非開挖施工技術簡介

1、非開挖施工技術簡介非開挖施工技術簡介課程：機械工程學科前沿課程：機械工程學科前沿學號：學號：120120805120120805姓名：余姓名：余 楠楠 非開挖技術是指以最少的開挖量或不開挖的條件下鋪設、更換或修非開挖技術是指以最少的開挖量或不開挖的條件下鋪設、更換或修復各種地下管線的一種施工新技術復各種地下管線的一種施工新技術, , 已被聯合國環(huán)境保護署認定為環(huán)境已被聯合國環(huán)境保護署認定為環(huán)境友好的施工新技術。它可廣泛用于穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、友好的施工新技術。它可廣泛用于穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、湖泊湖泊, , 以及在市區(qū)、古跡保護區(qū)、農作物或植被保護區(qū)等進行污水、自以及

2、在市區(qū)、古跡保護區(qū)、農作物或植被保護區(qū)等進行污水、自來水、煤氣、電力、電訊、石油、天然氣等地下管線的施工。此外來水、煤氣、電力、電訊、石油、天然氣等地下管線的施工。此外, , 非非開挖技術還可用于降水工程、隧道工程、基礎工程以及環(huán)境治理工程等開挖技術還可用于降水工程、隧道工程、基礎工程以及環(huán)境治理工程等領域。領域。 非開挖技術的概述 盡管非開挖施工技術在國外已有百余年歷史盡管非開挖施工技術在國外已有百余年歷史, ,但是大規(guī)模應用始于但是大規(guī)模應用始于2020世紀世紀8080年代年代, , 先從幾個發(fā)達國家開始先從幾個發(fā)達國家開始, , 繼而推向世界各國。在歐洲繼而推向世界各國。在歐洲, , 由

3、由于城市建設歷史悠久于城市建設歷史悠久, , 城市地下管網腐蝕和破損嚴重城市地下管網腐蝕和破損嚴重, , 因此非開挖管道因此非開挖管道更換和修復技術使用得最早、也最廣。在日本更換和修復技術使用得最早、也最廣。在日本, , 為了滿足污水管道施工為了滿足污水管道施工的需要的需要, , 首先開發(fā)了小口徑頂管施工首先開發(fā)了小口徑頂管施工( (微型隧道微型隧道) )技術。在美國技術。在美國, , 在油氣在油氣管道和通訊電纜施工的驅動下管道和通訊電纜施工的驅動下, , 水平定向水平定向( (導向導向) )鉆進技術得以快速發(fā)展。鉆進技術得以快速發(fā)展。據不完全統(tǒng)計據不完全統(tǒng)計, , 目前在發(fā)達國家中目前在發(fā)達

4、國家中, , 非開挖設備制造商和材料供應商達非開挖設備制造商和材料供應商達400400多家多家, , 工程承包商達工程承包商達40004000余家余家, , 各種非開挖施工方法達百余種。各種非開挖施工方法達百余種。 非開挖技術的概述非開挖技術的發(fā)展歷程v 非開挖技術自非開挖技術自6060年代初開始在西方發(fā)達國家興起，現已年代初開始在西方發(fā)達國家興起，現已 成為一成為一項政府支持、社會提倡、企業(yè)參與的新技術。開挖技術是管道施工技項政府支持、社會提倡、企業(yè)參與的新技術。開挖技術是管道施工技術的一次革命。術的一次革命。v 1900-1960 1900-1960早期非開挖技術的應用早期非開挖技術的應用

5、1 1. .尤其是二戰(zhàn)后，美國、歐洲、日本等國的重建；尤其是二戰(zhàn)后，美國、歐洲、日本等國的重建；2.2.簡單的方法簡單的方法，用于穿越鐵路、公路、河流等短距離施工；，用于穿越鐵路、公路、河流等短距離施工；3.3.回轉鉆進（水平濕鉆）、水平螺旋鉆進（水平干鉆）、回轉鉆進（水平濕鉆）、水平螺旋鉆進（水平干鉆）、人工頂管。人工頂管。非開挖技術的發(fā)展歷程v 1960-1985 1960-1985現代非開挖技術的興起和發(fā)展現代非開挖技術的興起和發(fā)展1.1.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；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；2.2.替代的方法替代的方法, ,開發(fā)了各種非

6、開挖鋪設、更換和修復的方法和設備、開發(fā)了各種非開挖鋪設、更換和修復的方法和設備、奠定了現代非開挖技術的基礎；奠定了現代非開挖技術的基礎；v 1985-1985-現在現在現代非開挖技術的大規(guī)模應用現代非開挖技術的大規(guī)模應用 非開挖方法和設備的完善，交通、環(huán)保、法律意識的增加，成本非開挖方法和設備的完善，交通、環(huán)保、法律意識的增加，成本降低、政府支持降低、政府支持 首選的方法（比例在首選的方法（比例在10%10%左右）左右） 形成新的產業(yè)：設備制造商（約形成新的產業(yè)：設備制造商（約100100家）、材料供應商（約家）、材料供應商（約400400家家）、工程承包商（）、工程承包商（6000-8000

7、6000-8000多家）、咨詢公司、科研院所多家）、咨詢公司、科研院所1.1. 地下管線施工：各類管線（自來水、污水、雨水、石油、地下管線施工：各類管線（自來水、污水、雨水、石油、 天然氣等天然氣等管道，管道， 以及通訊、動力和信號等電纜線）的鋪設、更換、以及通訊、動力和信號等電纜線）的鋪設、更換、 修復；修復；2.2. 管棚支護：地下人行過道、地鐵、地下車庫等工程的結構性支護；管棚支護：地下人行過道、地鐵、地下車庫等工程的結構性支護；3.3. 環(huán)境治理：在受污染的地下水和地層中設置水平環(huán)境治理井；環(huán)境治理：在受污染的地下水和地層中設置水平環(huán)境治理井；4.4. 其它：基礎工程（鋼管樁、微樁、土

8、釘）、邊坡、路基、大壩等其它：基礎工程（鋼管樁、微樁、土釘）、邊坡、路基、大壩等 工工程（排滲孔、降水孔和注漿孔等）、以及降排水、地熱程（排滲孔、降水孔和注漿孔等）、以及降排水、地熱 井施工、瓦井施工、瓦斯的排放和煤層氣開發(fā)等。斯的排放和煤層氣開發(fā)等。非開挖技術的應用領域非開挖地下管線施工方法大致可以分為四大類：非開挖地下管線施工方法大致可以分為四大類：1.1.新管鋪設：鋪設新的地下管線；新管鋪設：鋪設新的地下管線；2.2.舊管更換：在原位更換舊管線舊管更換：在原位更換舊管線, , 提高管道輸提高管道輸送能力；送能力；3. 舊管修復：修復現有管線的局部缺陷或改善其輸送性能；舊管修復：修復現有管

9、線的局部缺陷或改善其輸送性能；4. 相關技術：主要是探測地下原有管網。相關技術：主要是探測地下原有管網。非開挖技術的構成分類非開挖施工技術 新管鋪設新管鋪設 大口徑（直徑大于大口徑（直徑大于1米，可以進人）米，可以進人） 隧道法隧道法 TunnellingTunnelling 人工開挖人工開挖 鉆爆法或新奧法鉆爆法或新奧法NATMNATM TBM TBM法（巖層）法（巖層） 盾構法（土層）盾構法（土層） 頂管法頂管法 Pipe JackingPipe Jacking 氣壓平衡式氣壓平衡式 機械平衡式機械平衡式 土壓平衡式（粘性土）土壓平衡式（粘性土） 泥水平衡式（砂土層）泥水平衡式（砂土層）

10、混合式混合式5.非開挖施工技術 新管鋪設新管鋪設 小口徑（直徑小于小口徑（直徑小于1 1米，可以進人）米，可以進人） 小口徑頂管法（微型隧道法）小口徑頂管法（微型隧道法） MicrotunnellingMicrotunnelling 水平鉆進法（水平濕鉆）水平鉆進法（水平濕鉆）Horizontal DrillingHorizontal Drilling 水平螺旋鉆進法（水平干鉆）水平螺旋鉆進法（水平干鉆） Auger BoringAuger Boring 定向鉆進定向鉆進 Directional DrillingDirectional Drilling 導向鉆進法導向鉆進法 Guide Bor

11、ingGuide Boring 氣動矛法氣動矛法 Impact MolingImpact Moling 夯管法夯管法 Pipe RammingPipe Ramming 頂桿法頂桿法 Rod PushingRod Pushing5.非開挖施工技術 舊管更換舊管更換 爆管法爆管法 Pipe BurstingPipe Bursting 裂管法裂管法 Pipe SplittingPipe Splitting 吃管法吃管法 Pipe EatingPipe Eating 相關技術相關技術 現場勘察現場勘察 Site InvestigationSite Investigation 管線探測管線探測 Pipe

12、 DetectionPipe Detection 管線檢測管線檢測 Survey Survey 舊管修復舊管修復 傳統(tǒng)的內襯法傳統(tǒng)的內襯法 Conventional SlipliningConventional Sliplining 改進的內襯法改進的內襯法 Modified SlipliningModified Sliplining 軟襯法軟襯法 Soft Lining or CIPPSoft Lining or CIPP 纏繞法纏繞法 Spiral LiningSpiral Lining 噴涂法噴涂法 Spray LiningSpray Lining 局部修復法局部修復法 Local Re

13、pairLocal Repair 其它方法其它方法 OthersOthers非開挖技術定（導）向鉆進鋪管法 定向鉆進的基本原理：按預先設定的地下鋪管軌跡鉆一個小定向鉆進的基本原理：按預先設定的地下鋪管軌跡鉆一個小口徑先導孔，隨后在先導孔出口端的鉆桿頭部安裝擴孔器回拉擴口徑先導孔，隨后在先導孔出口端的鉆桿頭部安裝擴孔器回拉擴孔，當擴孔至尺寸要求后，在擴孔器的后端連接旋轉接頭、拉管孔，當擴孔至尺寸要求后，在擴孔器的后端連接旋轉接頭、拉管頭和管線，回拉鋪設地下管線。頭和管線，回拉鋪設地下管線。 水平定向鉆進鋪管的施工順序為：地質勘探、規(guī)劃和設計鉆水平定向鉆進鋪管的施工順序為：地質勘探、規(guī)劃和設計鉆孔

14、軌跡、配制鉆液、鉆先導孔、回拉擴孔、回拉鋪管、管端處理?？总壽E、配制鉆液、鉆先導孔、回拉擴孔、回拉鋪管、管端處理。定（導）向鉆進鋪管法定（導）向鉆進鋪管法施工長度：施工長度：50-1500m(50-1500m(一般一般) )管徑：管徑：300-800mm,300-800mm,大于大于1m1m的最好用頂管的方法的最好用頂管的方法適用管材：適用管材：PEPE管、鋼管管、鋼管應用：廣泛應用于供水、煤氣、電力、電訊、應用：廣泛應用于供水、煤氣、電力、電訊、天然氣、石油等管線鋪設施工工程中。天然氣、石油等管線鋪設施工工程中。擴孔器和導向儀頂管鋪管法頂頂 管管 施施 工工 原原 理理 圖圖 頂管施工法是先

15、在工作井內設置支座和安裝主千斤頂，所需鋪設的管道緊跟在工具頂管施工法是先在工作井內設置支座和安裝主千斤頂，所需鋪設的管道緊跟在工具管后，在主千斤頂推力的作用下工具管向土層內掘進，掘出的泥土由土泵或螺旋輸送機管后，在主千斤頂推力的作用下工具管向土層內掘進，掘出的泥土由土泵或螺旋輸送機排出或以泥漿的形式通過泥漿泵經管道排出，推進一節(jié)管道后，主千斤頂縮回，吊裝上排出或以泥漿的形式通過泥漿泵經管道排出，推進一節(jié)管道后，主千斤頂縮回，吊裝上另一節(jié)管道，繼續(xù)頂進。如此往復，直至管道鋪設完畢。管道鋪設完后，工具管從接收另一節(jié)管道，繼續(xù)頂進。如此往復，直至管道鋪設完畢。管道鋪設完后，工具管從接收井吊至地面。井

16、吊至地面。 頂管施工是繼盾構施頂管施工是繼盾構施工之后而發(fā)展起來的一種工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，它不地下管道施工方法，它不需要開挖面層，并且能夠需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構筑物地面建筑物、地下構筑物以及各種地下管線等。頂以及各種地下管線等。頂管施工借助于主頂油缸及管施工借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力，管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進機從工作把工具管或掘進機從工作井內穿過土層一直推到接井內穿過土層一直推到接收井內吊起。與此同時，收井內吊起。與此同時，也就把緊隨工具管或掘進也就把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩井之機

17、后的管道埋設在兩井之間，以期實現非開挖敷設間，以期實現非開挖敷設地下管道的施工方法地下管道的施工方法。頂管施工的分類頂管施工的分類按所頂進的管子口徑大小分：大口徑、中口徑、小口徑和微型頂管四種。按所頂進的管子口徑大小分：大口徑、中口徑、小口徑和微型頂管四種。大口徑多指大口徑多指2m2m以上的頂管，人可以在其中直立行走。中口徑頂管的管以上的頂管，人可以在其中直立行走。中口徑頂管的管徑多為徑多為1.21.21.8m1.8m，人在其中需彎腰行走，大多數頂管為中口徑頂管。小，人在其中需彎腰行走，大多數頂管為中口徑頂管。小口徑頂管直徑為口徑頂管直徑為5005001000mm1000mm，人只能在其中爬行

18、，有時甚至爬行都比較，人只能在其中爬行，有時甚至爬行都比較困難。微型頂管的直徑通常在困難。微型頂管的直徑通常在400mm400mm以下，最小的只有以下，最小的只有75mm75mm。按一次頂進的長度（指頂進工作坑和接收工作坑之間的距離）分：普通按一次頂進的長度（指頂進工作坑和接收工作坑之間的距離）分：普通距離頂管和長距離頂管。頂進距離長短的劃分目前尚無明確規(guī)定，過去距離頂管和長距離頂管。頂進距離長短的劃分目前尚無明確規(guī)定，過去多指多指100m100m左右的頂管。目前，千米以上的頂管已屢見不鮮，可把左右的頂管。目前，千米以上的頂管已屢見不鮮，可把500m500m以以上的頂管稱為長距離頂管。上的頂管

19、稱為長距離頂管。按頂管機的類型分：手掘式人工頂管、擠壓頂管、水射流頂管和機械頂按頂管機的類型分：手掘式人工頂管、擠壓頂管、水射流頂管和機械頂管（泥水式、泥漿式、土壓式、巖石式管（泥水式、泥漿式、土壓式、巖石式 ）。手掘式頂管的推進管前只是）。手掘式頂管的推進管前只是一個鋼制的帶刃口的管子（稱為工具管），人在工具管內挖土。掘進機一個鋼制的帶刃口的管子（稱為工具管），人在工具管內挖土。掘進機頂管的破土方式與盾構類似，也有機械式和半機械式之分。頂管的破土方式與盾構類似，也有機械式和半機械式之分。按管材分：鋼筋混凝土頂管、鋼管頂管、以及其他管材的頂管。按管材分：鋼筋混凝土頂管、鋼管頂管、以及其他管材的

20、頂管。按頂進管子軌跡的曲直分：直線頂管和曲線頂管。按頂進管子軌跡的曲直分：直線頂管和曲線頂管。 項管技術的發(fā)展方向項管技術的發(fā)展方向1. 長大距離頂管：普通頂管一般距離長大距離頂管：普通頂管一般距離100m，無中繼環(huán)，（現在某些專，無中繼環(huán)，（現在某些專家認為可能提高到家認為可能提高到300m），長距離頂管），長距離頂管100m，長大距離，長大距離1000m。2. 大管徑頂管：過去一般認為頂管最大直徑為大管徑頂管：過去一般認為頂管最大直徑為3m?，F在日本、德國等?，F在日本、德國等國頂管管徑可達國頂管管徑可達45m。3. 微型管頂管：過去頂管管徑一般微型管頂管：過去頂管管徑一般300mm，目前最

21、小可達，目前最小可達75mm。頂管按管徑分類：大口徑：頂管按管徑分類：大口徑： 2000mm 中口徑：中口徑：1200 2000mm 小口徑：小口徑：500 1200mm 微口徑：微口徑： 500mm4.曲線頂管：曲線頂管：S形曲線、水平與垂直兼有曲線、小曲率半徑曲線。形曲線、水平與垂直兼有曲線、小曲率半徑曲線。5.自動控制：自動測量、自動記錄、自動糾偏。自動控制：自動測量、自動記錄、自動糾偏。頂管法施工特點：頂管法施工特點：1.1. 適用于軟土或富水軟土層；適用于軟土或富水軟土層；2.2. 無需明挖土方，對地面影響??；無需明挖土方，對地面影響小；3.3. 設備少、工序簡單、工期短、造價低、速

22、度快；設備少、工序簡單、工期短、造價低、速度快；4.4. 適用于中型管道（適用于中型管道（1.51.52m2m）管道施工；）管道施工；5.5. 大直徑、超長頂進、糾偏困難。大直徑、超長頂進、糾偏困難?？纱┰焦?、鐵路、河流、地面建筑物進行地下管道施工?？纱┰焦贰㈣F路、河流、地面建筑物進行地下管道施工。頂管法與盾構法的異同點頂管法與盾構法的異同點1.1.盾構法的襯砌為盾構法的襯砌為管片管片，且每環(huán)管片要在盾構機的盾尾進行拼裝，拼裝且每環(huán)管片要在盾構機的盾尾進行拼裝，拼裝好后一般不會再移動；頂管法的襯砌為好后一般不會再移動；頂管法的襯砌為管節(jié)管節(jié)，且每環(huán)管節(jié)是一次預制且每環(huán)管節(jié)是一次預制成功的，

23、由頂進裝置依次頂進，直至第一節(jié)管節(jié)到達接收井位置。成功的，由頂進裝置依次頂進，直至第一節(jié)管節(jié)到達接收井位置。2.2.盾構法施工的盾構千斤頂布置在盾構機的盾構法施工的盾構千斤頂布置在盾構機的支撐環(huán)外沿支撐環(huán)外沿，而頂管法施工，而頂管法施工的主頂進裝置布置在的主頂進裝置布置在工作井內工作井內，如果頂力不足要加設中繼間。，如果頂力不足要加設中繼間。3.3.盾構千斤頂活塞的前端必須安裝盾構千斤頂活塞的前端必須安裝頂塊頂塊，頂塊必須采用球面接頭，在頂，頂塊必須采用球面接頭，在頂塊與管片的接觸面上安裝橡膠或柔性材料的墊板。頂管法的主頂千斤塊與管片的接觸面上安裝橡膠或柔性材料的墊板。頂管法的主頂千斤頂的行程

24、長短不能一次將管節(jié)頂到位時，必須在千斤頂縮回后在中間頂的行程長短不能一次將管節(jié)頂到位時，必須在千斤頂縮回后在中間加加墊塊墊塊或幾塊或幾塊頂鐵頂鐵。4.4.盾構機內有拼裝管片的盾構機內有拼裝管片的拼裝機拼裝機，而而頂管機內沒有頂管機內沒有。5.5.盾構法主要用于大斷面城市盾構法主要用于大斷面城市地下隧道地下隧道、水工隧道水工隧道、公路隧道公路隧道的施工；的施工；頂管法主要適用于斷面頂管法主要適用于斷面稍小一些稍小一些的城市的城市地下管線地下管線的鋪設。的鋪設。 頂管頂管盾構盾構定向鉆定向鉆水平鉆機水平鉆機夯管錘夯管錘工法特點工法特點（優(yōu)點）（優(yōu)點）頂進精度高，方向控頂進精度高，方向控制精度可達制

25、精度可達5cm5cm之內之內適用于大口適用于大口徑隧道徑隧道施工速度快施工速度快施工速度快施工速度快施工速度快、成施工速度快、成本低本低工法特點工法特點（缺點）（缺點）施工成本較高施工成本較高管材成本高管材成本高由于精度限制，由于精度限制，無法用于污水管無法用于污水管道施工道施工施工精度較施工精度較低低方向控制精度低方向控制精度低、施工震動大，、施工震動大，僅適用于鋼管施僅適用于鋼管施工工適用范圍適用范圍通信管、排污管、煤通信管、排污管、煤氣管、自來水管、綜氣管、自來水管、綜合管道合管道綜合管道、綜合管道、地鐵、隧道地鐵、隧道通信管、煤氣管通信管、煤氣管、自來水管、自來水管通信管、煤通信管、煤

26、氣管、自來氣管、自來水管水管通信管、煤氣管通信管、煤氣管、自來水管、自來水管適用管徑適用管徑350-4000350-40003000-3000-1400014000100-1000100-10001001800200-1800施工精度施工精度50mm50mm以內以內50mm50mm以內以內1000mm1000mm以內以內500mm500mm以內以內施工速度施工速度2-42-4天天/100m/100m1 1天天/100m/100m1-21-2天天/100m/100m1-21-2天天/100m/100m 爆爆( (裂裂) )管法管法固定式裂管頭固定式裂管頭氣動式裂管頭氣動式裂管頭液壓式裂管頭液壓式裂管頭施工長度：施工長度：100900m100900m管徑：管徑：701060mm701060mm應用：壓力管道的更換應用：壓力管道的更換 下水道道的更換下水道道的更換爆管法的過程爆管法的過程 （固定裂管工藝）（固定裂管工藝）爆管法的過程爆管法的過程 （固定裂管工藝（固定裂管工藝) )續(xù)續(xù)爆管法的過程爆管法的過程 （氣動工法）（氣動工法）微型隧道法施工長度：施工長度：25225m25225m管徑：管徑：2503050mm2503050mm應用：下水管道的安裝應用：下水管道的安裝微型隧道法施工過程微型隧道法施工過程水平螺旋鉆進水平螺旋鉆進 一般不可控制