城市供水管网改造中非开挖技术的应用
【摘要】为了贯彻落实国家城市发展理念，满足居民日常生活需求，全面开展城市地下管线铺设工作。随着工作井的增加，不仅对城市居民日常出行造成影响，还会对路面结构造成破坏，对此，建筑界学者通过对城市地下管网结构的分析，可知非开挖技术可有效地解决传统地下管线铺设中存在的不足，加之具有成本低与适用范围广的特点，得到施工人员与居民的高度认可。基于此，结合自身工作经验，以非开挖技术的含义、特点与类型的角度且切入点，对其在城市供水管网改造中实际应用进行具体分析。
【关键词】城市供水；管网改造；非开挖技术
非开挖技术通过对钻机的使用，在不对地面结构造成破坏的前提下，所采用作业坑开挖的施工手段。一般在城市地下管线铺设和修复、更换以及维修工作中较为常见，与传统开挖技术相对比，具备高安全、高效率、低成本、无污染的优势，并经过长期发展，非开挖技术成为当前城市供水管网改造中应用范围较广的技术类型。
一、非开挖技术
（一）含义
顾名思义，非开挖技术（Trenchless Technology or No-Dig）含义为：利用少开挖与不开挖技术手段，完成管线和管道铺设、更换、维修以及探测等工作。现阶段，非开挖技术在进行农作物、古迹保护区以及植被保护区等区域内地下管线铺设工作中较为常见。非开挖技术具有施工流程简便、难度低、掌握便捷、风险程度低的成熟技術类型，同时国家在关于非开挖技术管理中有着明确的规定，如限制修复期间停水、停电时间；减缓对城市供水的影响。虽然非开挖技术拥有着其它技术手段所不具备的优势，但其缺陷也无法被人们所忽视，如影响城市正常交通、产生粉尘与机械污染、管材占道时间过长、对道路环境造成破坏等。
（二）特点与分类
特点：提高施工人员作业效率；对原有地下管线进行测量与控制；优化传统传统地下管线铺设水平；完成地下管线维修和复位工作；改变地下复杂结构层作业条件。
分类：按照技术措施的差异，将非开挖技术分为三种，即导向钻进铺管技术和顶管掘进机铺管技术、遁地穿梭矛铺管技术与顶管铺管技术。其中导向钻进铺管技术具有高效准确、钻进方向控制简便、施工现场要求较低等优势，一般在电力和通信、自来水以及煤气等管线铺设中较为常见，在此期间，管线主要为PE管、钢管两种；顶管掘进机铺管技术优点：可完成大管径管道铺设工作、效率高与功率高、无任何环境污染与噪音污染，在隧道、大口径管道与涵洞地下管线铺设工作中极为常见；遁地穿梭矛铺管技术也可分为拉管法、顶管法两种铺管技术，该种铺管技术在形式上具有强穿透力、工期短与强度冲击力、管材类型选择范围广的特点，在铺设管径13mm-150mm管道中相对较广；顶管铺管技术将导向探测仪、导向钻机与液压顶管机作为铺管设备，结合液压顶进技术、人工挖掘技术和导向悬空技术作为铺管技术标准，依据成本低、定向规范、精准度高、无噪音以及作业范围广的优势，使其使用范围控制在300mm以上管径的铺设工作中。
二、城市供水管网改造中非开挖技术的应用
（一）工程案例
某市交通大桥处于两处河道中心处，已知两侧河岸的宽度在114m、水深度在6m。在涨潮时，为了保持交通出行与居民日常供水，结合非开挖技术为前提，完成城市供水管道铺设工作。其中该项工程，采用钢管型号为φ273×9，长度约在280m，最深处在地下10m。因此，为了更好地提升城市供水管网铺设质量，满足居民日常用水需求，采用非开挖技术手段，对其进行严格控制。
（二）定向钻孔技术
从整体上来看，定向钻孔技术在700mm以下管径铺设中应用范围较广，其管线分为曲线与直线两种，采用钢管、PE管与PVC管作为管道铺设材料，具有扰动程度低、维修费用低、工期短、成本低以及效率高的特点。定向钻孔技术按照施工阶段的不同，分为导向孔与扩孔两个阶段。首先，导向孔。在开展钻机作业前，需对其实际施工现场进行勘察，避免在钻孔时对其它原有管线安全度造成威胁；对钻头和导向板进行合理选择，使其能够在钻机持续作用下，不断前行；在完成钻孔工作后，应及时对钻头方向进行调整，同时还应对导向板曲线问题进行规范性控制。另外，为了更好地对钻孔方向精准度进行控制，可采用无线电传感仪介入的方式，通过电磁波的传输，由终端操作人员、接收中心导向员依据电磁波传输数据，对钻头深度和倾角、温度、角度以及水平位置等进行精准化判断。其次，扩孔。若在市政供水管网中采用200mm管径，管材直径在350mm以上，均需结合扩孔技术手段的运用。而关于扩孔次数与扩孔直径应依据钻机型号、现场地质环境等条件进行综合判断；管线回托工作，应在管线与扩孔设备完整连接后方可进行，其主要采用钻机内部钻杆持续、旋转作业的方式，完成回托管线工作。在管线回托过程中，为了缩减管线回托阻力，增添管线防腐保护层，可通过对钻孔悬浮状控制、泥浆润滑工作开展的方式，避免管线因腐蚀问题的出现，对城市供水质量与效果造成干扰。一般情况下，管线回托直径应大于钻孔直径，即回托直径是钻孔直径的1.3倍至1.5倍左右。其中扩孔直径的定义为孔隙出土点和入土点之间的距离，选用扩孔器和钻杆、管线与回托管作为导向孔扩孔设备。在进行定向钻孔技术应用过程中，应高度关注技术手段的使用范围：均质地层，若在含砂或卵石地质中进行钻孔作业，则其钻孔技术的优势也会随之有所缩减。
（三）顶管施工技术
若管径在700mm以上时，则采用直线管道铺设技术；若管材性质为混凝土时，选用顶管施工技术，从而才能刚好地管道铺设质量进行规范化管理。顶管施工技术将密封机械式顶管技术作为首要作业流程，即对土压平衡式、泥水平衡式等施工方法的利用。其中顶管施工技术常选用钢管、玻璃刚夹砂管与混凝土管作为施工管材，尤其是对钢筋混凝土管的使用技术，现已逐渐走向成熟化。第一，顶管施工技术特性：适变性能强、管道衔接量少、管径适用范围广、施工作业风险低以及施工周期短等。第二，顶管施工技术缺陷：作业深度较深、管线曲径较大、若在特殊情况下，需采用全气压顶进管道铺设技术。第三，顶管施工技术工作原理：顶管作业前，对工作坑进行合理规划与开挖，同时采用坑内导轨安装的方式，以此实现对顶管作业条件的精准测量；对顶管坡度、高程、中线与方向等进行有效控制；以工作井作为顶管施工作业起始点，结合液压千斤顶的使用，为顶管施工提供水平推力，确保预制钢筋混凝土管能够按照节节递进的原则，对作业井内泥土进行持续挖出。同时，顶管作业期间所产生的出渣类型分为湿出渣与干出渣两种。除此之外，在复杂地质中采用顶管施工技术，需对各方因素进行综合考究，结合辅助技术手段的运用，如气压顶进技术、中继站设置技术与泥浆套润滑技术、激光纠偏技术等，依据管道现场地质条件，降低工作井的建设数量与次数。常规角度下，工作井建设位置应在顶管中心处，以此确保顶管作业时可选用两侧同时作业原则；工作井结构以现浇钢筋混凝为主，将沉井法、逆作法作为首要施工技术，保障接收井与作业井结构、性能与质量处于完全一致的状态。
结束语
综上所述，非开挖技术相较于开挖技术具有良好的优势，如未对城市正常交通造成影响、降低对地表的破坏、施工周期短的优势，从本质上与性能的角度上来讲，非开挖技术具有较大的发展空间与前景。针对此，应在城市建设过程中，对非开挖技术进行合理运用，结合先进施工原理与理念，对其技术进行优化和改进，同时依据施工现场实际地质条件，对城市供水管网铺设要求进行合理设定，并以此为基础，对非开挖技术类型进行精准化选择，从而满足居民日常用水需求。
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