摘要：随着社会经济的快速发展，我国的城市化进程不断加快，在此背景之下，隧道相关工程建设也得到了快速发展。近年以来，由于地铁和隧道施工等工程将难以避免地会影响原有的各类市政管线，因此，管线的安全问题已逐渐成为隧道施工的难点问题。截流、拆除、改移管线虽然有效然而因客观因素影响，有的隧道仍需穿越管线开展施工，特别是对于污水管线，由于多数修建时间都较久，有渗漏现象出现，所以如何确保隧道工程中工作面的安全，完成好原有管线更换与的修复工作，是隧道施工中必须处理的一个难题。
关键词：市政隧道；下穿管道；非开挖法施工
1、引言
为了降低和缓解我国当前市政建设中的交通压力问题，在城市道路建设中需不断扩充与完善各类设施，其中隧道和地铁工程建设是有效缓解交通问题的重要手段。现阶段，随着隧道项目施工的密集开展，难以避免的需要对地下管线重新开展施工，在保证隧道施工正常展开的同时，不致对广大群众的日常生活带来影响。同时，因隧道工程施工一般都需在人口密集区域进行，但传统施工技术又相对具有一定局限性，所以非开挖施工方法便因此产生。在该情况下，为了保证隧道工程的顺利展开，加强非开挖施工技术的研究便成为一项十分重要的工作。
2、非开挖施工技术的特征与原理
2.1 非开挖施工技术原理
作为地下管道工程中全新的一项施工工艺，非开挖技术是基于当前岩土钻进技术，通过采用定向测控手法或各类岩土挖掘施工设备，利用定向钻进方式，从而在非开挖施工条件下，对各类形式隧道下穿管道达到修复和探测等的基础工作。同时，在地下管道施工中，一般都处于人口密集或交通流量大的区域，所以若是一味选择传统形式的施工技术则必将会对原有管道产生影响，而这便需要积极选择非开挖施工技术，有效而快速的实现对管道的修复、铺设等工程。
2.2 非开挖施工技术特征
与传统明开挖施工工艺相比，采用非开挖技术因其明显的优势而在市政隧道及地下管道施工中得到广泛运用。如：采用非开挖施工技术能够有效降低施工时间，缩短项目工期，可使施工过程对环境的破坏与影响将进一步下降，同时该施工技术对当地人们的日常生活所带来影响也较小，并在一定程度上确保了交通安全等问题。此外，与传统施工技术相比，采用非开挖施工工艺对地表破坏较小，因此在施工中不会严重影响地下管道的地质条件和构造。同时，该施工技术还能进一步节约我国日益紧张的土地资源，并确保资本投入得以有效管控，具有较高的社会与经济效益。
3、非开挖法施工技术分析
3.1 顶管施工技术分析
顶管施工技术通过主顶千斤顶和管道继间千斤顶推动作用，使管道由工作坑中穿越土层而进入接收坑中，并且随着掘进机后管或工具管而埋设于两坑间，主要可分成机械顶管、人工顶管、挤压顶管与水射流顶管四个施工类别，因此，在施工中应按照土层情况、管径、管道的长度以及经济性等因素选择施工形式。在顶管施工时，当前最常用的三类平衡原理包括：
（1）气压平衡。在顶进管道之中和挖掘平面上常常充满了具有特定气压的空气，通过空气压力以对地下水和土层压力进行平衡。一般可分成局部和整体形式气压平衡。
（2）土压平衡。土压平衡是通过顶管施工掘进机土舱中的土压以对顶管掘进机所在土层土压与地下水压进行平衡。在粘性层中，需对地面隆陷进行控制时应采用该平衡施工方法。
③泥水平衡。泥水平衡是通过将一定密度泥水和一定量的粘土充满掘进机泥水舱，同时对其施加一定压力，用来平衡土压力和地下水压的顶管施工工艺。对于粉尘土层和需对地面隆陷进行控制的施工工程，应选择该平衡施工方法。
3.2 牵管施工技术分析
近年来，牵管施工技术在许多行业都得到了快速发展和广泛运用，特别在市政管网扩改建和隧道下穿管道等项目中更体现出了优势，它的施工程序是利用计算机开展探测与导向，先开钻一个和设计曲线一致的导向孔，之后再扩增导向孔，接着将管线回拖至扩增后的导向孔内，以实现管线下穿过程。与顶管施工技术相比，采用牵管非开挖施工技术对小口径的管线更为适用。这是由于小口径管线的轴向总体抗弯惯性矩较小，在长距离小口径管线施工中易于出现压缩失稳等状况，因此，采用该施工方法可有效避免该类事故的发生。
（1）牵管施工流程和工艺。在牵管施工前，应通过地下管道探测仪对管线预敷设处四周进行认真检测，进而找出导向孔的打入深度与平面部位，保证导向孔打入、扩孔及拖管过程中四周的其他管线安全，并确保预敷管道和其他地下管道安全距离满足规范和设计需要。而污水管线通常是非金属水泥管，在进行管线探测时不能测到，所以需明确污水管管径、走向及深度，在必要时还需采取雷达探测等方式。将所探测结果在地面进行标出，以便于在打导向孔中可以有效避让，以保证施工安全，施工流程如图1所示。
图1 牵管施工工艺和流程
在施工过程中，先在导向头中插进探测棒，导向头的后端应和钢管相连，接着通过顶管机对钢管进行施压，推入导向头，使导向头被打进地下；在钻孔时，轨迹可以逐渐弯曲，也可以保持平直。在导向头绕过障碍物时，可对钻头方向进行调整。导向仪能实时接收到导向头深度与方位，然后顶管机可以按照该信息以及时转动导向头，保证导向头能够向各个方向运动，并随时可变化方向与深度，并在地下产生圆孔通道，且通道的中心线应与管道铺设中心线重合。在产生孔洞后，扩孔过程中卸下钻头，把回扩头与钻杆相连，通过钻机转动回拉完成扩孔。反复开展并选择不同直径回扩头进行扩孔，直到满足扩孔设计孔径停止。因牵管施工是在地表下进行(通常在地表下3～20m)，地质较松软，且钻孔过程中易出现塌方，所以需要所用泥浆具有较好的护壁性，高质量的泥球泥饼，以及较好的失水性控制，如此便可确保钻机特性的有效发挥。并按照地质地层结构的不同，以选择不同性能的泥浆。
完成钻孔后，对管道进行连接以形成所需长度，封闭管道两端，使其一端连接钻头，然后把它一次拖进已产生孔洞之中，如此即实现了埋管整体施工过程。
（2）牵管施工特征。牵管施工技术不会影响交通，使得在传统开挖施工中对人们生活影响和对环境、交通及四周建筑基础的破坏影响得到有效解决。当前的穿越仪器具有较高的穿越精度，可准确实现对敷设埋深与方向的调整，管道的长距离弧形敷设，也能够完全达到埋深设计需要，同时可使管道绕过地下障碍物。选择牵管施工技术时，不会对地下原有管线造成影响，且不会损坏地下底层结构，同时施工过程不会受限于季节，施工期限短，人员投入少，且施工可靠安全。相比于其他施工技术，该施工方法可快速进出场地，在施工现场可灵活调节，特别在市政工程中更体现出了其优势，施工过程占地较少，成本较低，且速度较快。
3.3 非开挖施工技术的其他应用
（1）在修复管道中的运用。完成管道铺设后在长时间应用之后，无法避免的会出现由于腐蚀而引起管道破损等现象，从而会造成管中物质流失对环境造成污染，所以，可及时采用非开挖施工技术来对修复该类旧管道。常用的方法包括软衬法、喷涂法和内衬法等。内衬法即采用直径小于或等于原有管道的塑料管插入该管道中，接着在新穿入管道和原有管道间隙处灌浆以使其变成一种稳定的管中管结构形式，如此便可使塑料管的防腐作用和金属管的机械性能合并，以有效改善管道的使用特性；软衬法即在原有管道内壁衬上一层热固性物质，通过热水、热气等使其固化，如此便形成和原有管道的密切贴合的薄衬管，且保证了管道过流断面不发生损失，同时也有效改善了管中物体的流动性。喷涂法是用在管道防腐的一种有效处理方式，通过在原有管道的内壁上喷涂环氧树脂或水泥浆液来完成施工过程。
（2）复杂地层的非开挖施工技术应用。非开挖施工中的常见复杂地层包含砾石、卵、流沙等松散地层，以及强水敏的粘土层、硬岩层、淤泥层等。当前，如何由设备、施工方法、材料、钻具等方面来提升硬岩和复杂地层的非开挖施工技术水平，已成为我国非开挖施工一项重要课题。在强水敏及松散地层内，常常会出现垮孔、缩径、坍塌等，以造成难以钻孔等问题，甚至还会对地面和地下构造造成损坏，同时在铺管过程中阻力较大，对非开挖施工的效率与安全性等造成严重影响。为此，应通过建立水平孔壁计算力学模型，以对不同地层的孔壁稳定性进行判断和预测；同时在选择施工技术时，需制备专用的成孔液，并采用必要辅助施工工序，借助于特殊钻具等来完成复杂地层的施工。
4、结语
综上可得，当前非开挖施工技术在我国的市政工程中已被广泛运用，一方面是用于新建的大量管线施工中，再者是用于对原有旧管线的大量翻修或重建，并且随着管道建设数量的不断增多，后期需要修复的管道量也不断增大。因此，应积极采用和发展非开挖施工技术，以充分发挥其良好的社会效益和经济效益，从而推动城市的高质量建设和稳定发展。
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论文作者:邹洪波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/17
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