蘇功軍
（天津市市政工程設(shè)計研究院，天津 300051）

　　隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的加快，我國市政排水管道的鋪設(shè)長度也在不斷增長，排水管道的建設(shè)促進了各地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展，排水管道已延伸至城市的各個角落。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)的同期進行管道施工具有投資省、施工簡便等優(yōu)點。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，也對交通造成很大影響。目前，我國的一些城市已明確規(guī)定，在城市主要干路的機動車道和非機動車道上，各種管線不允許破路施工，而必須采用非開挖技術(shù)，這對非開挖技術(shù)在排水管道工程中的應用提供了良好契機。

　　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、對周圍環(huán)境影響小、施工周期短、社會效益和經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)點，尤其適用于在無法實施開挖作業(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)達國家興起，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技術(shù)革命，它以獨特的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的市場前景得到世界各國的極大重視。我國的非開挖技術(shù)與西方國家相比起步較晚，但近年來，隨著我國地下管線建設(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，并已逐步走向成熟。

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

　　1 頂管法

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

　　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，以空氣的壓力來平衡地下水的壓力。因氣壓頂管施工對土質(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，且具有一定相對密度的泥漿水充滿掘進機的泥水艙，并對它施加一定的壓力，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：

　　① 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，對所頂管子周圍的土體擾動比較小，地面沉降量小；

　　③ 與其他類型頂管比較，施工時的總頂推力比較小；

　　④ 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)進行的，因此施工進度較快。

　　但該工藝也有它的缺點：

　　① 棄土的運輸和存放比較困難；

　　② 所需的作業(yè)場地大，設(shè)備成本高；

　　③ 噪音大，對環(huán)境會造成污染；

　　④ 施工設(shè)備比較復雜，一旦哪個部分出現(xiàn)問題，就得全面停止施工；

　　⑤ 如覆土層過薄，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機泥土艙內(nèi)泥土的壓力來平衡掘進機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，最大的特點是排出的土或泥漿一般都不需要再進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，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。在頂管掘進機中引入了土壓平衡這一概念以后，就使掘進機發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

　　土壓平衡頂管施工具有以下優(yōu)點：

　　① 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，施工時的復土可以很淺；

　　③ 棄土的運輸、處理比較方便簡單；

　　④ 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機，根據(jù)所頂管道直徑的大小不同，掘進機前端（泥土艙）配有不同數(shù)量的切削攪拌刀盤，對土體進行切削和攪拌，然后由螺旋輸送機將泥土運出。掘進機的動力艙內(nèi)配有土壓力表、測量用光靶和多個液壓千斤頂，土壓力表用以隨時監(jiān)測泥土艙的土壓力變化，測量用光靶和千斤頂，隨時監(jiān)測頂進方向并進行糾偏。在頂進過程中，為了減小頂進中的阻力，通常采用注入化學觸變泥漿來達到減阻的作用。

　　土壓平衡頂管應用比較廣泛，目前，實際工程中最大頂進管徑已達3 m，頂距達400 m，而且，可以進行垂直頂進、曲線頂進。

　　我院在貨場大街排水工程中，為保證建國道兩側(cè)建筑的安全，采用了土壓平衡法頂管工藝，頂進的管道直徑為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)展起來的一種地下管道施工方法，是采用低頻、大沖擊力的氣動夯管錘將待鋪設(shè)的鋼管沿設(shè)計路線直接夯入地層。夯管設(shè)備一般是引進國外的大口徑夯管錘，可以鋪設(shè)直徑在2 m以內(nèi)、長度80 m以內(nèi)的各種鋼管。
氣動夯管錘的主要設(shè)備有發(fā)電機組、空壓機、夯管錘等。

　　施工時，夯管錘的沖擊力直接作用在鋼管的后端，通過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入地層。隨著鋼管的前進，被切削的土芯進入鋼管內(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，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。夯管過程中，用經(jīng)緯儀和水準儀控制進管的方位、高程和角度，保證夯進精度。

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

　　3 水平導向鉆進法

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

　　該項工藝可鋪設(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，一次鉆進最長可達800 m，導向定位系統(tǒng)可測至30 m的深度。如在我院設(shè)計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，只用了4天時間。

　　4 氣動矛法

　　氣動矛法鋪管技術(shù)是以壓縮空氣為動力，壓縮空氣驅(qū)使氣動矛向土中鉆進，將周圍土體排向周邊，形成管道孔，同時將所需要鋪設(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，一般應用于鋪設(shè)200 mm以下、長度40 ~ 80米的鋼管、PVC管、PE管。

　　上述幾種非開挖技術(shù)除頂管工藝在我國排水工程中得到普遍應用外，其余幾種技術(shù)應用相對較少，有待于實際工程的推廣應用。隨著我國一些大中城市道路景觀工程的實施，管道非開挖技術(shù)的應用前景將十分廣闊。