摘要：经济的发展和社会的进步，城市化的进程不断进步，城市居民对电路、天然气等基础设施的需求不断增加，进而市政管网工程的建设难度也不断加大。非开挖技术由于占用施工面积小、对周边环境影响小、不影响周围群众日常生活及出行工作等优点在市政管网工程的建设中得到了广泛的应用。本文以顶管法为例，对非开挖技术的工作原理和在实际工程中的应用做出讲解，进一步研究非开挖技术的优缺点及面对的问题，提出相应解决方式，对非开挖技术的应用及改善有一定借鉴作用。
关键词：市政；管网工程；非开挖技术
1引言
国内城市化建设的速度随着经济全球化的发展及产业结构调整节奏的加快迅速发展，因人口、资源、环境及城市居民生活需求不断加大等多重压力作用，市政工程需要承载力更强、使用年限更长的地下基础设施。而按照传统明挖施工的方式，有着施工工期长，施工用地面积大，对周边交通、环境影响大等缺点，难以满足现代化的市政管网建设的需求。因此，占地少，对环境、交通影响微乎其微的非开挖技术逐渐得到广泛应用。非开挖技术最早出现在西方，其定义为尽可能的少使用开挖或不开挖的地下管道、线路、电缆建设、维护方式。非开挖技术在西方国家得到了广泛的应用，而国内主要在地下管道铺设方面使用，对于管线的维护维修、勘探方面的使用较少，技术不全面，处在应用的初级阶段。非开挖技术在管线铺设方面主要的施工方式有水平定向钻进法、顶管法、导向钻进法、螺旋钻进法、微型隧道法等。下面以顶管法为例，对非开挖技术在市政建设中的应用和改进做出研究。
2非开挖技术
近年来，城市化进程不断推进，地下管线的建设方式、施工种类、施工质量与时俱进，较为常见的自来水管道、电力线路及天然气管道的建设对城市居民的日常生活有着重要的影响，也影响着城市化进程推进的速度。以前的市政管网工程建设方式主要以明挖施工为主，其施工方式需要对地上设施进行移除，对城市道路、地上建筑有着严重的破坏，也影响着城市居民的生活质量，延缓了城市化进程，不符合现代化的城市建设方式。为解决明挖施工的缺点，非开挖技术应运而生。非开挖技术对地面设施的影响相对明挖施工小很多，甚至能忽略不计。非开挖技术相比明挖施工，有着效率高，安全性强的优点，并且不影响上部土体及地上设施，整个建设过程主要在地下空间进行，且对管线施工质量没有影响，甚至在某些方面强化了管线使用寿命，节省了施工成本，维护修补费用也随之减少，提高了市政管网工程建设的经济效益与社会效益。下图1为非开挖技术施工示意图
图1 非开挖技术施工示意图
3非开挖技术面临的问题
尽管非开挖技术在国内市政管网工程建设过程中逐渐得到了广泛的使用，也有了一定的建设成果，但相比发达国家，其施工过程中仍存在很多问题。
3.1 非开挖技术相关规范和标准尚不完善
西方发达国家从上世纪以来大范围的使用非开挖技术，其发展时间相对国内长很多，在长期的应用中，其非开挖施工建立了完整的建设规范和施工标准。而非开挖技术在国内的应用时间较短，使用范围也没有发达国家广泛，导致并未建立完善的施工标准和技术规范，这些因素都影响这非开挖技术在国内市政管网工程建设中的使用，进而制约了非开挖技术在国内的发展，进一步的限制了国内城市化进程的推进。
3.2直接可观察性较差
即使非开挖技术相对明挖施工有着众多优点，但也存在着某些缺陷，例如施工难度大、施工技术要求较高、对从业人员专业程度要求高、可观察性较差必须借由技术手段与测量设备对施工进度做出判断，但仍会存在误差。受以上因素的影响，非开挖技术常常被投资方、施工方及管理方所不喜。
3.3存在建设风险
非开挖技术在施工过程中有很大的不确定性，易产生安全事故。测量失误、决策失误、建设失误都有极大可能引发电路切断、天然气管道阻断等严重后果，甚至会发生管道塌方导致地上设施受到破坏，同时也对施工人员及周边居民的生命财产安全有着重大影响。
4在市政管网工程中非开挖技术的应用
4.1在管网铺设中非开挖技术的应用
市政管道铺设施工时，大多时候时按照管道直径的区别来选择施工方式，顶管法作为非开挖技术中最常见的施工方式，其管道直径一般限制为直径超过800mm的大口径管道。冲击矛法和导向钻进法一般用于管道直径小于800mm的管道。顶管法在市政管道铺设施工时一般用于排水工程，主要作用原理是借由油缸压力推动作业坑内掘进设备或工具管穿透土层，接着在两个作业坑间铺设管道施工。实际应用过程中，应当按照施工现场情况实现施工图纸的设计，确定顶管法施工的起始点。大多数施工中，顶管的进出口在作业坑侧壁的圆孔位置，而且应当将承压垫板及液压千斤顶提前安装在顶管出口处，接着将出口处的圆孔壁侧面改造成承压壁。当准备工作就绪之后，即可在管道内段进行土体施工，铺设管道完成后，进行顶入。下图2为顶管法施工程序示意图
其中:F——管道顶进时所产生的总受力，单位为kN；
r——土体密度，单位为kg/m3；
H——管道顶部土体厚度，单位为m；
Φ——管道土体的内摩擦角，单位为0；
ω——单位长度管道的自重，单位为kg/m3；
L——管道顶进的长度，单位为m。
在执行非开挖施工技术时，应当高度关注入管前的土体挖掘工作，同时也要做好管网上部建筑设施及城市道路的保护工作。施工过程中，应当保证土体和管壁间持平，及时将挖掘的土体借由车辆运出，防止土体堆积对施工机械的挖掘工作产生影响。
4.2在管网置换中非开挖技术的应用
因为市政管网在长时间的使用过程中会产生一定程度的老化，假设保持其工作状态会加大其产生安全事故的可能性，因此应当对城市管道定期进行设备更新。传统的市政管道更换采用的施工方式为明挖施工，对城市道路、地表建筑设施及地表周边环境有着不同程度的损坏，而采用非开挖技术施工能够保证在不对城市设施和环境产生破坏的状况下进行城市管道的更换。在市政管道更换施工时，最常使用的施工技术为爆管法（又称胀管法），这种施工技术作用原理为借由专业的爆破技术促进老旧的管道膨胀破碎，紧接着将新管道插入，施工过程中使用了径向力破碎，当旧管道进行了一定程度的膨胀后就会张裂破碎，碎片落入周边土体，不仅能避免明挖施工对周边环境的破坏，还能在原有位置进行管道安装。
使用爆管法施工对原有管道材料有着较高的需求，应当选用已破坏的材料，例如玻璃黏土材料或者混凝土材料制作的管道对原有管道采用爆管法进行施工。当面对质量较为坚韧的材料制成的管道，则不能采取爆管法施工，例如钢管或铁管。与此同时，爆管法施工对原有管道的直径也有着严格的要求，一般要求管道直径在50-900mm范围内，当管道直径超过1200mm时不能使用爆管法施工更换管道，甚至可能产生爆管失败导致施工进程滞后的结果。爆管施工技术是借助管道爆炸后空气的扩张，将原有管道甚至能扩张到直径的三倍，当炸药当量过大时甚至会对地表设施产生破坏。另外，爆管法施工对爆管的长度也有着严格要求，当管道长度过大时，会产生阶段性有效破坏问题。大多状况下，预计爆破的管道长度要限制在30m之内，以满足管道更新的要求。
4.3在管网修复中非开挖技术的应用
非开挖技术不但适用于市政管道的铺设、更换，还能作用在市政管道修复中。在管道修复中最常用的非开挖技术时管道现场固化技术。这种技术借由树脂在不同温度下的形态变化将树脂借由水压或大气压推动到预计修复的管道之中，进而在管道中加热，促进树脂融化渗入管道裂缝中，在温度降低冷凝后对破裂管道堵漏。加热管道最常采用的方式就是直接在管道中注入热水。实际施工过程中，管道现场固化技术不仅能够修复破损的市政管道，还能够防止两条管道接口处泄露的问题，有着修复迅速，修复质量好等优点。
5结束语
城市化进程的迅速推进，城市地表建筑设施及地上交通网络不断增加，这大大的加大了市政管网工程建设的难度。在市政管网的建设过程中，对周边建筑设施、地面交通网络有着很大的破坏，同时也影响着城市居民的出行方便和生命财产安全，这并不符合城市化进程的设计理念。非开挖技术在市政管网建设施工中的广泛使用能够良好的解决上述难点。非开挖技术时在对地表不造成破坏情况下完成市政管网的铺筑。与此同时，借由非开挖技术在市政管道更换、市政管道修复中的使用，不仅能够促进市政管道建设的工作效率，还能推动城市化进程的快速进步。
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论文作者:黎铭灵
论文发表刊物:《防护工程》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/5
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