非開挖施工技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用

1、非開挖施工技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用主 要 內(nèi) 容非開挖技術(shù)概述1非開挖施工技術(shù)2非開挖施工成本3非開挖技術(shù)進(jìn)展4非開挖技術(shù)的定義非開挖技術(shù)（英文為No-Dig 或Trenchless Technology）是指在地表無需挖槽或以最小開挖量的條件下進(jìn)行各種地下管線的鋪設(shè)、更換或修復(fù)的一種施工新技術(shù)。 它也包括一些有關(guān)的技術(shù)，例如：現(xiàn)場勘察、現(xiàn)有地下管線的探測和檢測等。非開挖技術(shù)自60年代初開始在西方發(fā)達(dá)國家興起，現(xiàn)已成為一項政府支持、社會提倡、企業(yè)參與的新技術(shù)。開挖技術(shù)是管道施工技術(shù)的一次革命。非開挖技術(shù)的發(fā)展歷程1900 - 1960 早期非開挖技術(shù)的應(yīng)用尤其是二戰(zhàn)后，美國、歐洲、日本等國的重建簡單的方

2、法，用于穿越鐵路、公路、河流等短距離施工回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)（水平濕鉆）、水平螺旋鉆進(jìn)（水平干鉆）、人工頂管1960 - 1985 現(xiàn)代非開挖技術(shù)的興起和發(fā)展生活水平的提高、交通的發(fā)展、傳統(tǒng)施工方法成本的提高替代的方法,開發(fā)了各種非開挖鋪設(shè)、更換和修復(fù)的方法和設(shè)備、奠定了現(xiàn)代非開挖技術(shù)的基礎(chǔ)非開挖技術(shù)的發(fā)展歷程1985 - 現(xiàn)在 現(xiàn)代非開挖技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用 非開挖方法和設(shè)備的完善，交通、環(huán)保、法律意識的增加，成本降低、政府支持 首選的方法（比例在10%左右） 形成新的產(chǎn)業(yè)：設(shè)備制造商（約100家）、材料供應(yīng)商（約400家）、工程承包商（6000-8000多家）、咨詢公司、科研院所非開挖技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域地下管

3、線施工 各類管線（自來水、污水、雨水、石油、 天然氣等管道， 以及通訊、動力和信號等電纜線）的鋪設(shè)、更換、 修復(fù)管棚支護(hù) 地下人行過道、地鐵、地下車庫等工程的結(jié)構(gòu)性支護(hù)環(huán)境治理 在受污染的地下水和地層中設(shè)置水平環(huán)境治理井其 它 基礎(chǔ)工程（鋼管樁、微樁、土釘）、邊坡、路基、大壩等 工程（排滲孔、降水孔和注漿孔等）、以及降排水、地?zé)?井施工、瓦斯的排放和煤層氣開發(fā)等 非開挖技術(shù)的優(yōu)越性在管線施工時無需對路面和地表“開膛破肚”，解決了長期以來困擾城市地下管線建設(shè)工程的難題：阻斷交通、破壞環(huán)境、影響商店、醫(yī)院、學(xué)校和居民的正常生活和工作秩序。施工速度快、綜合成本低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在相同

4、的條件下，非開挖施工法（鋪設(shè)、更換和修復(fù)）的綜合施工成本均低于開挖施工的成本，且當(dāng)管徑和埋深越大時越明顯。國際非開挖技術(shù)協(xié)會International Society for Trenchless Technology（ISTT）1986年在英國成立 會 長：Dr Satoru Tohyama（日本） 副會長：Prof. Dietrich Stein（德國)、Menno Henneveld（澳大利亞) 名譽(yù)主席: E.W. Flaxman (英國) 主 席: Gert Fischer (丹麥)；副主席：Ray Sterling（美國） 組織機(jī)構(gòu) 理事會 Board of Directors 執(zhí)

5、行委員會 Executive Sub-Committee 秘書處 Secretariat 主要活動 Activities 組織非開挖會議及展覽會 No-Dig Conferences & Exhibitions 出版非開挖雜志 Publications 設(shè)立非開挖獎 No-Dig Award會員Members 國家或地區(qū)性協(xié)會 28 個（覆蓋35個國家和地區(qū)） 個人會員 4000多人（54個國家和地區(qū)） 公司會員 1200多家中國非開挖技術(shù)協(xié)會China Society for Trenchless Technology （CSTT）1998年成立主要活動 Activities 組織非開挖會議

6、及展覽會 出版非開挖雜志 組織非開挖技術(shù)培訓(xùn) 會員Members 個人會員 87 人 公司會員 120 家非開挖施工技術(shù)新管鋪設(shè) 大口徑（直徑大于1米，可以進(jìn)人） 隧道法 Tunnelling 人工開挖 鉆爆法或新奧法NATM TBM法（巖層） 盾構(gòu)法（土層）頂管法 Pipe Jacking 氣壓平衡式 機(jī)械平衡式 土壓平衡式（粘性土） 泥水平衡式（砂土層） 混合式非開挖施工技術(shù)新管鋪設(shè) 小口徑（直徑小于1米，可以進(jìn)人）小口徑頂管法（微型隧道法） Microtunnelling水平鉆進(jìn)法（水平濕鉆）Horizontal Drilling水平螺旋鉆進(jìn)法（水平干鉆） Auger Boring定向鉆

7、進(jìn) Directional Drilling導(dǎo)向鉆進(jìn)法 Guide Boring氣動矛法 Impact Moling夯管法 Pipe Ramming頂桿法 Rod Pushing非開挖施工技術(shù)舊管更換 爆管法 Pipe Bursting裂管法 Pipe Splitting吃管法 Pipe Eating舊管修復(fù)傳統(tǒng)的內(nèi)襯法 Conventional Sliplining改進(jìn)的內(nèi)襯法 Modified Sliplining軟襯法 Soft Lining or CIPP纏繞法 Spiral Lining噴涂法 Spray Lining局部修復(fù)法 Local Repair其它方法 Others相關(guān)技術(shù)

8、現(xiàn)場勘察 Site Investigation管線探測 Pipe Detection管線檢測 Survey 水平定向(導(dǎo)向)鉆進(jìn)法特點(diǎn)發(fā)展最快的非開挖技術(shù)，主要用于各類壓力管道和電纜線的鋪設(shè)HDD長距離、大口徑管線的鋪設(shè)導(dǎo)向鉆進(jìn)短距離、小口徑管線的鋪設(shè)水平定向(導(dǎo)向)鉆進(jìn)法導(dǎo)向鉆進(jìn)法：導(dǎo)向孔鉆進(jìn)導(dǎo)向鉆進(jìn)法：擴(kuò)孔和回拉管導(dǎo)向鉆進(jìn)法四要素地層勘查鉆孔和擴(kuò)孔頭的選擇鉆井液的選擇鉆進(jìn)也液排量導(dǎo)向鉆進(jìn)法導(dǎo)向鉆進(jìn)法定向(導(dǎo)向)鉆進(jìn)法優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu) 點(diǎn)對地表干擾少施工速度快可導(dǎo)向，施工精度較高（3 - 5）缺 點(diǎn)施工前要探明地下管線分布，以防觸電和損壞相鄰管線。適用條件管徑為50 2000 mm；管線長度一般可達(dá)

9、50 - 1500 m；管材為塑料管、鋼管；一般適用于各類地層，主要為松軟的土層。導(dǎo)向鉆進(jìn)法導(dǎo)航儀器地面穿透雷達(dá)圖象系統(tǒng)GPiR斯倫貝謝集團(tuán)的一個部門斯倫貝謝的3D地震技術(shù)80年代，海洋地震中引入3D圖象技術(shù)是海洋勘探技術(shù)的一次革命斯倫貝謝的3D地震技術(shù)使得“看”地下成為可能有可能是碳?xì)浠衔飳勇癫卦诔练e物下的古密西西比河床（海洋地震3D圖片）從3D地震圖片到地下勘探斯倫貝謝的研究人員在3D地震圖片軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)了“X線斷層攝影術(shù)”技術(shù)。這些用于石油勘探的軟件被應(yīng)用于地面穿透雷達(dá)圖片GPiR工程中。GPiR 技術(shù)集中了三項專有技術(shù)：雷達(dá)獲取數(shù)據(jù)遠(yuǎn)紅外信息定位地面穿透雷達(dá)2D雷達(dá)在地表移動，放

10、出磁波。這種波對其垂線下出現(xiàn)的物體很敏感。3D GPiRGPiR使用一組并聯(lián)的雷達(dá)記錄，與能夠生成地下物體三維圖象的圖象儀聯(lián)接。3D圖片的優(yōu)點(diǎn)GPiR 技術(shù)可以探測出埋在地下的管子和結(jié)構(gòu)，無論其為何種材質(zhì)。垂直剖面圖地下66cm深處水平剖面圖83cm深處水平剖面圖3D 數(shù)據(jù)中提取的圖象埋在地下的有軌電車鐵軌管道井蓋3D圖片可以排除說明的不確定性3D 圖片可以顯示出形狀特征（如長的、延續(xù)的、具有管線特征的）。探測和識別地下的一切物體，比傳統(tǒng)的2D技術(shù)更加有效。 同一物體的3種顯示圖例：雷達(dá)獲得的2D資料3D 數(shù)據(jù)體經(jīng)過處理的3D數(shù)據(jù)幾何控制的信息定位由遠(yuǎn)紅外參照，可以在幾公里外精確到幾厘米。使3

11、D圖象塊忠實(shí)復(fù)原計算機(jī)輔助雷達(dá)斷層攝影系統(tǒng)（CART）數(shù)據(jù)的獲取速度為500M/時 至 2KM/時。覆蓋面2M寬。解析510cm.在多數(shù)地面，分析深度達(dá)23M。當(dāng)日可出3D圖片。GPiR的使用GPiR數(shù)據(jù)的獲取1名操作員負(fù)責(zé)疏導(dǎo)路上交通，清除位于測程區(qū)地面上的一切物體1至2名現(xiàn)場工程師：以CART系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)獲取幾何定位數(shù)據(jù)連續(xù)控制數(shù)據(jù)的質(zhì)量對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理然后傳送到分析中心在獲取數(shù)據(jù)的同時控制數(shù)據(jù)的質(zhì)量立即獲取原始數(shù)據(jù) （每測量100M便可以觀看或打?。┢渌W(wǎng)絡(luò) CART行程中的水管應(yīng)用范圍管線 的連貫，II。插入新管網(wǎng)的空地，III。繪制埋藏管網(wǎng)的3D CAD/SIG 地圖。結(jié)果舉例這

12、樣的2D雷達(dá)圖用來確定雷達(dá)信號穿透地面的深度和測繪質(zhì)量 線小口徑頂管法（將微型隧道施工法）施工精度最高的非開挖技術(shù)，主要用于重力管道的鋪設(shè)根據(jù)施工方式和出渣系統(tǒng)的不同可分為三種:先導(dǎo)式小口徑頂管法：先頂進(jìn)先導(dǎo)管形成先導(dǎo)孔，隨后擴(kuò)大先導(dǎo)孔，同時頂進(jìn)保護(hù)套管或永久管道。螺旋式小口徑頂管法：切削鉆頭鉆進(jìn)成孔，并由螺旋鉆桿排出鉆屑，同時頂進(jìn)保護(hù)套管或永久管道。泥漿式小口徑頂管法：切削鉆頭鉆進(jìn)成孔，利用循環(huán)漿液排出鉆屑，同時頂進(jìn)保護(hù)套管或永久管道。鉆進(jìn)時，用水壓、漿壓或機(jī)械壓力來平衡工作面的壓力，維持工作面的穩(wěn)定。 先導(dǎo)式小口徑頂管法先導(dǎo)式小口徑頂管法螺旋式小口徑頂管法泥漿式小口徑頂管法泥漿式小口徑頂管

13、法泥漿式小口徑頂管法小口徑頂管法優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu) 點(diǎn)對地表的干擾（交通、噪聲，振動）小埋深大時施工成本比傳統(tǒng)的方法低管線的方向和坡度可精確控制（偏差在25 mm以內(nèi)）缺 點(diǎn)需對地層條件進(jìn)行詳細(xì)勘查，大卵礫石等障礙物會影響施工設(shè)備投資大對操作人員的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求高需開挖兩個工作坑適用條件管徑1501000 mm（實(shí)際上可以更大）管線長度可達(dá)300 m或更長，一般為50 150 m管材可以是混凝土管、陶土管、玻璃鋼管、鑄鐵管、鋼管等各種地層，包括含水地層，含卵礫石地層（最大卵礫石塊度不大于切削頭直徑的1/3）氣 動 矛 法使用最早、最簡單的非開挖技術(shù)氣 動 矛 法氣 動 矛 法氣動矛法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍優(yōu)

14、點(diǎn)操作簡單，不要求較高的專業(yè)技術(shù)投資少，施工成本低對地表干擾少缺 點(diǎn)地層條件變化或遇到障礙時易偏離設(shè)計方向不可控制方向，施工精度受到限制不適用于硬土層或含大的卵礫石層，以及含水地層適用條件管徑30 - 250 mm管線長度20 - 80 m管材為PVC、PE、鋼管、電纜等適用于不含水的均質(zhì)地層，如粘土、亞粘土等夯管法夯管法夯管法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍優(yōu) 點(diǎn)對地表的干擾極小設(shè)備簡單、投資少，施工成本低缺點(diǎn)不可控制施工方向不適用于含大卵礫石的地層適用范圍管徑為50 - 2000 mm管線長度為10 - 80 m管材為鋼套管適用于不含大卵礫石的各種地層，包括含水地層。水平螺旋鉆進(jìn)法水平螺旋鉆進(jìn)法水平螺旋

15、鉆進(jìn)法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍優(yōu) 點(diǎn)對地層很小或幾乎沒有干擾缺 點(diǎn)一般不可控制方向，施工精度有限在大卵礫石層或極軟的土層中施工極為困難適用條件管徑范圍100 - 1500 mm管線長度最大為100 m管材為鋼套管，其內(nèi)可鋪設(shè)各類管線適用于軟至中硬的不含水土層、粘土層和穩(wěn)定的非粘土層頂桿法舊管道的更換和修復(fù)方法眾多，適應(yīng)各種管道施工量急劇增加管道更換 爆管法、裂管法、吃管法管道修復(fù) 內(nèi)襯法、改進(jìn)的內(nèi)襯法、軟襯法、纏繞法、噴涂法、 澆注法、管片法、不中斷修復(fù)法、化學(xué)穩(wěn)定法、局 部修補(bǔ)法 （補(bǔ)釘法、密封法、絞接管法、灌漿法、 機(jī)器人法等）舊管道的更換和修復(fù)爆管法爆管法爆管法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍優(yōu) 點(diǎn)可保持或

16、增加原管的設(shè)計能力（直徑可擴(kuò)大150%）施工速度快，對地表的干擾少可利用現(xiàn)有的工作井缺 點(diǎn)舊管埋深較淺或在不可壓密的地層中時，可能引起地表隆起可能損壞鄰近的管線不適合于彎管的更換分支管的連結(jié)需開挖進(jìn)行適用范圍管徑為501200mm管線長度一般為250 m適用于由脆性材料制成的管道（陶土管、混凝土管、鑄鐵管）的更換，新管可以是PE管、聚丙烯、陶土管和玻璃鋼管等裂管法吃管法傳統(tǒng)的內(nèi)襯法傳統(tǒng)的內(nèi)襯法傳統(tǒng)的內(nèi)襯法傳統(tǒng)的內(nèi)襯法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍優(yōu) 點(diǎn)施工簡單，對工人的技術(shù)要求低投資少、施工成本低可適應(yīng)大曲率半徑的彎管缺 點(diǎn)過流斷面損失較大，但管徑較大時影響較小環(huán)形間隙要求灌漿支管連結(jié)需開挖進(jìn)行一般只適用

17、于園形斷面的管道適用范圍管徑60 - 2500 mm管線長度可達(dá)300 m適用于各類管道的修復(fù)改進(jìn)的內(nèi)襯法改進(jìn)的內(nèi)襯法改進(jìn)的內(nèi)襯法改進(jìn)的內(nèi)襯法改進(jìn)的內(nèi)襯法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍方 法冷軋縮徑法（一般可縮小10%）熱拔縮徑法（一般可縮小6-20%）變形法（如變成U形）優(yōu) 點(diǎn)不需灌漿，施工速度快過流斷面的損失很小可適應(yīng)大曲率半徑的彎管缺 點(diǎn)支管接頭需開挖進(jìn)行舊管的結(jié)構(gòu)破壞會導(dǎo)致施工困難適用范圍管徑為50 - 1200 mm管線長度可達(dá)1000 m適合各類管道的修復(fù)軟襯法軟襯法制作軟襯管（管徑、壁厚、長度）根據(jù)管道的用途不同，選用不同的樹脂，常用的樹脂有三種：非飽和的聚合樹脂（由于性能好、而且經(jīng)濟(jì)故使用

18、得最廣）、乙烯酯樹脂和環(huán)氧樹脂（耐腐蝕、耐高溫，主要用于工業(yè)管道和壓力管道）置入軟襯管（翻轉(zhuǎn)、絞拉）軟襯法加熱固化（熱水、蒸氣、紫外線）軟襯法軟襯法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍優(yōu) 點(diǎn)施工速度快沒有接頭、表面光滑、流動性好可適應(yīng)非園形斷面和彎曲的管段不需灌漿，過流斷面損失少缺 點(diǎn)需特殊的施工設(shè)備，對工人的素質(zhì)要求高工程規(guī)模小時，成本較高樹脂固化時間較長每個工程要求用不同的編織管適用范圍管徑為50 - 2700 mm管線長度可達(dá)900 m適用于各類管道（污水管道、自來水管道、煤氣管道、化學(xué)/工業(yè)管道；直線或彎曲管道；圓形或非圓形管道）纏繞法纏繞法噴涂法噴涂法局部修復(fù)法：補(bǔ)釘法局部修復(fù)法：補(bǔ)釘法局部修復(fù)法：密

19、封法局部修復(fù)法：密封法局部修復(fù)法：鉸接管法局部修復(fù)法：鉸接管法相 關(guān) 技 術(shù)現(xiàn)場勘察探地雷達(dá)GPR、鉆探管線探側(cè)管線儀Locator、探地雷達(dá)管道檢測管道電視CCTV、測漏儀探地雷達(dá)管道電視CCTV非開挖施工設(shè)備的新進(jìn)展小口徑頂管機(jī)高精度 (25 mm)、長距離頂進(jìn)（500m或更長）小型化(最小管徑為100mm，可在1.5 m的井內(nèi)或的管內(nèi)施工)適用各種地層(含水層、卵礫石地層)、各種口徑(一機(jī)多用)、各種管材曲線頂進(jìn)（單一曲線符合曲線、水平曲線垂直曲線）水平定向鉆機(jī)系列化（微型Mini、小型Micro、中型Medi、大型Maxi和巨型Mega)自動化（自動報警系統(tǒng)、鉆桿裝卸自動化、錨固定位）

20、硬地層鉆進(jìn)（雙管、潛孔錘、頂部沖擊、孔底馬達(dá)）導(dǎo)向裝置（操作簡單直觀、實(shí)時、三維顯示，超前預(yù)測、無人跟蹤）氣動矛和夯管錘可測和可導(dǎo)氣動矛雙錘夯管應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)境治理、管棚施工、工程施工等可考慮采用非開挖施工技術(shù)的情況管線埋深大于3米時（柏林市為2米, 國內(nèi)為4米）不穩(wěn)定地層地下水位以下地下管線復(fù)雜地區(qū)不允許地面沉降的地區(qū)穿越障礙物 (江河、湖泊、建筑物等)交通要道 (高速公路、鐵路、干道等)環(huán)境敏感地區(qū) (公園、居住區(qū)、綠化帶、古建筑區(qū)等)市內(nèi)繁華地區(qū) (商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū))工程量大時本課程考查方式：提交讀書報告非開挖技術(shù)方法介紹或最新技術(shù)進(jìn)展（手寫）翻譯最新英文文獻(xiàn)調(diào)研國內(nèi)外情報手工抄寫50遍非開挖技術(shù)關(guān)鍵詞（中英文）2009年1月8日前上交李志明處（）科學(xué)鉆探國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室203室19 User: Huyuanbiao非開挖技術(shù)關(guān)鍵術(shù)語（中英文）水平定向鉆進(jìn)法 Horizontal Drirectional Drilling頂管法 Pipe Jacking微型隧道法 Microtunnelling導(dǎo)向鉆進(jìn)法 Guide Boring氣動矛法 Impact Moling夯管法 Pipe Ramming水平螺旋鉆進(jìn)法 Auger BoringTBM