浅谈非开挖技术在燃气工程施工中的应用

摘要：本文对非开挖技术的发展和技术优势进行了简要论述，选取了非开挖技术中应用最广泛的导向钻进方法进行了详细说明。本文对于在燃气工程施工中推广应用非开挖技术有一定的指导和借鉴作用。

关键词：燃气工程新技术应用

一、前言

西气东输的建设及国内几个大气田的发现与开发，为许多城市大规模引进和使用天然气创造了条件，许多城市正在实施或准备实施天然气入市工程。地下管道施工方式有两种，即：开挖铺设和非开挖铺设。

近几年，随着城市基础建设投资不断增加，城市规模不断扩大，新建道路越来越多，道路等级越来越高，加上交通量的上升，许多城区已无法也不允许采用开挖方式铺设管线。另外，现有的公路铁路网及高速公路网也须从其地下穿越。

二、非开挖技术概述

（一）非开挖技术的发展

非开挖顶管技术是指利用各种岩土钻凿工程的技术手段，在地表不挖槽的情况下，铺设、更换和修复地下管线的施工新技术。非开挖技术将传统的“挖槽辅管和修复”施工方法，转变为“钻孔铺管和修复”。

现代非开挖技术是70年代末在西方发达国家兴起，并逐淅走向成熟的一种新的地下管线施工的技术革命。现今已成为一个新兴的产业和技术部门。

（二）非开挖技术的优势

1、非开挖作业坑一般间距都在200米以上，作业坑面积3－6米，土方量较少，同时由于施工速度较快，一般可随施工随回填，所以对周围环境影响较小，不会阻碍交通，基本不存在断交、拆迁及剩余垃圾等问题。不影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活交通环境的干扰，对周边建筑物的基础破坏降低到了最低限度。

2、便于穿越河流、公路、铁路且不破坏地貌。非开挖铺设PE燃气管，最低埋深在河床下5～10米，甚至更深。没有水上、水下作业而影响江河航道的问题。不破坏江河两侧河堤及河床结构，施工一般不受季节限制。特别适合于江河、公路、铁路等设施的穿越。

3、现代非开挖技术可以非常精确的控制地下管线辅设向、埋深等，并可绕过未曾发现的地下障碍物。

4、具有较好的经济效益和社会效益。定向钻机施工价格构成主要是因设备购置费用昂贵导致的折旧费，一般按每延长米单价计费，尽管价格较高，但因破路面积小，作业坑少，其破路费用大约只相当开挖方式的5%，相对造价较低。

大量实践证明：在大多数情况下，尤其是在繁华的城市和管线埋深较深时，非开挖技术是一种良好的施工方法。在特殊情况下，如穿越地上建筑物或河流、公路等，非开挖技术更是一种经济的施工方法。

三、非开挖技术施工工艺

1、工作坑的构筑

工作坑包括起始工作坑和目标工作坑。起始工作坑是设备操作和下管的场所，目标工作坑是扩孔和铺管时的工作场所。工作坑的选址需经地表测量和地下勘察，尽量避开地下各种管线及地下构筑物。通常情况下，应用管线探测仪对该地段地下管网进行勘察，将工作坑的位置选择在道路两侧的绿化带上，采用人工挖土的办法进行挖掘。

一般下管坑坑底长为管段长度+1m，坑底宽为管径+1m。目标坑坑底可挖成正方形，边长为管径+1m。

2、导向孔轨迹的设计

导向钻进的关键是导向孔的设计和施工。导向孔的轨迹一般由三段组成：第一造斜段、直线段、第二造斜段。直线长度是管线穿越障碍物的实际长度，第一造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二造斜段是钻杆出露地表的过渡段。

因此，对典型的导向钻进铺管施工，其导向孔的轨迹由穿越起点、穿越终点、铺管深度、第一造斜段的曲率半径、第二造斜段的曲率半径五个基本参数决定。

3、导向孔的钻进

导向孔钻进时采用带斜面的非对称钻头。若回转和给进同时进行，钻孔呈直线延伸，即导向钻头进行直线钻进；若只给进不回转，由于受斜面反力的作用，钻头朝斜面法线的反方向钻进，即实现造斜钻进。

因此，钻机操作人员可根据地表接收器探测出的钻进参数（钻头的位置、深度、顶角等），判断钻孔位置与设计轨迹的偏差，并随时进行调整，以确保沿钻孔的设计轨迹钻进。

4、扩孔

导向孔钻进完成后，在目标工作坑内卸下导向钻头，换上扩孔钻头和旋转接头。利用施工土层为填筑土这一有利条件而采用三级扩孔（∮108mm、∮219mm、∮315mm，视管径的大小），并最后进行一次干拉出土，将导向孔孔径扩大至所铺设的管径以上，同时采用高分子聚合物优质泥浆辅助施工，以达到冷却钻头，钻具，不使孔内多余土板结，从而减少阻力，使管道顺利铺设。

5、管道铺设

扩孔钻进完成后，在目标坑内下管，将旋转接头后接上拉管头和当前第一根待铺设的管道进行反扩铺管。此钢管前端制成尖锥型，以防沙土进入，再焊一U型拉耳连接拉管头。当第一根钢管拖入孔内，然后焊接另一段钢管，复拖入。直至扩孔钻头到达起始工作坑时，铺管工作也告完成。套管外壁进行与燃气管道相同等级的防腐绝缘，两节套管焊接并检验合格后，焊口作防腐绝缘层，待防腐层实干后再开始进行拉管，以免损伤防腐层。铺管好时要保证管道焊接的同轴度 ，一方面有利于管道的顺利铺设；另一方面可以减少铺设时的阻力。

6、燃气管的安装

待钢套管铺设、清管完毕后，就要进行燃气管的穿管，安装在套管内的燃气管道需采用特殊加强防腐蚀层。为了防止燃气管道进入套管时损坏防腐绝缘层，在每两根管的焊接处的横断面每120°焊接一个管耳作为滑动支座，用来支撑燃气管。每一焊接处的圆周都用环氧煤沥青进行防腐。当第一根燃气管通过拉管头拉入套管内，留出管端在套管外与第二根管子组对焊接，外观检查合格后，立即用射线探伤（焊缝应100%射线检查）。合格后，将焊口除锈，作防腐层。待完全干透并用电火花检漏仪检验合格后，在往套管内送第二根管子。周而复始，直至完成。

四、非开挖技术风险分析

（一）优势分析

1、减小了施工人员受伤的机率。

2、减少了对环境的破坏，降低了建设项目对交通的防碍与影响。

3、减小了对临近地下设施的干扰。

4、减小了地下作业的工作量，避免高地下水位作业的麻烦。

5、加快了施工速度，缩短了施工时间。

6、深开挖区段，可降低直接建设费用。

7、在施工穿越河床湖底的管线工程等不可开挖的施工或难于开挖技术的优势则更为明显。

（二）劣势分析

1、非开挖技术本的局限性。如局部进行连接还要进行较大的开挖，增大了作业的困难度及工作量。

2、间接费用大。

3、对复杂的地层变化情况，尚存在技术上的不足与弱点。

4、地下掘进的安全隐患的危险程度较开挖作业大。尽管非开挖敷设管线简单易行，但因其埋设较深且深浅变化较大，一但发生问题不利于抢修。在施工过程中，因地下地质情况不详，很容易发生意外。所以施工作业前要对道路地下现状做详细调查，施工方案周密细致，并切实加强运行后的管理，增加巡线力量和警示标志。特别要注意管线区域其它工程的施工管理，因其管线上方土质及地貌没有任何先兆特征，故在其它工程开挖时要特别注意。

5、某些开挖作业还缺少对管线铺设的直线度和水平度的控制。

6、一旦作业失败，重新开挖的成本将更大，风险更高。

选择采用非开挖技术，要针对具体项目具体分析，其优劣取决于所采取的具体工艺、地质条件、地形环境、管道直径和施工设备等诸多因素。工程技术人员不但要能够对作业过程中可能遇到的问题进行工程评估，还要熟悉分析和控制问题的风险的技术与方法。

五、结束语。

我国非开挖技术和设备的开发与研制起步较晚，应用到燃气工程施工更为较晚，近年来，由于不允许开挖铺设燃气管线的工程量也越来越多，其重要性也日趋加大（如穿越河流、高速公司、铁路、机场跑道等），才通过引进设备进行非开挖施工。

现在我国燃气行业已引入非开挖技术，但产品单一，施工能力有限，远不能满足市场的要求，施工工艺有待进一步完善。但虽如此，非开挖施工技术引入燃气工程以来，以其独特的优越的功能正在燃气行业推广并取得了成功。