談市政工程地下管線非開挖技術
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摘要：文章從非開挖技術的概念及其優勢和不足入手，就其施工關鍵技術運用進行了詳細研究，并結合工程實例探討了其具體應用效果，以提高非開挖技術在市政工程中的應用效果。
隨著城市化的發展，我國各大小城市基礎設施及其功能都在不斷完善，尤其是市政工程中地下管線的施工開始向多方向發展，例如水電管道、通信管道等，因為各種管線深度不同，重重疊疊、相互交錯，使得施工次數增加，施工難度、維修難度以及防護難度增加，為后期各種問題的出現埋下了隱患。因此市政施工中對地下管線的施工務必要進行科學規劃、合理分析，嚴格執行相應的技術標準，做好安全防護。
1.非開挖技術概念及其優勢和不足
所謂非開挖技術，即通過各種巖土鉆掘設備及相應的技術手段，采取定向鉆進或者導向等方法于地表入口或者出口等極小部分處進行小面積開挖，以達到對各地下管線修復、鋪設和更換的目的。該種技術手段對交通影響較小，對植被、綠地破壞性小且不會干擾市民正常的生活和社會秩序，從而具有良好的社會經濟效益。該技術無需“開膛破肚”，且速度快、成本低，尤其是管徑以及埋深越大時綜合成本越低，因此具有良好的經濟效益。但隨著該項技術的廣泛應用，帶來的相關問題也逐漸顯現出來：（1）非開挖技術缺乏可行性評價指標以及必要性評價指標；（2）該項技術的應用缺乏科學合理的規劃；（3）完工后缺乏評價測繪體系。因此在應用非開挖技術施工的過程中必須建立一套科學的管理評價系統，通過可行性評估、科學規劃、實時監控，以最大限度減少成本、降低風險，實現長期發展。
2.非開挖施工技術應用的科學規劃與分析
2.1非開挖技術可行性分析
非開挖技術作為新興工藝技術有得天獨厚的優勢，同時也有必須承載的條件（見表1），通過對幾個相關因子做差異權重評分、累計求和的定量分析方式來判斷采用非開挖技術可行性。其中A、B、C、D、E以及A’、B’、C’、D’、E’為2種不同技術各個因子對應權重，可結合具體情況調節各因子權重，但權重總和為1，即A+B+C+D+E=1，同理A’、B’、C’、D’、E’相加也為1。各單項評價指標均為100分，當單項評價指標低于50分即應用非開挖技術不具備可行性（施工成本包括直接、間接以及社會成本）。
2.2非開挖技術合理性規劃
在市政工程地下管線施工過程中為最大限度降低對市民正常生活的影響、確保交通順暢、保護市容市貌及文化遺產等，可對鋪管線路可破壞性進行等級劃分，1級破壞性最強，7級破壞性最弱。1~5級可采取非開挖技術施工，具體情況如下：1級包括鐵路機場跑道、橫穿快速路、主干道繁華街道，高層建筑或者大型雕塑以及穿越河流、無法移動或一旦破壞就無法恢復的文物古跡等；2級為穿越池塘普通建筑物、歷史文化或環境風貌保護區，橫穿主干道；3級包括橫穿次干路或者市區主要步行街、埋設深度在8m以上、鋪設在現有重力管線軸線下；4級為市內廣場或者商業區、橫穿支路；5級為沿市區快速路或主、次干路，埋設深度在5m以上，穿越小街巷以及人行道等；6級為人行道以及花基綠化帶、或者是市醫院、市內居民區、企事業單位以及學校等附近；7級為郊區、市區建筑工地或其他影響較小地段。
3.導（定）向鉆進鋪管技術
導（定）向鉆進鋪管技術需要事先在地下設定好鋪管軌跡并鉆一個小口徑先導孔，接著于先導孔出口部位的鉆桿頭部安裝擴孔器，然后回拉擴孔達到尺寸后讓擴孔器后端部位與管線、旋轉接頭以及拉管頭進行連接，最后回拉鋪設管線。具體包括以下幾個步驟：（1）地下建筑、地層以及地下管線勘測。地層勘察包括地層以及地下水狀況勘測，即土層類別、含水性、地下水位、透水性、孔隙度、含卵礫石等情況，從而為鉆液的配制和鉆井方法的選擇提供依據。地下管線探測包括地下已有管線并相關埋設物位置勘察，以此確定鉆進軌跡和進行管線設計。通常通過地震波法、電磁法、紅外輻射法、直流電法以及磁法等同時結合土工實驗以及靜力觸探等技術實現。（2）鉆進軌跡設計。導向孔軌跡設計情況直接影響管線施工的成功與否。其設計依據為地下障礙物位置、工程要求、鉆頭變向能力、鉆桿允許的曲率半徑、地層條件、被鋪設管線性能、地形特征、鉆桿的入出土角度以及導向監控能力等。（3）鉆液的制作。鉆液主要用來冷卻鉆頭、潤滑鉆具、懸浮以及攜帶鉆屑，這樣能確保混合后的鉆屑以流動泥漿的形式排出孔外，從而削弱回拖管線阻力和減少重量，為其提供較大環形空間。孔中殘留泥漿還可護壁。地質條件不同所需鉆液成分不同，鉆液包括3個部分，即聚合物、水（主要成分）以及膨潤土。地層不同時只需調整鉆液性能即可適應鉆孔要求。（4）鉆導向孔。鉆導向孔最重要的是鉆具、鉆機的選取及過程監測。務必要結合地質條件和工程情況選取合適的鉆機、鉆具以及鉆進方法。根據穩斜原理，通過地面導航儀的指引按照事先規劃好的鋪管線路，利用鉆機驅動帶鍥型鉆頭的鉆桿，盡可能沿著設計軌跡由A點至B點鉆一個平面誤差不超過100mm的導向孔。要想使導向孔與設計軌跡盡可能吻合，必須對鉆頭進行準確定位且做好變向控制。因此鉆進時可以使用隨鉆測量技術對鉆頭進行監測，使用電纜法、電磁波法實現孔底信號的傳送。（5）擴孔的回拉。向孔鉆好后將鉆頭取下，替換上尺寸合理且與地質狀況相符的回擴鉆頭，這樣在拉回鉆桿的過程中也可以將鉆孔擴大到合理尺寸。通常選擇逐級擴孔。如果是預埋管徑以內則選擇排土法擴孔，相反則選擇擠壓法成孔，這樣鋪管后的地面就不會沉降，從而排除了隱患。回擴與鉆進過程相同，即泥漿攪拌系統必須始終向鉆頭以及回擴鉆頭提供足量泥漿。（6）鋪管。擴孔后在拖管坑一側的鉆桿上安裝擴孔器并和管前端通過萬向節、特制拖頭等進行連接，然后開啟導向鉆機回拉鉆桿進行拖管，在孔內拖入預埋管線進行鋪管。拖管過程中加入專用防潤土做泥漿護壁。如果條件允許可一次性連接所有管線。（7）管端處理。拖管后，通過挖掘機挖出擴孔器和管前端，同時將擴孔器和萬向節拆除，并對造斜段進行處理，最后施工檢查井，對路面進行恢復并做好清場工作。
4.工程實例
對非開挖施工技術做科學規劃，一方面可以降低施工成本，另一方面對城市綜合規劃也非常有利。例如某市計劃將一條直徑為400mm的PPE管鋪設在A、C兩點之間，如圖1所示。因為該地段交通擁擠，決定選擇非開挖施工技術。規劃時選擇水平定向鉆進，但因為對水平定向鉆進方式的施工特點沒有足夠的了解，認為該種施工方式只能開展直線鋪管。原計劃開展分段式施工，即A到B、B到C。事實上水平定向鉆進方式也可曲線鋪管，但曲線鋪管要求曲率半徑不得低于1500D（D代表穿越管段外徑）。如果穿越管段屬于柔性管，那么最小曲率半徑則需要結合管材及管徑來確定。因此，此污水管鋪設的曲率半徑最小為500m，但該道路轉彎半徑最小是530m，因此不建議開展兩段式施工，應從A到C直接施工。這樣不僅能極大減少成本，而且能降低施工影響。由此可知，在進行非開挖技術設計時需要對各非開挖技術工藝有一定的了解才能進行科學規劃。
5.結語
市政工程的地下管線在施工過程中會遇到一些復雜的情況，且人們對工程質量要求較高，因此需不斷改進施工技術以確保施工質量，只有這樣才能真正提高城市居民生活水平，確保市政工程良性開展。
作者：李玉梅 單位：廣東水電二局股份有限公司
