管或钢筋混凝土管，在采用常规开挖技术施工给排水管道时，极容易因沟槽回填工作不到位造成管道渗漏或回填土沉降，渗漏出现主要是由于地质条件较差，回填土与周边土体存在不均匀的现象，回填过程中若压实过度，造成管道不均匀沉降，从而产生张拉应力，拉裂管道或管道接口，出现渗漏；此外，回填土材质较差或回填过程中压实不到位，又会引起管道回填土沉降。为了克服这个问题，在给排水管道施工过程中应优先选择顶管施工技术或盾构技术，通过顶管机（盾构机）向前运行，不断顶进管道，在管道被顶进时刀具对管内土体进行切削，直至管道完全贯通，避免了回填这一工序，降低了因回填压实过度破坏管道，造成管道渗漏的风险，同时也减少了因回填不实导致出现沉降，当采用盾构机施工时还可以进行壁后注浆，减少管道周边土体间隙，具备较高的安全性，能够适应多变的环境，开挖程度较低，工作量较少，也不会对周围的地质环境产生不利影响。
4.2非开挖技术在电力、通信管线工程中的应用
电力、通信管线工程一般直径都比较小，同时施工过程对管线弯折度有一定要求，由于盾构技术、顶管施工技术通常适合管径较大的管道，在电力、通信管线工程施工中可以选择拉管施工技术。由于管线直径小、管线材质软，施工时应先在管线两端开挖发射坑和接收坑，并在发射坑施工导向孔，然后采用扩孔设备将孔扩大，将安装好的水平定向钻机钻入土体，并按设计轨迹前进，同时将管道拉入，从接收坑中钻出，完成管线敷设，这种施工方法精度和效率较高，但由于钻机不能在较硬的土层进行钻进，因此通常在软土中敷设缆线较为常用；除此而外，对于部分郊外大管径电缆隧道、硬质排灰管道，也可以采用顶管施工技术，其中，针对直径不超过1m的管线隧道，可采用微型顶管法，在管线两端开挖工作井和接收井，利用工作井中的顶进装置将机头和管道不断顶进土中，这种设备的顶管机头操作自动化程度高，大多采用遥控，对于1m以上的大管径施工，如排灰管、城市管廊、电缆隧道等，可直接采用顶管法，部分钢制管道也可以采用夯管法，先用夯锤将钢管夯入地面，然后不断进行夯击，直至钢管完全夯入土体后，再利用压缩空气或高压水射流、螺旋钻杆等方法将钢管中的弃土排除，这种施工方法虽然简单、投资少、成本低，但方向控制较困难，对地层的地质有一定要求，不适宜大卵石、砾石的地层，一般较少使用，电力施工的局部排灰管有时候采用夯管法进行施工。
4.3非开挖技术在燃气管道工程中的应用
燃气管道一般都是采用金属制的软管，如PE燃气管、PP-R燃气管、UPVC燃气管等，由于燃气管道一般管径不大，材质都较软，一般情况下燃气管道安装都选择直接开挖管线沟槽下管，但燃气管道在开挖沟槽过程中常出现两个问题：一是沟槽底部不平整，沟底不实，容易造成管道局部反坡，对燃气输送产生不良影响，对低压输送管道影响更加明显；二是沟槽底部宽度不够、回填不合格，回填土中的石块、金属等尖锐物容易损伤管道，造成管道质量出现问题，容易引发燃气泄漏等安全事故，同时，为了防止采用拉管施工工艺拉断管线，在采用非开挖技术时，应辅助使用钢套管，通过顶管施工技术顶进钢套管，然后再在钢套管中放入燃气管线。通过在管线两端开挖发射坑与接收坑，在发射坑内安装水平螺旋定向钻机，施工导向孔，导向孔施工完毕后，将钢套管连接螺旋空心导向钻杆，钻头安装有信号发射器，钻杆头部控制钻进方向，钻进前先对土体进行注浆加固，边注浆边钻进，结合钻头钻进方式可有效进行钻进纠偏，当钻头连续回转时直向钻进，当钻头不回转时偏斜钻进，钻进过程中通过接收器接收激光信号，施工人员实时监控靶标点，及时调整导向钻杆钻进方向，钻杆后面及时跟进钢套管，钻头对挤压进来的泥土进行切削，然后将切削下来的土通过钢套管内的螺旋叶片的旋转输送至出泥口的土箱里，再将碎土吊出工作井，及时清理钻进产生的废土，不断将钢套管顶进土体中，待管道施工完成后，将钻机退回工作井，重新焊接下一根钢套管，继续钻进，直至所有钢套管均顶进结束，钢套管顶进就位后，撤出螺旋钻杆，并将燃气管线放入钢套管中，完成管线敷设。
5结语
市政管道工程是重要的城市生活基础设施，根据用途不同、管径不同、材质不同分为不同种类，如何结合实际情况选择合适的施工方法进行管道施工是一个庞大的课题。本文首先介绍了传统的管道开挖施工技术，并指出了开挖施工技术的不足，然后详细介绍了当前常用的几种非开挖技术，并对非开挖技术在各类市政管道工程中的应用进行逐一讨论，力求推动将非开挖技术应用到各类市政管道工程施工中。
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