给排水管道施工技术在市政工程的应用与探讨

摘 要：本文介绍一种非开挖施工技术在给排水管道中的应用。非开挖施工技术（Trenchless Technology）是指在未开挖地表的条件下铺设、修复和更换各种市政地下管道设施的一种技术。与传统施工方法相比，具有非常多的优点：施工周期短、成本低、安全性好、不影响交通、不破坏环境等。而且经过很多工程实例证明：非开挖技术是一项实用性强、适用面广、经济效益好的施工技术，其应用前景十分广阔，在未来的城市建设中的作用将会越来越大。

1. 概述

给排水管道工程是城市基础设施建设的重要内容，其可以说是城市发展的血液，给排水管道的敷设在保障城市居民生活质量方面有着重要的作用，同时其也影响着城市生态环境与投资环境的变化。当前，城市化进程正在不断加快，城市建设规模的不断扩大对市政给排水管道的铺设工程也提出了更高的要求，对城市给排水管道的施工技术也有着越来越严格的要求，因此，对市政给排水管道施工技术应用的研究有着十分重要的意义[1-2]。

由于受技术条件的限制，以往发生沉管破坏，一般都是采取开槽翻挖，重新敷设管道。最近数十年年，城市交通的发展，由于受交通条件的制约，采用开挖技术已经不适应时代的发展。采用非开挖技术抢修沉管倍受青睐。非开挖施工技术（Trenchless Technology或No-Dig）是指在未开挖地表的条件下铺设、修复和更换各种地下公用设施的任何一种技术和方法。它具有不破坏路面、不影响交通、不污染环境，施工速度快、周期短、成本低等优点。它正在逐步取代传统的开挖施工法，是值得推广的一项新科技。

2. 管道的非开挖技术主要分类

排水管道的非开挖技术主要有三大类，一为非开挖施工，如顶管法施工、盾构法施工、定向钻进法施工等；二为旧管线更换，如吃管法、爆管法等；三为非开挖修理，主要是指采用非开挖的方式对已有排水管道进行修理。

顶管施工法：起源于美国，是最早用在排水工程施工中的一种非开挖施工技术。它是继盾构法之后发展起来的一种地下管道施工方法，最初，顶管施工法主要用于跨越孔施工时顶进钢套管，随着技术的改进，顶管法也可用于无套管情况下顶进永久性的公用管道。现价段已经发展到可以顶进玻璃夹砂管[3]。

导向钻进铺管技术：该技术是采用方向可控和以水射流破土为主的钻进技术。首先使用地表放置的钻机，按设计的轨迹钻一个导孔，再在扩孔和回拉的铺入管线。根据钻机能力、铺管直径和地层条件，也可采取进行一次或两次扩孔后再拉管的方法。采用带斜面的钻头，通过对其回转状态的控制，进行钻孔方向的调控。钻头的定位和导航通过采用手持式仪器测量钻头附近探头发出的电磁信号来实现。

定向钻进铺管：利用定向钻进技术来钻孔而后铺管的施工方法。一般采用定向钻进按设计轨迹钻出一先导孔，然后经过一次、二次或多次回拉扩孔，最后拉管的技术方法。该方法施工原理同导向钻进铺管法大体相似。

夯管锤铺管技术是用夯管锤直接将钢管夯入土层的施工方法。该方法铺管是靠一个低频、大冲击功的气动锤（夯管锤）将欲铺设的钢管直接夯入地层。夯管锤的工作原理与气动矛相似，有的气动矛也可兼做夯管锤[4]。

3. 顶管施工的基本流程及工程实例

本工程为某城市主城排水工程D干管二级管道工程，该段为DH线位于宏声卷烟厂段，管道长度为520.3m，全部采用顶管施工，断面为DN1650预制高强度钢筋混凝土圆管，管道节数约186节，其中：标准管长度3 m，约175节；特殊管长度为2 m，为10节。顶管工作井1座，设在DH4处；从DH4号工作井向两端顶进，向DH1方向193.3 m，向DH7方向360 m。

（1）施工设计

顶管工程采用电脑控制掘进的全过程，计算机控制系统可持续提供掘进机的导向与定位，并随时显示机头的位置，从而控制倾斜度与面向角；同时，顶管工程采用全自动化模糊控制技术，并可同时完成掘进过程中的相关数据记录的打印工作。以下为顶管工程施工时应注意的部分细节[5-6]：

工具头的选型：根据地质情况及周边的地理环境，主要采用全断面泥水平衡机械顶进和全密封式机械工具管。

顶管段单元长度：标准管长度3 m，约175节；特殊管长度为2 m，为10节。

顶管长度：顶管长度根据顶进的距离和管径划分，约200米为一井段；

管道材料：采用圆形接头级重型承插式钢筋混凝土管；

洞口止水处理形式：地下水较大时，进洞采用搅拌桩固结止水，出洞口搅拌桩固结止水和橡胶圈止水；

工作井、接收井结构类型：人工挖土、钢筋混凝土护壁成井，后座墙加钢筋混凝土结构衬墙以及混凝土底板；

测量方法：激光导航定位系统，摄像机全过程监控

纠偏方法：工具管纠偏油缸电动液压控制纠偏；

减阻方法：高压注浆触变泥浆减阻。

（2）顶管施工

1.穿墙前注浆止水处理

顶管工作井穿墙洞口前方应采用压浆止水处理，注浆材料用石灰、水泥、粘土搅拌成浆液，注浆液与自然土混合，洞口搅拌范围在4*4处，以保证工具头顺利成功出洞。浆液配合比为石灰：水泥：粘土=2：1：3，使注入的浆液与自然土固结后既能让工具头顺利穿墙又能起止水和挡土的作用。

2.工作井内设备安装

工作井设备安装包括：后坐垫铁的安装、导轨的安装、油缸支架及油缸的安装、激光导航系统安装、穿墙止水设备的安装和泥浆循环系统安装。

3.地面设备安装

工作井地面设备安装包括：主控制室及主顶装置安装、泥浆棚搭设及泥浆系统设备安装、监测设备安装。此外，工作井的起重采用龙门吊。

4.出洞顶进

完成灌浆并达到止水强度后，可进行人工凿除穿墙位置的混凝土，并将工具管吊下工作井，然后安装好工具管，对正中线，使上、下、左、右方向误差保证在3mm内；在安装及调试好各个系统、检查穿墙位置的止水设备以后，应准备好足够的水泵，并确保穿墙时各个系统的正常运转。准备工作就绪后，吹除最前端的挡土钢板，清除硬块，顶进工具头到穿墙管内，使工具头与第一节钢管采用刚性联结，在此过程中，要注意避免工具头的“ 磕头”现象，应在工具头最前端压满泥浆。

5.泥浆循环排土

采用机械化泥水出料泵循环出土，以保证顶进的不间断性。排土系统包括泥浆室、供浆管和排浆管、泥浆泵、沉淀池或泥浆分离装置。在工程的地质条件较差时，应选用膨润土泥浆或聚合物泥浆作为输送介质。

6.顶进

后座油缸采用千斤顶，总顶力另外设计。

7.注浆减阻

注浆系统由拌浆、注浆和循环管道三部分组成。由于该系统组成比较常见，在此不再赘述。

8测量纠偏

1）测量

自动测量系统由顶管工作井井下一台固定于仪器墩上的激光导航仪及工具管前仓的指示板组成。而激光导航仪与安装于控制室内的计算机通过专用双向通讯电缆连接。

2）纠偏

利用工具头前方纠偏千斤顶顶进行程的控制，来实现顶进方向控制。

9.辅助施工

这一步骤的主要工作就是在工具头前仓注浆。如果顶管顶进位置的土质主要为淤泥，那么由于刀盘顶进的需要，应在工具头前仓加水或注泥浆，使刀盘将水与自然土搅拌，以使泥水出料泵能顺利出土，特别应该加以注意的是，加水或注浆量应该根据现场的实际情况确定。

10.卸管、接口安装

各管路安装顶进一节钢管后，回缩千斤顶，拆开管道内的管道―电缆线、注浆管、给浆管、排水管、排浆管，吊入下一节管段，调直对中，使管节之间不漏水。然后安装各顶铁，接通各管线，开动油泵顶进千斤顶的行程，再进行回缩千斤顶，测量、加顶铁等操作，然后重复顶进至一节钢管后，再重复上述流程。

结论

由最近几年的市政工程管道的非开挖技术的发展和应用来看，非开挖技术确实非常适合于城市排水管道的铺设、更换及修理。但在工程施工方面以及材料和设备的研究、人员的培训等方面我们还有很多的工作要做。一方面加强非开挖技术人员的培训，这样我们才可以用较小的代价获得较大的收益，才可以改变目前非开挖技术因为造价太高而不愿采用和推广的状况。由于非开挖技术具有施工周期短、成本低、安全性好、不影响交通、不破坏环境等优点。显然，在市政管道的非开挖技术应用于排水工程的铺设，修复和更新，现阶段的最佳选择。也可以说，非开挖技术在市政工程管道施工的应用的前景是光明的。

参考文献

[1]颜纯文，蒋国盛，叶建良.非开挖铺设地下管线工程技术.上海：上海科学技术出版社，2005

[2]肖士华.采用非开挖技术抢修“沉管”.上海市政，2003.（2）：40-42

[3]耿瑞伦.当今非开挖铺设管线技术的新进展一记第四届国际非开挖技术研讨会.探矿工程，2000，Vol.（4）：54-56

[4]祁钦发.给水排水工程技术探新.北京：中国建筑工业出版社，1997

[5]许文澄.非开挖施工新技术.厦门科技，2005，Vol.（4）：51-54

[6]龚解华.上海非开挖技术协会筹备工作报告.2002.