非開挖

非開挖是指利用各種岩土鑽掘設備和技術手段，通過導向、定向鑽進等方式在地表極小部分開挖的情況下（一般指入口和出口小面積開挖），敷設、更換和修復各種地下管線的施工新技術，不會阻礙交通，不會破壞綠地、植被，不會影響商店，醫院，學校和居民的正常生活和工作秩序，解決了傳統開挖施工對居民生活的干擾，對交通，環境，周邊建築物基礎的破壞和不良影響，因此具有較高的社會經濟效果。

基本介紹

• 中文名：非開挖
• 外文名：Trenchless
• 非開挖：修復各種地下管線的施工新技術
• 解釋：利用各種岩土鑽掘設備和技術手段
• 主要特點：引入了管線軌跡的測量和控制

基本信息

非開挖技術源於20世紀70年代，並於90年代傳入我國，被廣泛套用於給水、排水、電力、通信、燃氣等領域的新管道建設和舊管道修復，也可以套用於文物、古建築的保護等方面。

主要特點

⑴引入了管線軌跡的測量和控制；

⑵大大提高了鋪管能力（長度2000m，直徑3m）；

⑶快速高效；

⑷增強了在複雜地層條件下施工的能力；

⑸使管道的原位修復成為可能。

技術分類

新管道施工技術

管道更新技術

管道修復技術

非開挖技術措施按施工工藝可分為：導向鑽進鋪管技術、遁地穿梭矛鋪管技術、頂管掘進機鋪管技術、頂管鋪管技術。

導向鑽進鋪管技術

⑴施工優點

①導向儀導向，快速高效準確；

②鑽孔方向易控制，施工場地要求簡單；

③導向探測與管線探測相結合有效調整鑽頭，避開管線，適合複雜地層條件下施工。

⑵適用範圍

用於鋪設電力、通信、煤氣和自來水管線，鋪管直徑、長度和材料範圍較寬，適合1000mm以下管徑，主要有PE管鋪設和鋼管鋪設。

遁地穿梭矛鋪管技術

⑴施工方法

①拉管法；

②頂管法。

⑵施工優點

①衝擊力大，穿透性強；

②速度快，工期短；

③可穿越流泥流沙和卵石帶；④適宜各種管材。

⑶適用範圍

①適宜於鋪設各類13～150mm；

②小管徑長度<50m或距離較長的；

③鋼管或鑄鐵管最大口徑可達1．5m最大長度可達100m。

頂管掘進機鋪管技術

⑴優點

①高功率、高效率；

②採用泥水平衡掘進施工法，可進行大管徑超長度施工；

③噪音小、無污染。

⑵適用範圍

隧道、涵洞和大口徑管道。

頂管鋪管技術

⑴設備

①導向探測儀；

②導向鑽機；

③液壓頂管機。

⑵施工方法

①導向鑽孔定向；

②液壓頂進、人工挖掘。

⑶優點

①造價低；

②定向準確、精度高、安全、無噪音污染；

③可適用於各種地質條件；

④適用於大口徑小場地各種管道施工。

⑷適用範圍

①適用於鋪設3000mm以內鋼管、混凝土管、鑄鐵管、其它材質管道可採用套管法鋪設。

非開挖技術的優越性

  1、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工程的難題：阻斷交通、破壞環境、影響商店、醫院、學校和居民的正常生活和工作秩序。     

2、施工速度快、綜合成本低，具有較好的經濟效益和社會效益。在相同的條件下，非開挖施工法（鋪設、更換和修復）的綜合施工成本均低於開挖施工的成本，且當管徑和埋深越大時越明顯。

施工準備

1、頂管工作井施工，井內設集水坑，便於抽排積水。

2、後靠背設定，工作井基礎設定後，根據管道走向設定後靠背。

3、導軌安裝，導軌安裝牢固與準確對管子的頂進質量有較大的影響，因此導軌安裝依據管徑大小、管道坡度、頂進方向確定，頂進方向必須平直，標高、軸線準確。導軌可用輕型鋼軌製作。

4、頂進設備採用千斤頂，頭部設刃口工具管，起切土作用並保護管道及導向作用。為防止土體坍塌，在工具管內設格柵。

5、其它設備工作坑上方設活動式工作平台，一般採用30號槽鋼作梁，上鋪方木。下管採用臨時吊車吊運下管，出土採用搖頭扒桿。

6、注意：頂管工作坑四周必須採用圍護措施，採用彩鋼瓦圍護，雨帆布防護，並設醒目警示標牌。頂進時，過往車輛應減速慢行，且禁止大噸位、重載車輛通行。

相關信息

非開挖施工技術：就是在不開挖（或者少開挖）地表的情況下進行鋪設、探測、維修和更新各種地下管線，解決城市管線施工中的難題。城市地下管線的鋪設方式是工程建設技術水平的體現，是城市現代化的標誌之一，也是社會文明進程的重要體現。

特點：

▲不開挖地面就能穿越公路、鐵路、河流，甚至能在建築物下穿過，是一種安全有效的施工技術。

▲不開挖地面，故而被鋪設管道路的上部土層未經擾動，管道的管節端不易產生段差變形，其管道壽命亦大於開挖法埋管。

▲採用房下非開挖技術能節約一大筆征地拆遷費用，減少動遷用房，縮短管線長度，有很大經濟和社會效益。

技術分類

非開挖技術可分為三大類：鋪設新管線、修復置換舊管線、探測原有管網。

1.鋪設新管線施工技術：盾構法、頂管法、導向/定向鑽進鋪管法、氣動矛鋪管法、夯管錘鋪管法和微型隧道鋪管法等，其中頂管法套用最早。

2.修復舊管線施工技術：原位固化法、原位換管法、滑動內插法、變形再生法、局部修復法等。

3.探測地下管網：地下管線探測儀、供水管網監測儀、電信線路故障定位儀、氣體故障檢測儀、管中攝影儀、探地雷達、聲納系列等。

主要方法

非開挖首先需要進行技術準備，其主要包括對地下管線使用現狀的勘察，以準確地掌握管線及其他基礎設施的分布情況；按照施工區域的地形、路線定出鑽孔軸線，進行區域地形地貌的勘測與測量；對需鑽孔的工作區域進行地層地質的現場勘查。再是進行施工場地的準備，對施工場地進行機械、機具等安裝與堆放；開挖入射作業坑，做好支護與降水工作；進行施工機械進場工作及安裝；藉助導航儀進行探頭導向的開展。最後是進行以開孔、造斜鑽進、保直鑽進為主的導向施工及包含孔徑設計、分級擴孔、孔壁加固、回拉敷管的回拉擴孔的兩個施工步驟。

工程實例

常用的非開挖技術採用導向鑽管法，以下以東明河頂管工程實例詳細介紹導向鑽管的技術。

工程概況

岐江河東明大橋西側穿越工程位於中山市東明大橋西側，穿越地點選在東明大橋側河道，離南岸橋支墩38m位置，兩岸河堤之間寬度為112m，水深5m。由於石岐河水位受漲潮退潮影響，航道需正常通航，不能封航，因此工程採用定向鑽技術，以非開挖方式進行煤氣管道穿越。該工程為一條φ273×9鋼管穿越，穿越長度約為280m，最大穿越深度：自然地面以下10m；鑽機入土點位於河南側，出土點位於河北側。入土角度為10°，出土角度6°，鑽進曲率半徑為488m。該工程為小型穿越，定向鑽技術具有相對成本較低，工期短，不阻礙交通等優點，隨著工藝的不斷改進，該種施工工藝在管道燃氣、自來水、電力和電信部門已開始普遍使用。現以上例子介紹一下其具體操作過程及注意事項。

編制依據

①《輸油輸氣管道線路工程施工及驗收規範》SY0401—98；

②《水平定向鑽進管線鋪設工程技術規範》CSTT；

③《石油天然氣管道穿越工程施工及驗收規範》SY/T4079—2003；

④《長輸管道線路工程施工及驗收規範》SYJ4001—98；

⑤《原油和天然氣輸送管道穿越工程設計規範穿越工程》SY/170015．1—98；

⑥《輸氣管道工程設計規範》GB50251—94；

現場條件

施工場地平坦，穿越地段高低不平，鑽機場地位於河南側，出土端位於河北側。此地段交通運輸較為方便，便於鑽具的運輸。電源採用自備發電機解決。

性能參數

FDP—30鑽機具有優越的鑽進性能，加上特製的輔助助力裝置，使回拉能力達到80t，扭矩1．6萬N·m。主機配有先進的液壓動力系統，泵閥採用世界上最先進的力士樂產品，迴轉動力採用世界上最先進的波克蘭電機，動力源採用進口的康明斯發動機。優良的設備加上高素質的員工，是我們順利完成該條非開挖管線施工任務的保證。

施工方法

①導向鑽管法的施工工藝

地質勘察→穿越曲線設計→測量磁方位角→鑽機就位→鑽導向孔→擴孔→回拖→環境保護→地貌恢復

②導向鑽管法的工作原理

水平導向鑽機的工作原理是：在施工時，按照設計的鑽孔軌跡（一般為弧形），採用可從地表鑽進的鑽機先鑽一個近似水平的導向孔，然後在導向鑽頭後換上大直徑的擴孔鑽頭和直徑小於擴孔鑽頭的待鋪設工作管線，然後進行反向擴孔，同時將待鋪管線回拉入鑽孔內，當全部鑽桿被拖回時，鋪管工作同時也就完成了。此工程根據地質情況計畫採用分級擴孔，共分2級擴孔，再回拖管線的方法，進行穿越施工。

③設備就位、安裝、調試

鑽機就位前對機施工場地進行平整（20m×30m），保證設備通行及進出場。設備及材料存放場地須高出自然地面不小於15cm，推平、碾壓，並設斷面不小於0.3m×0.3m的邊溝。打好軸線後，根據入土點、入土角度結合現場實際情況使鑽機準確就位。鑽機設備、泥漿設備、固控設備安裝完成後，對設備進行調試、檢查、測試，確保設備安全運行。控向設備儀器安裝完成後，對其進行調試，確保導向孔的精度。入土端泥漿儲運坑（2m×4m×2m）及出土端泥漿儲運坑（2m×3m×2m）。多餘泥漿由吸污車集中清運。漿儲運坑（2m×4m×2m）及出土端泥漿儲運坑（2m×3m×2m）。多餘泥漿由吸污車集中清運。

④鑽導向孔

本穿越工程穿越段地質條件暫按Ⅱ類土考慮，根據地層情況，選擇並設計出導向孔軌跡曲線。鑽導向孔的成功與否關鍵在於如何防止塌方的問題，故此在鑽導向孔時按照地質構造的不同詳細制定出合理的泥漿配比方案，規定在不同的地質情況下選用不同的泥漿配方，該工程中需加適量大分子聚合物及一些多功能處理劑，增加泥漿的粘度、降低泥漿的失水，使其性能控制在密度1.02～1.05g/cm。左右、粘度45～55s、失水10mL，以利於更好的保護孔壁，提高泥漿在孔洞中的懸浮攜帶能力。在造斜段使用的泥漿中添加適量的潤滑劑，降低孔壁的摩擦係數，從而可以防鑽具粘卡。

為保證預擴孔及回拖工作的順利進行，鑽導向孔時要求造斜段應嚴格按設計曲線鑽進。經過對軸線及鑽機就位情況進行校準，檢查無誤後方能開始鑽進施工。探頭裝入探頭盒後，標定、校準後再把導向鑽頭連線到鑽桿上，轉動鑽桿測試探頭髮射信號是否正常，迴轉鑽進2m後方可開始按照設計軌跡進行穿越。控向設備宜採用有纜控向系統，以提高鑽進的準確性，導向孔完成後經檢查合格後方可進行預擴孔。

⑤預擴孔及磨孔

a．預擴孔採用一台FDP—30型導向鑽機進行預擴孔，邊擴孔邊打入泥漿，視旋轉壓力及回拉壓力逐漸加大擴孔級別。預擴孔採用導向鑽機進行預擴孔，邊擴孔邊打入泥漿，視旋轉壓力及回拉壓力逐漸加大擴孔級別。

b．擴孔次數需視鑽機迴轉壓力及回拖壓力而定。擴孔級別如下：

使用φ320mm螺旋擴孔鑽頭擴一遍。

使用φ450mm螺旋擴孔鑽頭擴一遍。

c．擴孔前要做好泥漿循環系統的準備工作，FDP—30型導向鑽機配套的泥漿系統工作性能，每小時的最大工作流量為5m，則泥漿泵每一個工作日的最大循環流量為120m，在入土點、出土點旁各開挖一個泥漿坑，並配有清運泥漿的專用設備。保證施工現場的清潔衛生，做到文明施工。

⑥拖管

a．拖管採用專門的回拖器，同時採用邊打泥漿邊旋轉回拖的方法。從而保證鋼管防腐層不被破壞。

b．旋轉分動器採用特製的結構。

c．扶正器與工作管的連線要牢固，並要求工作管與拉管器的連線要牢固、安全、密封，作到可靠。

d．採用小比重高粘度泥漿，加入適合地質結構的泥漿處理劑和管孔潤滑劑等措施以減少回拖時的阻力，減小鑽機工做負載。

e．在φ273×9鋼管回拖前，驗證擴孔後孔內是否有充足泥漿，以便回拖中起到護壁潤滑作用。

f．經確認鋼管焊接、防腐合格後，將鋼管拖人端與回拖器連線牢固，檢查所有回拖系統（含設備、工藝保障措施）是否處於最佳狀態。

g．回拖前，在待回拖φ273×9鋼管下，每間隔20m擺放1個托輥，並用吊車配合，以防止在回拖中擦傷鋼管外壁。

h．回拖啟動後，要作到平穩、勻速（回拖中不能停留），速度控制在0．08m/s。操作手時刻觀察回拖壓力變化，及時上報，以便採取必要措施，使鋼管順利回拖成功。

i．拖管時，大部分泥漿將循環使用，需挖兩個坑暫存，一個為泥漿倒坑一個為淨化好的泥漿坑。

⑦地形地貌的恢復

工作管回拖完畢後，清理現場並撤出所用施工設備，恢復場地的地形地貌。

施工過程圖詳見圖1。

該工程的順利完成，創造了中山市有史以來最大的以定向鑽非開挖方式過河的管道煤氣工程歷史，將使石岐河以北的城區及港口鎮居民和工商企業能夠用上安全、清潔、方便及源源不斷的港華代天然氣，促進該地區經濟快速發展，提高人民生活水平，並為天然氣的到來奠定了基礎。

結語

上述的非開挖技術，不但減少路面開挖，降低施工費用及解決一些在傳統開挖術不能施工的問題，而且在修復舊管道及安裝難度高的工程時；在西氣東輸、廣東LNG工程中大規模的管道管網的鋪設；天然氣作為清潔環保能源的普及使用，使其在天然氣置換工程時；為保證向客戶供氣不致大幅間斷，和安裝分區調壓閥及管道時；在環型管網完成後，如需要更新舊有的煤氣管道時，發揮了相當大的優勢。非開挖技術代替土建施工（挖槽埋管法），這不但燃氣施工技術上又一躍進，還體現了施工技術的高速發展和科技現代化。