蘇功軍
（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051）

　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快，我國(guó)市政排水管道的鋪設(shè)長(zhǎng)度也在不斷增長(zhǎng)，排水管道的建設(shè)促進(jìn)了各地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，排水管道已延伸至城市的各個(gè)角落。排水管道大多埋設(shè)于城市的道路下，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工中，除穿越鐵路等局部地段外，基本上都采用明開或支撐槽的方法施工，尤其在道路建設(shè)的同期進(jìn)行管道施工具有投資省、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。但是在目前的排水管道工程中，有一部分是在現(xiàn)狀道路下施工，如采用傳統(tǒng)施工工藝，則必須要破路施工，這將影響道路路面的統(tǒng)一性，破壞了道路的整體景觀效果，也對(duì)交通造成很大影響。目前，我國(guó)的一些城市已明確規(guī)定，在城市主要干路的機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道上，各種管線不允許破路施工，而必須采用非開挖技術(shù)，這對(duì)非開挖技術(shù)在排水管道工程中的應(yīng)用提供了良好契機(jī)。

　　非開挖管道施工技術(shù)是指利用各種巖土鉆掘設(shè)備，在地表不開槽的條件下鋪設(shè)、更換或修復(fù)各種地下管線的施工技術(shù)。與傳統(tǒng)的挖槽施工法相比，非開挖施工技術(shù)具有不影響交通、對(duì)周圍環(huán)境影響小、施工周期短、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于在無(wú)法實(shí)施開挖作業(yè)的地區(qū)，如穿越鬧市區(qū)、鐵路、高速公路、堤壩、建構(gòu)筑物、河流等。

　　現(xiàn)代非開挖技術(shù)是70年代在西方發(fā)達(dá)國(guó)家興起，并逐漸走向成熟的地下管線鋪設(shè)、更新的新技術(shù)，是地下管線施工的一項(xiàng)技術(shù)革命，它以獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的市場(chǎng)前景得到世界各國(guó)的極大重視。我國(guó)的非開挖技術(shù)與西方國(guó)家相比起步較晚，但近年來(lái)，隨著我國(guó)地下管線建設(shè)的蓬勃發(fā)展，非開挖技術(shù)已從單一的頂管施工迅速發(fā)展起來(lái)，并已逐步走向成熟。

　　我國(guó)目前采用的非開挖技術(shù)主要有頂管法、夯管法、水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法等幾種工藝。

　　1 頂管法

　　頂管法施工工藝是一種歷史比較長(zhǎng)的地下管道施工方法，它最早始于1896年的美國(guó)。據(jù)資料記載，日本最早的一次頂管施工是在1948年，我國(guó)采用頂管施工是在1953年的北京。在1964年前后，上海的一些單位已進(jìn)行了大口徑機(jī)械式頂管的各種試驗(yàn)。至84年前后，我國(guó)的頂管施工基本上是人工開掘并輔助以如擠壓法等簡(jiǎn)單的機(jī)械式頂管方式。1984年前后，我國(guó)的一些大城市先后開始引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的機(jī)械式頂管設(shè)備，從而使我國(guó)的頂管技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。

　　頂管施工除了傳統(tǒng)的人工開掘式、擠壓法、水沖法之外，目前比較流行的有氣壓平衡、泥水平衡和土壓平衡法等三種平衡理論。

　　1.1 氣壓平衡理論

　　氣壓平衡理論是在所頂進(jìn)的管道中及挖掘面上都充滿一定壓力的空氣，以空氣的壓力來(lái)平衡地下水的壓力。因氣壓頂管施工對(duì)土質(zhì)及周圍環(huán)境有特定的要求，因此，該工藝比泥水平衡和土壓平衡法應(yīng)用較少。

　　1.2 泥水平衡理論

　　泥水平衡理論是以含有一定量粘土，且具有一定相對(duì)密度的泥漿水充滿掘進(jìn)機(jī)的泥水艙，并對(duì)它施加一定的壓力，以平衡地下水和土壓力的一種頂管理論。該頂管法施工有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：

　?、?適用的土質(zhì)范圍比較廣；

　　② 可有效地保持挖掘面的穩(wěn)定，對(duì)所頂管子周圍的土體擾動(dòng)比較小，地面沉降量??；

　　③ 與其他類型頂管比較，施工時(shí)的總頂推力比較小；

　?、?工作坑內(nèi)作業(yè)環(huán)境比較好，作業(yè)也比較安全；

　　⑤ 由于泥水輸送棄土的作業(yè)是連續(xù)進(jìn)行的，因此施工進(jìn)度較快。

　　但該工藝也有它的缺點(diǎn)：

　?、?棄土的運(yùn)輸和存放比較困難；

　?、?所需的作業(yè)場(chǎng)地大，設(shè)備成本高；

　?、?噪音大，對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染；

　?、?施工設(shè)備比較復(fù)雜，一旦哪個(gè)部分出現(xiàn)問(wèn)題，就得全面停止施工；

　　⑤ 如覆土層過(guò)薄，或遇上滲透系數(shù)特別大的砂礫、卵石層，施工作業(yè)就會(huì)因此受阻。

　　因此，泥水平衡法施工工藝在小口徑頂管中采用是比較理想的。

　　1.3 土壓平衡理論

　　土壓平衡理論是以掘進(jìn)機(jī)泥土艙內(nèi)泥土的壓力來(lái)平衡掘進(jìn)機(jī)所處土層的土壓力和地下水壓力的頂管理論。與泥水式頂管施工相比，最大的特點(diǎn)是排出的土或泥漿一般都不需要再進(jìn)行泥水分離等二次處理，與人工開掘式及其它形式的頂管施工相比，具有適應(yīng)土質(zhì)范圍廣和不需要采用其他任何輔助施工手段（如降地下水）的優(yōu)點(diǎn)，因此，目前土壓式頂管施工得以迅速普及，成為頂管施工中的首選工藝。在頂管掘進(jìn)機(jī)中引入了土壓平衡這一概念以后，就使掘進(jìn)機(jī)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

　　土壓平衡頂管施工具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?、?適用的土質(zhì)范圍廣；

　　② 能保持挖掘面的穩(wěn)定，從而使地面變形極小，施工時(shí)的復(fù)土可以很淺；

　　③ 棄土的運(yùn)輸、處理比較方便簡(jiǎn)單；

　?、?作業(yè)環(huán)境好，操作方便、安全。

　　土壓平衡頂管工藝主要采用多刀盤頂管掘進(jìn)機(jī)，根據(jù)所頂管道直徑的大小不同，掘進(jìn)機(jī)前端（泥土艙）配有不同數(shù)量的切削攪拌刀盤，對(duì)土體進(jìn)行切削和攪拌，然后由螺旋輸送機(jī)將泥土運(yùn)出。掘進(jìn)機(jī)的動(dòng)力艙內(nèi)配有土壓力表、測(cè)量用光靶和多個(gè)液壓千斤頂，土壓力表用以隨時(shí)監(jiān)測(cè)泥土艙的土壓力變化，測(cè)量用光靶和千斤頂，隨時(shí)監(jiān)測(cè)頂進(jìn)方向并進(jìn)行糾偏。在頂進(jìn)過(guò)程中，為了減小頂進(jìn)中的阻力，通常采用注入化學(xué)觸變泥漿來(lái)達(dá)到減阻的作用。

　　土壓平衡頂管應(yīng)用比較廣泛，目前，實(shí)際工程中最大頂進(jìn)管徑已達(dá)3 m，頂距達(dá)400 m，而且，可以進(jìn)行垂直頂進(jìn)、曲線頂進(jìn)。

　　我院在貨場(chǎng)大街排水工程中，為保證建國(guó)道兩側(cè)建筑的安全，采用了土壓平衡法頂管工藝，頂進(jìn)的管道直徑為D 2400 mm，頂距為180 m。由于采用此工藝，沒有采用降地下水的措施，因此，有效地保證了周圍建筑物的安全。

　　2 夯管法

　　夯管法施工技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種地下管道施工方法，是采用低頻、大沖擊力的氣動(dòng)夯管錘將待鋪設(shè)的鋼管沿設(shè)計(jì)路線直接夯入地層。夯管設(shè)備一般是引進(jìn)國(guó)外的大口徑夯管錘，可以鋪設(shè)直徑在2 m以內(nèi)、長(zhǎng)度80 m以內(nèi)的各種鋼管。
氣動(dòng)夯管錘的主要設(shè)備有發(fā)電機(jī)組、空壓機(jī)、夯管錘等。

　　施工時(shí)，夯管錘的沖擊力直接作用在鋼管的后端，通過(guò)鋼管傳遞到前端的管靴上切削土體，并克服土層與管道之間的摩擦力使鋼管不斷進(jìn)入地層。隨著鋼管的前進(jìn)，被切削的土芯進(jìn)入鋼管內(nèi)，在第一節(jié)鋼管夯入地層后，后一節(jié)鋼管與其焊接在一起，如此反復(fù)，直到夯入最后一節(jié)鋼管，待鋼管全部夯入后，可采用壓縮空氣、高壓射流、螺旋鉆桿、人工掏土等方法將管內(nèi)的土體排出。夯管過(guò)程中，用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀控制進(jìn)管的方位、高程和角度，保證夯進(jìn)精度。

　　該項(xiàng)技術(shù)靠動(dòng)荷載夯進(jìn)，在施工時(shí)不需要靠背支撐，施工時(shí)不掏土，也不會(huì)發(fā)生局部沉降，其地層適應(yīng)性廣泛，施工周期短。如在北京北五環(huán)路過(guò)路施工中采用此技術(shù)鋪設(shè)40 m長(zhǎng)、直徑為1.6 m的鋼管，約4天時(shí)間完成鋪管作業(yè)。

　　3 水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法

　　水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法是一種無(wú)需挖掘工作井就能快速鋪設(shè)地下管線的鉆進(jìn)方法。施工時(shí)，通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的鋪管線路（可通過(guò)設(shè)備上的電腦進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)），驅(qū)動(dòng)裝有楔形鉆頭的鉆桿從地面鉆入，再按照預(yù)定的方向繞過(guò)地下障礙，直至抵達(dá)目的地，然后卸下鉆頭換裝適當(dāng)尺寸和特殊類型的回程擴(kuò)孔器，使之能夠在拉回鉆桿的同時(shí)水平鉆孔至所需直徑，并將需要鋪設(shè)的管線同時(shí)返程牽回至鉆孔入口處，以保證鋪設(shè)管線不會(huì)由于空間不足或鉆屑摩擦而受到破壞。在擴(kuò)孔的同時(shí)注入化學(xué)泥漿以保證鉆孔不致坍塌。

　　該項(xiàng)工藝可鋪設(shè)鋼管、PVC管、PE管等剛性連接的管道，在施工前應(yīng)將待鋪管道于地面上完成管道連接，曲線段可采用1º的借轉(zhuǎn)角度，一次鉆進(jìn)最長(zhǎng)可達(dá)800 m，導(dǎo)向定位系統(tǒng)可測(cè)至30 m的深度。如在我院設(shè)計(jì)的嘉興污水收集工程中，采用此工藝牽引DN530PE管穿越河道14條，在穿越150米寬的河道時(shí)，只用了4天時(shí)間。

　　4 氣動(dòng)矛法

　　氣動(dòng)矛法鋪管技術(shù)是以壓縮空氣為動(dòng)力，壓縮空氣驅(qū)使氣動(dòng)矛向土中鉆進(jìn)，將周圍土體排向周邊，形成管道孔，同時(shí)將所需要鋪設(shè)的管線拉入土層中完成管線的鋪設(shè)，由于其所受到的阻力大，成孔小，一般應(yīng)用于鋪設(shè)200 mm以下、長(zhǎng)度40 ~ 80米的鋼管、PVC管、PE管。

　　上述幾種非開挖技術(shù)除頂管工藝在我國(guó)排水工程中得到普遍應(yīng)用外，其余幾種技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較少，有待于實(shí)際工程的推廣應(yīng)用。隨著我國(guó)一些大中城市道路景觀工程的實(shí)施，管道非開挖技術(shù)的應(yīng)用前景將十分廣闊。