非开挖施工管线

非开挖施工管线（共5篇）

非开挖施工管线 篇1

摘要：如何进行非开挖施工管线探测一直是个大难题, 本文简要介绍了福州市非开挖施工管线铺设现状, 分别从顶管施工管线测量、拉管施工管线探测两方面, 阐述了非开挖施工管线探测的技术方法。在福州市地下管线数据库近几年的更新维护过程中, 总结了一些非开挖施工管线的探测经验。

关键词：非开挖施工管线,顶管测量,拉管探测

1 引言

地下管线非开挖施工工艺广泛应用于穿越道路、铁路、河流以及农作物保护区等方面, 该技术的先进性、可行性、经济性、效率性被广泛认知。非开挖施工管线一般为非金属材质, 且埋设较深, 常规的探测方法无法对其进行准确定位、定深, 因此, 非开挖施工管线探测技术的应用研究是很有必要的。

福州市地下管线数据库建设于1996年, 并在2011年底完成了补充普查建库工作, 近几年主要是进行地下管线数据的更新维护, 随着非开挖施工工艺的广泛应用, 在地下管线数据更新维护过程中, 对非开挖施工管线探测是必不可少的。

随着人们物质生活的提高, 城市生活的便利使得城市扩张速度越来越快, 交通拥挤、排水防涝不通畅、地面管线随意布设等一系列城市病困扰着城市建设者, 近年来政府大力进行环境整治和景观提升改造工程。非开挖管线施工工艺绝大部分工作面在地下, 与地面连接较少, 几乎对交通没有影响, 对环境、噪声影响也都较少, 广泛应用于城市地下管线改造项目中, 福州市地下管线非开挖施工工艺主要包括顶管与拉管施工两种, 顶管一般应用于管径≥1000mm、埋深较大的排水干管及通讯管廊等, 拉管一般应用于穿越河道、道路交叉口以及其它交通拥挤路段管径≤600mm的给水、电力、排水、燃气、通讯等管线的铺设。本文通过项目探测工作经验并结合福州市地下管线数据更新维护工作, 探讨并介绍顶管测量、拉管探测的方法技术。

2 非开挖管线探测方法分析

2.1非开挖施工管线多为非金属管线, 从方法选择上普通金属管线探测仪无法满足探测要求, 现较为成熟的探测方法是运用探地雷达技术能够解决一些非开挖管线的探测问题。从工作方法上来分析, 福州地处闽江口, 主城区内河交错, 水系发达, 经在不同地段对不同材质及管径的深层管线 (顶管、拉管) 以及非金属管线采用了电磁波法 (雷达) 进行探测, 由于地下水位较高、於泥层较厚及受城区内河涨落潮影响, 探地雷达探测效果不理想, 无法满足探测要求。这就需要研究新的探测方法, 才能确保福州市非开挖管线竣工数据的准确性、完整性。

2.2通过前期项目的深度了解、方法分析, 确定了大口径顶管测量采用井上-井下平面及高程的传递、井下导线测量的方法, 测量人员直接进入管道内进行测量。

2.3拉管施工的管线由于管径小测量人员无法直接进入, 通过对普通金属探测仪的深度了解, 其工作原理主要是通过在有传导材质的管线上加载电磁信号, 地面接收机在地面上接收信号从而确定位置, 对浅埋金属管线探测效果较理想, 根据这一原理可在非开挖管线内穿入示中线, 对示中线加载信号由金属探测仪在地面上接收信号来确定管线位置, 由于非开挖管线多为超过4米埋深的深埋管线, 信号衰减会太大, 效果会不理想, 为了解决信号衰减问题, 设想在非开挖管线内穿入超级探棒+探测仪或导向仪探测法, 通过实验效果较为理想。

2.4目前最为先进的非开挖管线探测方法是:惯性 (陀螺) 仪定位法, 可适用管径为90—2200mm任何材质管线, 此法为测定管线两端精确位置, 将惯性 (陀螺) 仪放置管线内往返拖动, 通过陀螺方位及运行轨迹直接确定管位, 此法无需地面标定, 很好的解决了跨越河道、大型水域等人员无法直接到达的地段, 管位坐标直接测定, 精度高等特点。

3 具体实施

3.1 顶管测量

顶管测量主要是完成井上-井下平面及高程的传递、井下导线测量的方法。对于管径较小的直线段顶管, 可采用井上-井下高程的传递, 对管道管内底流水线标高全程测量;对于管径较大的直线段或曲线段顶管, 可采用一井定向、两井定向或布设管内无定向导线的测量方法, 针对曲线顶管施工管道, 对其管内明显转弯位置进行测量, 以反映出管道的真实三维位置。

3.1.1 测量方法

顶管测量按平面及高程不同工序, 分别进行:

(1) 平面控制测量:井口布设不少于2个平面控制点、井上-井下坐标投点、布设井下导线;

(2) 高程控制测量:井口布设高程控制点, 井上-井下进行高程传递, 管段内采用三角高程测量。

(3) 管内中心坐标及高程测定:测定沉井中心及沉井边线平面坐标, 管内每15米左右测定一处坐标及管内底高程, 遇高程起伏较大及明显管道转弯时, 增加测点密度。

3.1.2 实验管段开展及结果分析

项目位于福州市福新东路, 测量任务是对电力地下走廊线路的平面位置、管线高程进行测量, 该线路采用非开挖工艺施工, 干管管径为DN3200。

采用的测量方法是通过井上至井下平面及高程的传递、管内无定向导线的布设, 将各要采集的管线点作为导线点, 通过测定各导线点坐标及高程的方式直接测定各管线点的平面位置及管线高程。

测量数据经过导线平差后结果如下:

H4B-1CA段, 长度986.858米, fx=36mm fy=-111mm fs=117mm K=1/8413, 高程闭合差:54.5mm;

H4C-H1D段, 长度637.227米, fx=22mm fy=-27mm fs=35mm K=1/18312, 高程闭合差:-15.1mm;

5Z-H1G段, 长度585.219米, fx=-154mm fy=7mm fs=154mm K=1/4797, 高程闭合差:63.9mm。

根据《城市地下管线探测技术规程》规定, 管线测量所采用的导线相对闭合差应小于1/4000, 高程控制高程闭合差应小于±10√n (n为测站数) 。以上测量结果, 通过以上方式布设的导线点, 完全可以满足隐蔽管线点测量的精度要求 (平面位置限差δts<0.10h, 埋深限差δth>0.15h) 。

3.2 拉管探测

对于拉管施工管线探测, 主要是采用示踪法、导向仪探测法, 但是拉管管线在穿越河道、建筑、交通繁忙地段等人员无法穿越的位置时, 需要采用惯性 (陀螺) 仪定位法进行拉管管线的三维测量。下面对这三种方法做个简要介绍。

3.2.1 超级探棒+探测仪 (示踪法)

适用的仪器是地下管线探测仪配示踪仪, 辅助设备有穿管器, 将能发射电磁信号的超级探棒 (示踪探头) 或是示踪线送入非金属管道内, 在地面上用接收机扫描接收信号, 每5米进行一次定位、定深。

3.2.2 导向仪探测法

导向仪包含接收器与传感器, 并配备穿管设备等, 导向仪的传感器就是一个发射源, 利用穿管仪将传感器送入管道中, 再用接收器追踪传感器的位置与深度, 从而查明管道的走向和深度。每5米进行一次定位、定深, 采用导向仪对拉管管线进行探测前, 需对导向仪进行校准, 校准符合要求了才能投入工作。

3.2.3 惯性 (陀螺) 仪定位法

惯性陀螺仪采用惯性定律和角动量守恒定律, 不受电磁干扰;整个采集过程中沿着管线内部行走并且独立采集数据, 减少人为参与跨越地形限制且探测深度趋于无限。采样间隔密集, 可根据实际要求截取数据。用牵引绳将主机拖入管道, 从远端拉动牵引绳, 将测量主机从管道远端拉出;主机将自动记录运行轨迹并储存, 其中主机要求沿管道运行速度均匀, 且至少两次往返路线, 以保证记录数据的稳定性及有效性, 将主机记录的测量数据导入专用计算机系统, 并将管道两个端点坐标输入系统, 通过软件自动计算得到管道中心轴线的三维坐标。

3.2.4 实验管段开展及结果分析

为了分析以上三种探测方法对拉管管线的定位、定深, 我们选择在不同探测条件下的燃气拉管作为试验对象, 对示踪法、导向仪探测法、陀螺仪定位法三种探测方法进行测试比对。

选择有代表性的管段进行试验分析, 分别为180米跨河拉管燃气管线及110米平地拉管燃气管线 (内径DN250、PE管) , 地点位于福州市远洋路。

1) 110米平地管线的拉管埋深为1.0~7.0米, 实地浅层其它管线干扰较少, 分别采用示踪法、导向仪探测法、陀螺仪定位法三种探测方法进行管线探测, 探测结果为:平面位置基本吻合, 埋深比对数据如下 (单位:米) :

2) 180米跨河管线的拉管埋深0.9~7.5米, 实地浅层存在其它管线干扰, 且该管穿越房屋、河道等。探测结果为:

a.在穿越房屋、河道部分拉管只能采用陀螺仪定位法定位、定深, 其它两种方法无法探测;

b.在其它地面部分:在有其它管线干扰区域, 导向仪探测法、陀螺仪定位法的探测结果基本吻合, 发现示踪仪探测的埋深不稳定。

三种探测方法探测埋深比对数据如下 (单位:米) :

通过以上两段拉管探测试验, 三种不同的探测方法在其探测条件具备情况下均能有效的、准确的对管线进行定位、定深。

4 成果分析

在非开挖管线技术运用越来越多的现状, 通过矿山法以及对管线仪的扩展应用, 并运用最先进惯性陀螺仪进行实验比对, 几种探测方法均适用非开挖管线, 对大口径顶管采用井上-井下平面及高程的传递、井下导线测量的方法, 测量人员直接进入管道内进行测量。

拉管施工的管线由于管径小测量人员无法直接进入, 埋深在4米以内可用超级探棒+探测仪 (示踪法) ;埋深超4米的深埋管线采用导向仪探测法或惯性管线陀螺仪定位法;当地面情况较为复杂, 穿越河道、滩涂等人员无法在地面进行标定的管段, 只能采用惯性管线陀螺仪定位法。

对于部分非开挖施工管线的探测, 如已经启用的顶管管线、没有开口的有压拉管管线、管径较小的曲线段顶管等, 因不具备顶管测量及拉管探测的条件, 需要相关单位的后期协作, 技术探索及突破以及其他新设备的支撑。

总之, 在拉管管线探测期间应根据不同的管线、地形、地物、埋深等, 选择不同的拉管管线探测方法, 才能提高拉管管线探测的精度。

5 结语

本文对管线埋设现状进行了阐述, 争对非开挖管线埋设越来越多、以及非开挖管线多为非金属管线这种现象, 提出多种适合的测量方法, 开展了具体实验并进行精度分析, 几种非开挖管线探测技术方法有效解决了大部分非开挖施工管线的定位、定深问题;特别是超级探棒+探测仪和导向仪的配合使用, 扩展了普通探测仪的使用范围。目前, 以上方法已广泛运用于福州市地下管线数据库的日常数据更新维护工作中, 为福州市地下管线安全运营提供了强有力的技术保障。

参考文献

[1]苏瑾, 鲍海鹰, 曹德意, 殷丽萍.惯性陀螺定位测量技术在给水管道非开挖施工中的应用[J].上海水务, 2012 (2) .

[2]林勤.拉管施工管线安全监测方法探讨[J].福建建设科技, 2013 (1) .

[3]福建东辰管道穿越工程有限公司.DBJ13-102-2008水平定向钻进管线铺设工程技术规程[S].福建.

[4]北京测绘设计研究院.CJJ 61-2003城市地下管线探测技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

非开挖施工管线 篇2

一、工程概括

本工程中水回用给水管穿过厂区经五路和纬五路时采用非开挖拖拉PE管的方式埋管，穿过经五路PE管径为DN250，穿过纬五路PE管径为DN150，拖拉管水平投影长度均为100m.。

二、非开挖施工工艺流程

在本次施工中采用ZT25型水平导向钻机进行施工，其施工步骤主要包括如下几步：

① 现场勘察； ② 施工准备； ③ 导向钻进；

④ 预扩孔(第一次预扩孔，第二次预扩孔）； ⑤ 回拉铺管.三、施工准备

a、现场勘察：

在施工前，利用我公司专备的RADIO /MP51T地下管线定位设备明确查清地下管线的走向及深度，确保工程安全进行。

b、施工准备：

非开挖（拉管）穿越施工的关键是做好导向孔曲线的设计和地质勘察，导向孔的设计和施工受许多因素的制约，其中最主要的是施工现场的地上和地下条件，地上条件包括地形，地貌以及周围建筑物、道路等；地下情况包括原有地下管线，地下水和地质结构等。因此，在导向孔设计和施工前必须进行详细的现场勘察，取得第一手的地质资料。现场勘察内容包括：原有地下管线及设施的直径和埋深，原有电缆线路的走向等情况，并在地面作好标记，穿越地层的土质类型、含水量、透水性。

对于地下管线的勘察主要是三种方法：1）人工勘察，2）仪器勘察，3）间接勘察。具体在进行拉管施工前将入土口的路面挖一个工作坑，如有回填土，则取走直到露出原土为止。为便于置放泥浆泵，应在入土处边挖个小坑，大小以能放置泥浆泵为准。为了使施工过程中尽量不给交通安全、城市环境及周围群众正常生活带来影响，应在不影响正常施工的前提下在施工现场周围（即出、入口和泥浆池周围）用砖基础隔离泥浆外溢，并活动护拦进行围护。

四、非开挖施工

一）首次定向钻进

准备工作完成后，钻机定位，按照ABP软件设计图开始施工。尽可能缩短减少钻进和回扩、回施时间。利用导向钻机及导向仪，通过检测和控制手段使导向钻头按设计轨道钻进。

导向孔钻进一般采用小直径全面钻头，进行全孔底破碎钻进，在钻头底唇面上或钻具上，安装有专门的控制钻进方向的机构，在钻具内或紧接其后部位，安装有测量探头。钻进过程中，探头连续或是间隔测量钻孔位置参数，并通过无线数据或有线方式将测量数据发送到地表接收器。操作者根据这些数据及其处理这些数据得到的图表，采取适当的技术措施调整控制钻进方向，再进行人工控制钻孔的轨迹，从而达到设计要求。

二）预扩孔（回扩孔）：

导向孔钻进完毕后，装上各种回扩器，将原孔扩大到原来管径的1.2倍。一般在钻机对面的出口坑将回扩钻头连接于钻杆上，再回拉进行回扩，在其后不断地加接钻杆。根据导向孔与适合生产管铺设孔的直径大小和地层情况，回扩可一次或多次进行。

推荐最终回扩直径按下式计算：

D´=K´D

式中：

D´——适合生产管铺设的钻孔直径

D——生产管外径

K´——经验系数，一般K´=1.2，当地层均质完整时，K´取小值，当地层复杂时，K´取大值。

在进行扩孔的时候，利用泥浆混配系统将拌有美国威猛化学泥浆的混合液通过钻杆注入回扩器中，通过回扩器的旋转均匀地喷在孔壁上，化学泥浆的主要作用：

（1）、泥浆在孔的四周形成泥饼，也称为孔壁，使形成的孔不塌方。（2）、泥浆使钻杆和钻头得到良好的润滑，减少阻力。

（3）、泥浆在孔内流动，可冷却钻头。

（4）、泥浆可悬浮岩粉，并将他们带出孔外。

（5）、泥浆在钻头前面起射流作用，有助于切削土层。

a、敷设管线

回拉完成后，即可拉入待铺设的生产管。管子预先全部连接妥当，以利于一次接入。当地层情况复杂，如：钻孔缩径或孔壁垮塌，可能对分段拉管造成困难。回拉时，应将回扩钻头接在钻杆上，然后通过单动接头连接到管子的拉头上，单动接头可防止管线与回扩头一起回转，保证管线能够平滑地回拉成功。将最后一次扩孔的回扩器接上待铺管道，最后用钻机将管道拖入洞中，一次性敷设成功。

b、钻进液、泥浆

多数定向钻机采用泥浆钻进液。钻进液可冷却、润滑钻头、软化地层、辅助破碎地层、调整钻进方向、携带碎屑、稳定孔壁、回扩和回拉时润滑管道；还可以在钻进硬地层时为泥浆马达提供动力。常用的钻进液、泥浆是膨润土和水的混合物。导向孔施工完成后，泥浆可稳定孔壁，便于回扩。钻进岩石或其它硬地层时，可用钻进液驱动孔底“泥浆马达”。

c、轨迹设计参数：

覆盖深度：完成岩土勘察，确认了穿越的轨迹，就可确定穿越的覆盖深度，需要考虑的因此包括钻孔施工对地面道路、建筑物的影响，以及对该位置已有的管线的影响。推荐穿越的最小覆盖深度大于钻孔最终回扩直径的6倍以上。

d、入、出土角

8~20度的入、出土角适用于大多数的穿越工程。对地面始钻式，入土角和出土角应分别6度至20度之间。

e、辅助参数

入土点或出土点与欲穿越的第一个障碍物之间的距离应至少大于3根钻杆的长度。与水平的最小距离应至少为5-6M，以保证不发生泥浆喷涌。从钻进技术方面考虑，第一段和最后一段钻杆柱应是直线的，即没有垂直弯曲和水平弯曲，这两段钻杆柱的长度应至少为10M。

f、钻孔轨迹控制

钻进导向孔时，每2-3M进行一次测量计算。施工方在这些测量计算的基础上作出钻孔轨迹图。还可应用测控软件进行轨迹控制。内充满足够泥浆。扩孔完成后进行回拖作业。

三）定向穿越施工技术保证措施：

水平定向钻穿越入、出土角按设计确定，确保管道在地下的深度要求和施工安全。根据不同土质选取不同的钻进速度，选配不同性质的泥浆（泥浆粘度在45秒至50秒之间）。本次穿越工程为确保钻机正确就位；开钻前应认真进行参数标定，确保穿越控向数据的准确，严格控制偏差在规范允许的范围之内。

四）水平定向穿越施工技术质量保证措施

钻机安装牢固后方可开钻，根据穿越管径的大小、长度和钻具的承载力调整回拖拉力。

1、中水管道标高控制措施

(1)钻导向孔施工前，用水平仪将钻线各控制点处的地形标高转测出来，并做出标记。然后根据地形标高，设计图纸上的管底标高换算出个控制点的深度，做出设计数据表。钻导向孔时根据设计表对每个控制点进行控制，如有偏差及时纠正。

(2)直观控制：导向孔施工前，在入、出钻工作井处各找两个点，井位两侧用水平仪测出标高，使这两点标高一致，并打木桩做好标记。然后在这两个点上拉一条细线，当导向钻头至工作井时，用塔尺进行直观测量，这样可算出导向仪在地面上测量的深度与实际深度的偏差，然后根据这一个系统偏差对导向孔进行纠正。

(3)本次导向孔施工我们采用最先进的美国Ditch Witch水平导向钻机随机配置的750D导向仪，它具有精度高、抗干扰小等特点，据我们实践证明，其误差率小于0.1%。

2、预扩孔质量控制措施

(1)预扩孔是管道回拖成功的关键程序，为了保证回拖拉管工序的顺利进行，确保穿越万无一失，根据本地区地质资料，预扩孔DN350管采用1级扩孔。一次采用Φ350挤桶式扩孔器进行一次扩孔。

(2)施工中加大泥浆配比，增加泥浆粘度的方法来维护钻孔的稳定。具体为：回扩孔时泥浆的马氏粘度值必须保证在45~55秒之间，泥浆比重应大于1.03，泥浆注入土中与粘土混合后产生的泥浆比重应大于1.10（根据土质情况而定）；选用进口高度膨润土，增加泥浆的高造浆率，保证泥浆具有优良的悬浮能力；为了增加钻孔的护壁效果，防止塌孔，在泥浆中按比例加入高分子聚合物，使钻孔壁形成一层保护层达到良好的护壁功能。

(3)施工时要连续进行，保证钻孔中的泥浆粘度适中处于一种粘滞状态，使泥浆没有时间沉淀，保证孔壁稳定性。在预扩孔时扩孔速度不能太快，扩孔时间应大于3分钟/根，并均速扩孔不得忽快忽慢，使孔内泥浆均匀分布，严禁回扩器向扩孔方向反推以减少泥浆的不均匀分布。

(4)在预扩孔及回拖拉管过程中，孔内将会涌出大量的泥浆，为了观察孔内土质变化及保护施工环境，工作井内的泥浆必须及时抽出运走，施工过程中两侧工作井旁必须配备一台挖掘机及泥浆泵，进行泥浆清理，以保证回拖拉管工序连续进行。

3、施工前准备

施工前必须利用物探手段结合开样槽方式对地下原有管线进行详查，对地下原有管线准确定位，并采取相应的保护措施，以确保地下原有管线的安全。

4、连接的顺序为：

管道

万向节

短节

扩孔器

钻杆。

5、管道焊接

在管道焊接摆放过程中，根据场地的实际情况，在不影响交通的前提下，管 道尽量一次性焊接完成。如果场地不允许，我们可分段焊接摆放，在拉管进行过程中逐段焊接以保证交通畅通。

6、泥浆配制：

泥浆在各个阶段的配制如下（如果地质情况有变化，其配制方案也随之变化）：

（1）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定； 其基本配方是：7—8%预水化钠基膨润土+0.2—0.4%增粘剂+0.3%降滤失剂。

（2）预扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力；其基本配方为：7—8%预水化钠基膨润土+0.3%—0.5%提粘剂+0.4%降滤失剂。

五、质量保证措施：

1、参照有关施工标准及规范施工，并在施工前经甲方和监理认可。

2、设立质量管理机构，由作业机组的技术人员负责对质量工作的落实，坚持文明施工，对建设方和上级领导负责。

3、建立严格的检查制度，施工作业机组试通合格后，接受监理工程师的验收。

4、执行以预防为主的原则，对工程质量进行控制，对参加施工的人员进行质量教育。建立质量交底制度，让操作人员明白质量的具体目标和要求。

5、认真做好施工记录，所有内容必须认真如实填写，不准掩盖施工中出现的质量问题。

六、管道的安装组焊

1、管线运输

管材自供，并由供货单位负责管道焊接，并提供质量保证书及验收资料。管线运输中注意保护管壁，以免损伤。

2、布管

沿作业带将管道顺序摆放、首尾错开，以便组对焊接。

3、组对焊接

(1）管道连接采用热收缩套连接法，所用热收缩套由厂家配套供应。

(2）管套的施工环境温度为0~60℃，若环境温度低于0℃，应对管套采取保温措施。

管材连接处表面的灰尘和脏物应清理干净，并使之对接无缝。

(3)应用液化石油气喷枪火焰从热收缩套中间沿圆周方向均匀加热，并使热收缩。

(4)套完全收缩后再分别向两端延伸加热。加热时套管允许受热温度不超过250℃。在局部收缩完后再重新加热表面凹凸不平的其它部分，直至使其完全平整。最后应对收缩套的两端各50mm处再加热一遍，以使两端热熔胶充分熔化。

(5)在管道连接完毕后，根据长度用Φ12mm圆钢筋做四条加强筋与管子拖拉头及 管尾封堵头连接，并且在每根管子连接部位用钢板做一个抱箍与加强筋连接，（抱箍宽50mm、厚5mm）以增强管道的抗拉力及抗压力。

非开挖施工管线 篇3

1. 增强聚丙烯FRPP模压管的技术特点

增强聚丙烯模压管(FRPP)为柔性塑料管材。该管是采用聚丙烯为原料，掺入一定量的玻璃纤维，采用挤出模压成型的工艺路线，生产出符合规格要求的排水管材。该管材采用承插式接口，用橡胶圈密封。基础为碎石、砾石和砂等柔性基础。它具有水密性能好，施工速度快，耐腐蚀等优点，特别是对由于地基产生的不均匀沉降出现的接口转角时，水密性能较承插式钢筋混凝土管材要好。由于该管材在原料中添加了一定比例的玻璃纤维、碳黑和其他材料，提高了管材的抗内外压强度、抗渗漏、搞弯曲、内壁光滑不结垢，重量轻，安装与维修方便等优点，加工管径可达到D1200mm，使用寿命可达到50年以上。

2. 性能比较

聚丙烯FRPP模压管虽然单价上比混凝土管高，但从运输吊装、施工流程、施工效率等方面进行综合比较，其造价整体上相当于混凝土管。再者由于增强聚丙烯FRPP模压管内壁光滑，允许通过的流量比同口径的混凝土管要大，设计时有较大的选择余地，其中包含了可观的经济效益。

3. 适用范围

增强聚丙烯FRPP模压管为近期推出的新型管材，考虑其成型特征，目前市场上小口径的增强聚丙烯FRPP比较成熟。而且综合造价相关因素，小口径增强聚丙烯FRPP模压管相对其它管材更有优势，故本工程对于小口径排水管(直径小于1000mm)，推荐采用增强聚丙烯FRPP模压管。

4. 施工方法

沟槽槽底净宽度宜按管外径加600mm确定，以便于人工在槽底作业为宜，管道基础采用碎石或砾石砂，碎石的粒径为25—38mm，砾石砂的粒径≤600mm。若工程处于软土地基，槽底又在地下水位时，宜铺垫砾石砂150mm，用黄砂找平。管顶以下沟槽回填的材料应严格控制，可采用碎石屑、沙砾、中砾、粗砾或开挖出的良质土。

管道接口采用“O”形橡胶圈接口，橡胶邵氏硬度为45—55Mpa。

管道与检查井的连接采用短管，管道承口应排在检查的进水方向，管道插口应排在检查井的出水方向。

当管道位于低洼、沼泽、地下水位高的地段时，为适应基础不均匀沉降，检查井与管道的连接宜先采用长1m的短管与检查井连接，然后再与整根管连接。

二、管线非开挖施工工艺

管道建设处于繁华市区时，道路交通繁忙、车流量大，管道需穿越重要道路的交叉口，为了减少交通等方面的影响，可采用非开挖施工工艺。

1. 非开挖施工的优点

目前发达国家应用此技术铺设管线的已达到7%—10%。非开挖技术的兴起不是偶然, ，与传统的开挖技术相比，它具有以下几方面优势：

非开挖解决了传统开挖施工对居民正常生活的干扰和对交通、环境及周边建筑物基础的破坏与不良影响。非开挖能在开挖施工无法完成的地区或不允许开挖区(如穿越河流、湖泊、重要交通干线等)，可用非开挖技术进行施工。现代非开挖技术可以非常精确地控制地下管线铺设方向、埋深等，并可绕过未曾发现的地下障碍物。

非开挖具有较好的经济效益和社会效益。顶管实践证明非开挖顶管技术，在大多数情况下，尤其是在繁华的城市和管线埋深较深时，非开挖技术是一种良好的施工方法，在特殊情况下，如穿越地上建筑物或河流、道路等，非开挖施工更是一种经济的施工方法。

非开挖工艺有多种，目前主要运用的有顶管和定向钻等。(见各种工艺特点和适用范围表)

针对以上情况，结合本工程实际特点对于管径大于Φ1000的排水管和给水管，宜采用顶管工艺;对于管径小于Φ1000的压力管，在施工范围允许的条件下，宜采用顶向钻工艺。顶管工艺管材宜采用夹砂玻璃钢管，定向钻工艺宜采用外表光滑的聚乙烯排水管。

2. 顶管施工方法

顶管施工根据其施工方式又可以细分为以下三类：

2.1掘进式顶管工艺

工作原理：在工作坑的顶进轴向后方，布置一组主油缸，将管道放在主油缸前面的导轨上，在管道最前端安装工具管。主油缸顶进时以工具管开路，将管道压入土体中。人工在工具管内前端挖土，土方被运出管外，主油缸回油，加顶铁顶进，回油，即顶铁安装管道，继续顶进，循环施工，直至顶完全程。

适用范围：适用于无地下水并对沉降无严格要求的粗砂、细砂、粉砂、砂制粉土、粉质粘土。

适用距离：短距离顶管。

2.2土压平衡式顶管工艺

工作原理：随着工具管的顶进，刀盘在不断转动，开挖面转削下来的泥土进入搅拌舱，被搅拌成软塑状态的均质土。由螺旋输送机排出搅拌舱，用小斗车输送排放到管外。

适用范围：中、长距离顶管。

关键技术：土压平衡控制技术;触变泥浆的配制和注入以及对各种地层的适应性;顶进方向的测量控制。

2.3泥水平衡式顶管工艺

工作原理：随着工具管推进，刀盘在不断转动。进泥管不断供泥水，排泥管不断将混有弃土的泥水排出泥水舱。泥水舱要保持一定的压力，使刀盘在有泥水压力的情况下向前钻进。为使挖掘面保持稳定，必须向泥水舱注入一定压力的泥浆，泥浆在压力作用下向土体内部滲透，在开挖面形成一层泥浆护壁。

泥水平衡式顶管是一种新型的全断面钻削式掘进机顶管技术。具有以下优点：

A.适用土质比较广，最适用渗透系数小于10—3cm/s砂性土。b.地面沉降较小，挖掘面稳定，土层损失小。c.施工速度快，弃土采用管道运输，可以连续出土。

采用顶管施工，因工作井、中间井埋深较大，在顶管过程中应密切注意安全作业，要充分估计各种事故的发生可能，并做好防范措施，以防工程事故或人生事故的发生。

3. 定向钻施工方法

定向钻技术最早出现在70年代，是传统的道路打孔和油田定向钻井技术的结合，这已成为目前广受欢迎的施工方法，可用于输送石油、天然气、石化产品、水、污水等物质和电力、光缆各类管道的施工。不仅应用于河流和水道的穿越，同时还广泛应用于高速公路、铁路、机场、海岸、岛屿以及密布建筑物、管道密集区等。

定向钻钻孔轨迹可以是直的，也可以是逐渐弯曲的。在导向绕过障碍物，或穿越高速公路、河流和铁路时，钻头的方向可以调整。钻孔过程可在预先挖好的发射坑和接受坑之间进行，也可在安装钻机的场地，以小角度直接从地表钻进。工作管或导管的铺设通常分三步进行：导向孔、预扩孔和回拖管道。

导向孔：导向孔是在水平方向按预定角度并沿预定截面钻进的孔，包括一段直斜线和一段大半径弧线。在钻导向孔的同时，承包商也许会选择并使用更大口径的钻杆(即冲洗管)来屏蔽导向钻杆。冲洗管可以起到类似导管的作用，还可以方便导向钻杆的抽回和更换钻头等工作。导向孔的方向控制由位于钻头后端的钻杆内的控制器(称为弯外壳)完成。钻进过程中钻杆是不做旋转的，需要变换方向时若将弯外壳向右定位，钻进路线即向右沿平滑曲线前进。钻孔曲线由放置在钻头后端钻杆内的电子测向仪进行测量并将测量结果传导到地面的接收仪，这些数据经过处理和计算后，以数字的形式显示在显示屏上，该电子装置主要用来监测钻杆与地球磁场的关系和倾角(钻头在地下的三维坐标)，将测量到的数据与设计的数据进行对比，以便确定钻头的实际位置与设计位置的偏差，并将偏差值控制在允许的范围之内，如此循环直到钻头按照预定的导向孔曲线在预定位置出土。

预扩孔：导向孔完成后，要将该钻孔进行扩大到合适的直径以方便安装成品管道，此过程称为预扩孔，(依最终成孔尺寸决定扩孔次数)。例如，如需安装36英寸管线，钻孔必须扩大到48英寸或更大。通常，在钻机对岸将扩孔器连接到钻杆上，然后由钻机旋转回拖入导向孔，将导向孔扩大，同时要将大量的泥浆泵入钻孔，以保证钻孔的完整性和不塌方，并将切削下的岩屑带回到地面。

非开挖施工管线 篇4

随着经济的发展, 城市化进程的加快, 为缓解用地压力, 大量高层、超高层建筑相继涌现, 这又导致大量基坑的出现。在城市中进行深基坑的开挖, 必然会引起周围地层发生扰动, 打破原来的初始地应力平衡, 这将使周边的道路、建筑物、管线产生附加应力和位移, 从而导致建筑物倾斜、道路、管线开裂破坏。因此, 为保证周边建筑物及地埋管线的安全和正常使用, 在进行基坑的设计时不仅应该满足强度要求, 而且要实现对周边扰动土体的变形控制[1]。

城市地下管线担负着城市供水、供电、燃气和通讯等重要功能, 被称为“城市生命线”, 一旦发生事故, 后果不堪设想。随着城市建设的发展, 基坑开挖导致邻近管线破坏的问题会越来越多, 为了保证邻近地下管线在基坑开挖过程中正常安全运行, 减少由此造成的经济损失, 必须对地埋管线的破坏机理, 和基坑开挖过程中管线变形规律及力学响应进行深入的研究。

目前, 针对深基坑开挖对邻近管线影响机理的研究, 主要的方法有理论分析、试验研究和数值计算等, 本文将分别进行归纳总结, 并对研究中存在的问题及今后的研究方向提出几点看法。

1 理论分析法

在理论研究方面, 目前应用较多的是弹性地基梁分析法。弹性地基梁分析法是将管线看作放置在弹性地基上的梁, 这种方法虽只比较简单地考虑了管土之间的作用, 但只要输入的参数得当, 仍可以得到比较合理的预测结果, 目前在工程上应用较为广泛[2]。

O’Rourke (1982) [3]将地下管线看作理想刚性管和柔性管两类, 假定理想柔性管与地层变形一致, 接头处不发生转动, 而将理想刚性管与土体的相互作用采用弹簧-滑块模型进行模拟, 仅考虑其在接头转角处的位移。秦昊[2]采用弹性地基梁理论对地下管线的变形及受力机理进行了探讨。研究认为:基坑开挖引起的周围地下管线的位移变形包括水平和垂直方向上的位移变形, 同时以煤气管线为例, 根据弹性地基梁的理论及Matlab软件求出其垂直位移曲线方程为:

EP———管道的弹性模量;IP———管道的截面惯性矩;q———作用在管道上的压力。

按图2所示, 当地层无下沉时, q=KWp;当地层下沉W时q=KWp-KW, 即相当于在管道上施加压力q=KW, W为管处的地层沉降量。

对于柔性管, 研究认为, 为分析其在地层下沉时的受力变形规律, 可从管节接缝张开值, 管节纵向受弯曲及横向受力等方面分析每节管道可能承受的管道地基差异沉降值, 或沉降曲线的曲率。

就目前理论分析而言, 大多数学者将管线与土体之间的作用当作弹簧-滑块模型进行计算分析, 且仅将管线看作轴向刚度均匀的柔性管或刚性管, 而未考虑管线接口形式和刚度的不同所造成的影响, 研究成果具有很大的局限性。因此, 有必要对管土之间的作用机理和考虑接口形式和刚度不同时管线的力学响应及变形特征作更深入的研究。

2 试验研究法

试验研究法包括现场试验、相似材料试验和离心机试验, 能够较真实的反映管线在外部因素作用下的力学及位移变化规律, 且能对理论分析和数值计算结果进行对比验证。因而, 在课题的研究中得到了广泛的应用[2]。

Singhal[8]在试验基础上, 把公称直径为100mm、150mm、200mm及250mm的离心铸造球墨铸铁管作为研究对象, 并得到了轴心拉拔力P、弯矩M和扭矩T的计算公式。同时还有很多学者利用工程类比及模型试验法进行了深入研究, 如Crofts、Menzies和Tarzi[9]提出了一种估算由基坑开挖引起地下管线水平位移的方法。研究认为地下管线向基坑内的水平位移由下式四部分组成:x=x1+x2+x3+x4。式中:x1———由基坑壁向坑内膨胀而导致的地下管线水平位移;x2———由基坑壁与围护结构接触而导致的地下管线水平位移;x3———由于围护结构的弯曲而导致的地下管线水平位移;x4———由于基坑内的回填土的固结而引起的地下管线的水平位移。赵文等[10]采用实测的方法对沈阳地铁一号线盾构隧道施工过程中地下管线的受力和变形状态进行了研究, 并通过对管材的材料试验结果进行分析认为地下管线在施工过程中不会破坏, 处于安全状态。

综合以上研究成果, 目前研究主要集中于对某一特定类型的管线在某一特殊地层中的内力及变形规律进行讨论。然而, 现实工程中管线种类繁多, 材料性质差异巨大, 现有研究成果难以完全揭示管线与土体之间作用的普遍规律, 只能反映某一特定情况下管线的变形特征。因此, 为得到不同类型的管线在不同地层中的作用机理, 须结合理论分析和数值计算的方法作进一步的研究。

3 数值计算法

数值计算方法不但能模拟基坑分布开挖整个过程对管线的作用, 还可以考虑结构-土体之间的相互作用及许多复杂因素对计算模型的影响, 在研究过程中得到了广泛的应用。

李大勇等[11]基于三维有限元方法, 并考虑管土及基坑围护结构三者的耦合作用, 分析了基坑内被动区土体、地下管线底部土体及侧向土体加固对对地下管线位移的影响。研究表明:基坑被动区土体加固能够最有效地控制地下管线的位移, 但在同一加固宽度下, 加固深度超过某一最佳加固深度时, 加固效果并不理想。因此, 为获得最佳经济效益, 必须确定最优加固宽度和深度。随后李大勇等[12]采用有限元方法研究了不同因素作用下的内撑式基坑开挖对周围地下管线影响, 研究表明:随基坑开挖深度的增加, 地下管线位移逐渐增加, 加大支撑刚度能够有效地控制地下管线的位移, 但当支撑刚度超过某一界限时, 其对管线位移的影响并不显著。贾洪斌[13]利用有限差分软件FLAC3D分析了基坑分步开挖、开挖尺寸、不同管径、管线距离基坑远近等因素对地下管线变形的影响。同时, 给出了在己知管线材料及管线水平、竖向位移的情况下, 通过计算管线的应力、弯矩和转角来判断管线安全状况的方法。胡冬[14]利用ANSYS软件, 分别考虑了不同因素作用下悬臂式基坑与内撑式基坑开挖对地下管线位移的影响。研究表明:管线弹性模量越大、离基坑越远、埋深越大、下卧层及管线周围土体弹性模量越大, 管线的位移越小;随基坑开挖范围及深度的增大, 管线的位移逐步增大;同时, 研究指出内支撑式基坑中埋深对地下管线位移的影响与悬臂式基坑相比有显著的不同, 在一定深度范围内, 地下管线的水平位移及竖向位移随着埋深的增加而增大, 但当位移达到最大值后, 随着埋深的增加而逐渐减小。

目前, 众多学者采用数值计算方法对临近深基坑的管线进行了很多研究。但研究仅限于从基坑支护结构参数、管线材料参数和空间位置等方面探讨对地埋管线的影响, 极少考虑基坑降水及地表降雨的作用, 且大多只针对某一特定土体。为得到更为准确合理的结果, 考虑基坑、管线和渗流三者之间的耦合作用, 并对处于不同地层的管线展开研究, 就显得极为重要了。

4 结语

地下管线是整个城市系统的重要组成部分, 犹如人体的血管, 因此, 保证地下管线在基坑开挖过程中的运营安全是至关重要的。目前, 众多学者运用理论分析、试验及数值计算等方法对此展开了研究, 得到了很多有用的结论。然而, 由于管线种类、基坑支护形式多样, 以及管土相互作用的复杂性, 现在还难以完全掌握基坑开挖对邻近管线的影响机理。综合已有研究成果, 为进一步研究地埋管线在基坑开挖过程中的力学响应及变形特征, 必须针对以下几个方面, 作更深入的研究:

(1) 地下管线种类繁多、埋设的年限不同其破损腐蚀程度也不一样, 因此, 为保证管线的安全使用, 必须针对不同类型和状况的管线, 制定不同的安全控制标准。此外, 管线之间接口形式和刚度不同, 其变形机理必定不同, 然而, 现在大多数研究将管线看作一轴向刚度均匀的等直管, 因此, 对于这一问题有待进一步的研究。

(2) 各个地方土层性质不同, 管土之间相互作用机理各有差异, 管线在基坑开挖过程中的力学响应及变形特征也必定不同。目前的研究主要针对某一特定地层, 具有较强的地域性和特殊性, 因此, 为揭示基坑开挖对邻近管线的影响机理, 必须针对不同地层展开研究。

(3) 地下水及基坑降水对基坑和地埋管线的影响很大, 为真实的反映管线的应力和变形情况, 必须考虑基坑、管线和渗流三者的耦合作用, 这是今后研究的重点。

非开挖施工管线 篇5

随着国家城市化进程步伐的加快, 城市人口急剧膨胀, 城区土地资源变得十分紧缺, 开发利用城市地下空间已成为城市现代化进程中的必然趋势。地铁作为地下空间开发利用的重要一环, 是解决城市道路交通问题的一种有效手段, 城市地铁建设一般都是沿着城市主干道敷设, 城市主干道交通繁忙, 周边建筑物密集, 地下管线交错纵横, 地铁洞室的开挖会引起地层移动和地表下沉, 如果不加保护周边既有地下管线可能会发生过量变形甚至破裂, 故分析地铁建设过程对邻近地下管线的影响并对地下管线的安全稳定性作出评估成了迫切需要研究的问题。

2 工程概况

省体育馆站是昆明市轨道交通3号线工程的中间站, 位于东风东路与环城东路交叉路口以西道路下方, 沿东风东路呈东西向布置, 为地下二层岛式站台车站。

车站主体结构采用明挖法施工, 车站主体为地下二层岛式站台车站, 主体结构完工后, 将回填恢复以前道路。

场地岩性由上至下主要为人工填土、粘土、粉砂、泥炭质土、砾砂、淤泥质粘土等, 覆盖厚度大部分地段大于45m, 场地内特殊岩土为人工填土和软土。

车站西侧紧邻 (距离基坑小于30m) 密集的建筑物, 车站基坑两侧管线分布较多, 其中重要管线有: (1) 直径200mm灰口铸铁给水管, 埋深3.2m, 距离基坑维护结构4.5m。 (2) 直径300 (钢质) 燃气管, 埋深4.0m, 距离基坑围护结构7.5m。上述管线若发生变形造成破坏将给人民的生产生活带来重大影响。

3 影响管线安全的因素

基坑开挖过程中不可避免对土体才生扰动, 引起地表沉降与变形, 对周边管线产生安全影响。引起土体扰动的主要原因有开挖基坑发生变形和地下水的流失。

3.1 基坑变形

基坑开挖过程中, 支护结构内部的土体被挖走, 产生卸载效应。打破原来土体的平衡, 引起基坑底部土体产生向上的位移, 同时也引起围护结构在不平衡的压力差的作用下, 支护结构产生水平向的位移, 改变基坑围护结构后土体的原始应力状态而引起地层移动, 支护结构后方土体产生主动土压力, 向基坑内部移动, 是土体的水平应力减小, 竖向剪力增大, 出现塑性区, 造成基坑周边的土体产生沉降, 引起管线的变形。

3.2 地下水的流失

基坑开挖时, 为了增加土体的性能, 采用基坑内降水, 把地下水位降低到基坑底下1m左右, 基坑周边产生水压差值, 基坑周边的地下水对基坑维护结构产生静水压力, 维护结构桩间渗水, 水流会带走维护结构后的泥砂, 造成围护结构周边土体沉降、固结, 地表发生不均匀沉降, 引起管线的不均匀沉降, 管线受力不均匀, 可能造成管线的破坏, 对管线的安全造成影响。

4 监测数据分析

4.1 监测点的布置

监测点的布置一般以10m左右间距进行布设, 在管线接头处或者拐点处增加监测点, 监测点的高程基准点与工作基点与建筑物沉降共用, 将地下管线监测点与建筑物的监测点构成闭合环, 或形成由附合路线构成的结合网点。

管线沉降监测测点埋设时应注意准确核实管线位置, 确保测点能够准确反映管线的变形, 采用钻孔埋设方式埋设测点。

4.2 数据控制指标

监测数据分析一般以沉降累计变形值与变形速率控制指标来标示, 依据标准《建筑变形测量规范》JGJ8-2007相关内容规定, 一般建/构筑物测点的累计变形值达到30.0mm或变形速率为3.0mm/d时, 测点即达到最高预警级别 (红色预警) , 对变形反应比较敏感的建/构筑或重要的管线的测点累计变形值达到20.0mm或变形速率为2.0mm/d时, 测点即达到最高预警级别。预警级别分为三个级别即黄色、橙色和红色三级预警进行反馈和控制。

黄色预警指标要求:达到单项指标的70%或双控指标的60%, 即达到黄色预警级别。

橙色预警指标要求:达到单项指标的80%后双控指标的70%, 即达到橙色预警级别。

红色预警指标要求:达到或超过单项或双控指标, 即达到红色预警级别。

4.3 数据分析

4.3.1 单独测点数据分析

在大量的监测数据中, 首先要有针对性的选择测点数据进行单独的数据分析, 把测点连续测量的数据绘制成图表的形式, 更直观的观察测点的累计变形的大小、变形速率和变形发展趋势, 确定是否达到预警级别。例GX1测点如图1所示。

根据图表数值显示, GX1测点的累积变形值19.5mm, 超过累积变形控制值 (30mm) 的60%, 处于黄色预警状态, 变形速率0.25mm/d, 整体曲线仍有向下发展的趋势, GX1测点需关注, 增加监测次数。

4.3.2 多测点数据分析

多测点数据分析, 主要是针对相邻测点沉降数据分析, 查看相邻测点的相对沉降变形值的大小, 判断管线是否是均匀沉降变形, 把管线上测点的沉降数据绘制成图表, 观察管线的整体变形情况, 分析管线是否存在安全风险。多测点沉降效果如图2所示。

(1) 根据图表数值显示, 管线测点的整体沉降已经趋于稳定, 管线处于安全状态。

(2) 多个测点的最大累积变形值已经达到或超过累计变形控制值 (30mm) , 相邻测点的相对变形值在规范控制值范围以内, 属于均匀沉降变形, 管线是安全的。

5 结语

在地下工程建设过程中, 对地表建筑或地下的管线产生影响式不可避免的, 通过施工期间对地下管线的监测, 依据监测结果, 可以得出以下结论:

5.1 地下管线的测点发生较大沉降时一般是在基坑开挖期间, 及时架设支撑、浇筑底板时, 管线沉降变形速率减缓。

5.2 多个测点的最大累积变形值已经达到或超过累计变形控制值 (30mm) , 相邻测点的相对变形值在规范控制值范围以内, 属于均匀沉降变形, 管线是安全的。

5.3 当最后3个月内管线沉降变形速率小于0.01~0.04mm/d时, 可认为是进入稳定阶段, 变形已经趋于稳定, 即可申请停止监测。

摘要：以地铁基坑紧邻的地下管线为研究对象, 依据基坑开挖过程中对地下管线的监测数据, 分析基坑开挖过程中产生的沉降对地下管线安全方面的造成影响, 分析结果表明:地下管线的测点发生较大沉降时一般是在基坑开挖期间, 及时架设支撑、浇筑底板时, 管线沉降变形速率减缓;虽多个测点的最大累积变形值已经达到或超过累计变形控制值 (30mm) , 相邻测点的相对变形值在规范控制值范围以内, 属于均匀沉降变形, 管线是安全的;当最后3个月内管线沉降变形速率小于0.010.04mm/d时, 可认为是进入稳定阶段, 变形已经趋于稳定。

关键词：地铁施工,管线沉降,监测数据分析

参考文献

[1]陈志敏、欧阳康淼.地铁站基坑开挖对相邻建筑物的影响性分析[J].兰州交通大学学报, 2009 (08) :0025-0030.

[2]姜忻良、贾勇、赵保建、王涛.地铁隧道施工对邻近建筑物影响的研究[J]岩土力学, 2008 (11) :3047-3053.

[3]卿伟宸, 廖红建, 钱春宇.地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响[J].地下空间与工程学报, 2005, 1 (6) :960-963.