隋恒芝
山东建森建设集团有限公司 山东省烟台市 264000
摘要：排水工程是市政基础设施建设工程中的重要工作,但是传统的作业方式会一定程度上影响交通和市民的日常生活,随着科学技术的高速发展,非开挖技术已逐渐运用到市政工程工作中,本文就非开挖技术的概念、在市政给排水工程中的重要性并结合案例对非开挖技术的应用策略进行论述。
关键词：排水工程;?市政工程;?非开挖技术;
随着我国经济的高速增长,国民经济水平不断升高,城市建设速度不断加快,大量人口进入城市生活,给城市基础设施的运行带来不小压力,给排水系统也时有发生故障,为了让城市居民的生活更便捷,必须完善城市的给排水系统,及时消除故障,但是在处理过程中,势必要对故障地点进行封闭处理,且传统技术施工范围大,施工时间长,严重影响市民生活,非开挖技术能有效减少对其他建筑物的破坏,节约工程成本,且效果显著,在城市给排水工程工作中受到青睐,得到了广泛运用。
1 非开挖技术的概念
非开挖技术是指在不挖开地面或在极小程度破坏地表的情况下,利用多种岩土钻掘设备和检测设备,通过定向、定点钻探的方式全程实行地下作业的管线施工技术,在给排水工程中,通过将内衬件安置在现有管道内,将内衬件作为主要基础,进而实施管道维修和施工。非开挖技术最早出现在20世纪七八十年代,传入我国后,受当时技术水平和工作概念的限制,并没有被广泛运用,主要在一些施工要求严格的部位使用。因为其施工方式对周围环境影响小,不阻碍交通,施工效率高,也不会破坏植被,不影响居民的正常生活,所以现在被广泛地应用在市政工程中,包括给排水、电力、燃气和通信等,还能用于文物和古建设的保护和维修,具有非常高的社会经济价值。
2 非开挖技术的分类
2.1 定向钻施工法
是指通过传统挖掘和推进的方式无法进入工作区,或者作业人员因为体型限制等无法到达工作区,必须使用机器来进行挖掘钻探、泥土残渣清理及控制方向,并同时在钻孔后将各种管线埋入地下的施工形式。其工作原理是先利用钻头喷射高压水柱松土,钻杆旋转跟进。当前作业中采用的高科技钻头可直接击碎直径在300mm以下的石块,钻杆也可在33m的弯曲半径内全方位调整行进方向。采用该方法钻孔后辅助拉管方式铺设管道,更多用于小直径管线的铺设,灵活性更高,且不需要工人进入危险作业区,有效保障工人安全。
2.2 顶管施工法
指在地下作业区中,利用顶进设备的顶力克服管道和土壤之间产生的摩擦力将管道顶进前端土壤中,并将管道中的土壤利用人工或者机械方式挖出,一节管道被顶入土壤中后继续下一节管道顶进,直到把所有管道从工作坑中推进到接收坑内。这种方法更多地用于铺设中小口径管道,管道基本为钢管或钢筋混凝土管道。顶管施工法又可细分为对顶法、后顶法、对拉法等,可在地下工程施工中根据工程的要求、特点、相关规程等实际情况采取不同的顶管施工方法。这种方式能大幅减少土方产生,并且节约施工场地,特别在铺设穿越建筑物的管线时,顶管施工法更为有利。
2.3 盾构施工法
是指利用盾构机进行地下挖掘,在护盾的保护下进行衬砌和掘进工作,进而构建成隧道的施工方式,由稳定开挖面、盾构机掘进和衬砌三个环节构成,主要用在隧道的建设中。盾构施工法的进行主要靠旋转推进刀盘,通过盘形滚刀击破岩石使得一次性建成隧道的施工方式。虽然问世时间不长,但在国内外都取得了不小的成效,也因为其高效、安全的特点,被广泛应用在交通水利采矿等行业中。
3 非开挖技术在铺设管道中的技术要点
结合工程案例,对非开挖技术在铺设管道中的技术要点进行整理。某生活社区内需要改造约2.8m长的生活污水管道网络,将其归入城市排水系统中,并最大程度减少对市民日常生活的影响。
3.1 设计导向孔轨迹
扩孔拉管的母线是导向孔,最终会成为管线孔。重力管对坡度、深度、角度的要求非常严格,允许存在的偏差小,施工难度大。因此对于铺设给排水管道时导向孔的设计既要考虑土质情况,又要结合施工现场实际操作,确保管线钻入土层时有较小角度。
3.2 计算回拉力及选择定向钻机
定向钻机应根据实际穿越长度计算出需要的回拉力后选择,回拉力的计算公式参考福建省2007年颁布的建设标准《水平定向钻进管线铺设工程技术规程》,公式为:F拉=πL2f[D2γ泥/4-7.85δ1(D-δ1)]+K粘πDL2,公式中,F拉表示为计算的拉力,kN;L2是穿越的长度,m;f是摩擦系数,f=0.1～0.3;D为生产管的直径,m;γ泥是泥浆密度,kg/m3;δ1是生产管壁厚,m;K粘是粘滞系数,K粘=0.01～0.03。根据不同项目的不同要求,计算回拉力后合理选择定向钻机。
3.3 选用管材
根据设计思路和方案选择HDPE管,这是一种通过高密度聚乙烯制作的管材,具有较好的经济性,具体有以下几种优点:用电熔方式完成聚乙烯管道之间的连接,接头强度甚至比管道本体强度大,更耐拖拉;聚乙烯能在-60℃～60℃温度内安全使用,低温脆化程度低,冬季施工时不会因为温度问题发生管道破裂情况;HDPE管道能承受多种化学腐蚀,不会因为土壤中存在化学介质对管道进行侵蚀,并且不导电,不利于真菌和藻类的生长,不会因为长时间使用发生腐烂、导电或者生锈现象;根据实验表明,HDPE管的耐磨性更强,是钢管的4倍之多,且管道内壁光滑,水流阻力小,加长了管道的使用寿命;和传统钢管或者混凝土管道相比,HDPE管道重量更轻,更方便搬运和安装,降低了对设备和人力的要求,大幅度降低安装成本。
3.4 配置泥浆
泥浆选用膨润土泥浆混以少量聚合物而成,聚合物和膨润土与泥浆质量的比约为1:50,采用该比例配置的泥浆拥有良好的造壁性能,大幅提升润滑性能,并且没有发生或塌陷的现象。
3.5 导向孔施工
控制定向钻机钻进向已经预先测量定位准确的轴线,用控向仪等设备在路面上掌握并调整钻头的深度和方向,按照设计轴线严格施工,钻通一条直径为100mm的圆孔通道,需要铺设管道的中心线就是圆孔通道的中心线。施工时根据实时掌握土壤变化,及时调整参数,且需要密切关注钻进过程中出现的异常情况,如果出现问题应即刻停工,确认问题发生原因并采取应对措施后再继续钻进。完成钻进导向孔后,需要对其进行复核,保证质量。
4 非开挖技术的优势
4.1 节约成本
传统给排水工程的施工方式一般选用开槽埋管施工法,从费用方面考虑,传统施工方式的弊端是不仅要考虑施工中的管道铺设费用,还要将施工中涉及的机械损耗费用、道路修复费用、园林恢复费用和建筑还原费用都纳入施工成本中,得不偿失,非开挖技术能获得的经济效益明显远高于开槽埋管技术。
4.2 简化流程
给水工程施工流程为现场测量—引入管道—水平干管-立管—支管—接器具支管,排水系统较给水系统更为复杂,在施工中会大量使用大口径钢管,填埋深度较大,为了稳固管道,地基会用碎石或混凝土代替自然地基,因为管道口径大、埋管深度大,挖开土层后会对其进行支护处理。如果达不到地下水的水位,还要再增加降排水工作,使得给排水工程的施工程序更为繁琐。非开挖技术虽不能完全省略以上施工程序,但特定情况下能减少支护处理工作,优化施工流程,大幅提升给排水工程的施工效率。
4.2 节省施工时间
通过传统挖槽技术实施给排水工程施工时,施工环节较多,开挖范围大,很容易对其他地下建筑造成破坏,且作业量大,施工周期长。给排水管道一般铺设在道路下方,采用传统作业方式必定要大范围的封闭道路,影响交通。若是实施对管道的抢修工作,若定点错误,更会浪费大量人力物力。非开挖技术的应用大幅降低了以上事件发生的概率,更有效地节省施工周期,最大程度减小对市民的影响。
5 结束语
随着我国基础建设经验的积累,非开挖技术在应用中的众多优势取得了业内的广泛认可,随着现代社会对环保意识重视程度的增加,各个地区都出台了不同的限制施工开挖的法律规定,带动了非开挖技术的高速发展。在市政工程的给排水工作中,合理采用非开挖技术,其不仅能减少路面开挖范围,保证路面的正常使用,且能大幅节省施工成本和费用,降低施工工程量,增强管道置换效率等。非开挖技术的应用对城市建设起到了良好积极的作用,对城市发展及保护环境具有重要意义。
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