佛山非开挖顶管技术详解

佛山非开挖顶管技术详解

摘要：非开挖技术是利用探矿工程的技术手段，在地表不挖槽的情况下，进行各种地下管线施工的新技术。本文对非开挖技术作了简单的介绍，对其发展及技术优势等作了进一步的论述，其中重点论述风险分析及质量控制。本文选取了非开挖技术中应用最为广泛的导向钻进的方法进行了详细说明。

1概述

1.1 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。即改传统的“挖槽铺管和修复”施工方法为“钻孔铺管和修复”。现代非开挖技术是 70年代末西方发达国家兴起，并逐渐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。

1.2 非开挖顶管技术的优势

非开挖技术的兴起不是偶然 ,与传统的开挖技术相比,它具有下面的优势:

1.2.1 解决了传统开挖施工对居民正常生活的干扰和对交通、环境及周边建筑物基础的破坏与不良影响。

1.2.2 在开挖施工无法完成的地区或不允许开挖区（如穿越河流、湖泊、重要交通干线等），可用非开挖技术进行施工。

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

1.2.4 具有较好的经济效益和社会效益。

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，非开挖施工更是一种经济的施工方法。

1.3 地下管线工程的地位

以前的地下管线在人们的意识中只是下水道，现今还包括各种压力管道（如自来水管道、煤气管道、石油和天然气管道等）和地下电缆线等。从某种意义上讲，一个国家地下管线的人均占有量，反应这个国家的经济发展水平和人们的生活水工作和环境的质量。随着经济的发展和人们生活水平的提高，工业化和城市化的进程大大加快，各类地下管线现已成为推进这一进程或妨碍这一进程的重要基础性工程之一。

1.4 我国地下管线的现状

目前我国正处于国民经济持续快速发展的时期，是十五大提出的远景目标的关键时刻，地下管线的铺设与改造已成为顺利实现这一目标、使人们生活达到小康水平的重要基础工程之一。我国有着非常浩大的地下管线工程，但在非开挖还未普及推广的情况下，大部分采用的是传统的开挖的施工技术，城市新老道路处于挖了填，填了挖的反复施工状态，被称为“马路拉锁”现象，消耗了大量的人力、物力、财力，影响了正常的生活工作秩序。所以，不论从何种角度考虑，都应大力推广非开挖施工技术。

2程中的风险分析

应用非开挖技术时，在经济和技术两个方面都需平衡其有利和不利因素，在决策前作好其应用过程中的风险预测及控制是非常重要的。

2.1非开挖技术的利弊分析

非开挖技术应用过程中的利弊分析，分为优势分析和劣势分析两种。

2.1.1优势分析

A：减少了对环境的破坏

B：降低了建设项目对交通的妨碍与影响

C：减小了对临近地下设施的干扰

D：减小了地下作业的工作量，避免高地下水位作业的麻烦

E：加快了施工速度，缩短了施工工期

F：深开挖区段，可降低直接建设费用

G：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2.1.2劣势分析

A：非开挖技术本身的局限性。如局部进行连接还要进行较大开挖，增大了作业的困难

B：间接费用大

C：对复杂地层的变化情况，尚存在技术上的不足与弱点

D：地下掘进的安全隐患的危险程度较开挖作业大

E：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

F：一旦作业失败，重新开挖的成本将更大，风险更高

以上要针对具体的项目具体的情况对二者进行分析，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。

2.2分析方法——风险控制表

风险控制表是风险分析的最简单方法之一，它可反应出一个问题的优劣的框架关系，并能反应出下列各风险的要素：

A：可行性

B：风险的大小（用成本、工期及质量等工程目标综合加以说明）

B：减小风险的策略（如加强地下勘测、现场质量控制等手段）

C：风险发生时的应急方案

此种方法简便可行，但要求经营管理人员全面考虑问题风险的可预测概率，包括后期的风险情况，并提前考虑，一旦出现风险时，应该采取相应的措施。

2.3风险的管理及分配

风险管理的目的之一是考虑工程项目的各种可能的结果，并决定所确认的风险应如何减小和控制树立风险意识，采取各种积极可行的措施，如加强现场的勘测等，改变风险出现的概率，以实现项目的目标。工程项目风险有很多处理办法，其中包括风险转移，在风险转移的同时，承包商的报价也会随之增高。

3工程质量的控制

由于非开挖技术实现了完全的非开挖施工，而且铺设的管线有较深的覆土，管道在地下的质量难以用常规的方法进行检查确认，故采用定向钻孔法铺设管道工程的质量控制有其特殊的一面。

相对于定向（导向）法铺设穿越段管线的主要施工工艺，工程质量控制包括两部分：钻孔轨迹的质量与穿越段管线回拖质量控制。在地质条件和钻进工艺参数一定的前提下，钻孔质量直接影响到穿越工程的成败，后者则关系到管道的安全运行。

3.1钻导向孔的质量控制

钻孔的质量主要是指钻孔曲线的实际轨迹是否与钻孔的设计轨迹相符合。一般而言，实际钻

孔轨迹越接近设计轨迹，则表明钻孔质量越好。因此，钻进前，施工单位要按照建设单位提供的地质资料和设计的钻孔轨迹图，在现场观测的基础上绘出钻孔曲线，标出钻孔曲线的入土点、出土点、相应的角度、曲线长度、最大埋深及管线的曲率半径等参数。钻进时质量控制主要是导向孔的空间坐标（管道的埋深）和钻孔曲线的曲率半径（根据穿越管道的管径计算），因为这两个参数将直接影响穿越管道的安全运行，管道的埋深一般由定向钻机的控向系统（计算机和地下仪表单元组成）直接运行程序，处理仪表参数显示出的钻进结果，操作人员只须与设计图纸上的设计坐标相对照，保证达到设计要求的埋深即可。钻孔轨迹的曲率半径要由控向系统操作人员预先根据设计提供的资料计算出结果，钻进时通过调节每根钻杆的角度而实现对钻孔曲率半径的控制。

对于给定了的直径的定向钻孔穿越管道，钻孔的曲率半径R由下面公式求得：R=1200Dn其中：R—每根钻杆允许变化的角度；Dn—穿越轨道外径

对于一定曲率半径的设计钻孔曲线，钻进中每根钻杆允许调整变化的角度为：α =L*360/2Rπ 式中：α—每根钻杆允许变化的角度，L—每根钻杆长度，R—钻孔曲线轨迹的曲率半径

导向孔的实际出土点与设计出土点的偏差（纵横偏移）一般按照合同要求进行控制，控制值为穿越段总长度的1-2%且不大于2M。通过控制每根钻杆的角度变化，可以实现钻孔曲率符合规范要求的控制值，平面的左右偏差可通过控向设备进行监测（根据方位角计算），用调整方位角的数值进行调整。

钻进水力设计与钻孔质量有关，钻导向孔时有泥浆回流现象，要结合环保部门的具体要求和穿越地层的地质特点，综合钻进中的扭矩、泥浆压力等进行对比分析，进而采取相应措施提高钻进质量。

3.2管线回拖质量（铺设质量）的控制

穿越管道的回拖完成即标志着管道铺设的完毕，其质量包括管道的焊接强度、外保护层的完整及管道的弯曲应力符合设计要求。

3.2.1铺管前管道的焊接

根据设计眼球的级别来检查焊缝。对于要求不高的管道可以进行一些简单的压力、冲击等试验，对于要求较高的管道则要进行100%的X射线照相，并进行严格的压力试验，拖管后，按照要求还应进压力试验，以验证拖管时管道是否受损，能否投入使用。

3.2.2管道外防腐层的检验

对于要求较高的管道，在穿越管道回拖前，用电火花检漏仪对防腐层进行检验，做好记录。外保护层主要是使管道具有光滑抗磨的外表，在管道拖出后，还应对孔内运行最长的第一段管道进行检查，以确保孔内其它管道的完整性。

3.2.3管道弯曲应力核算

管道弯曲应力可对照钻导向孔记录与设计的钻孔曲率半径进行核算，确定孔内铺设的管道弯曲度不超过允许应力，如超过许用应力，则需修改设计方案或改选管道材料。

4环保问题

在项目开始实施前，就要考虑到有关环境问题的解决方法，因为一旦环境破坏和环境清理费用问题时，业主与承包单位都是潜在的责任人。必须仔细的研究有关法律并要服从批准、许可和有关规定。在定向钻进中如果引起了水土污染时，则可能引起赔偿责任问题。

4.1水污染

这类事故比较难以预料，如果严重则可能引起施工中断。在合同中应提供一种机制，使业主和承包商共同讨论解决的办法。

4.2泥浆处理

项目结束后通常要处理大量的钻进泥浆。泥浆处理的经济性与现场的实际情况有关。处理泥浆的方式有下面几种：

A：运到另一个施工现场使用

B：将其散撒在荒土表面，以改善其保水性能

C：运到废料处理厂

如果施工处的土层比较容易受污染，须对钻进泥浆进行污染性检验，并在施工结束后按有关部门的规定进行处理。在合同招标文件中应设立专门条款，浆液处理费用以“附加费用”或“单位价格”为基础。

5其它说明

5.1施工前的水文地质勘察

这方面的工作应尽可能全面、详细。因对水文地质条件的勘察的质量将直接影响到工程的质量与进度。

5.2事故的处理

项目中难免要遇到一些事故，对可预料的事故则应做好预防工作和一旦发生了，及时处理的方法；对无法预料的，则应尽快处理并做好记录，分析原因，吸取教训。

佛山市中天非开挖工程公司

中国。广东省。佛山市。顺德区北窖黄龙工业区C座

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