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非开挖技术在城市建设中的巨大作用

2014/6/23 21:50:12点击:

随着社会文化进步和科学技术的迅速发展,人们生活水平大幅度提升,对环境、能源、动力、信息都有了高质量的需求,这种需求如顶管施工等推动了城市现代化建设。而在城市现代化建设中,城市基础设施建设工程的施工是一个不可忽视的重要内容。例如:电力、通讯、数据信息传输电视、供热、供水、 排水、燃气等等;这些有形和无形的物理当量成倍提高,需要传输的能量之大、质量要求之高是空前的。因此,不论是规划新市区的建设,还是旧城区的相关改造,将传输各种能源动力介质的管道系统、电线电缆系统与相关建设项目进行配套改造或安装,是现在城市建设中的一个重要组成部分。

为了保证城市市容环境的整洁和城市地表面更加有效的利用,将各种能源动力介质的传输管线设施、信息的传输设施埋设在地下是当前城市市政建设中采取的主要方式,这些设施统统的利用地下空间敷设安装,既充分利用了地下空间的地理资源,又节约了地面上的空间面积,同时整洁、优化、美化了地面上的建筑环境,有利于城市建设的规划和环境的美化。

城市非开挖技术在世界上已经经历了100年的历史,而在中国却处于一种起步应用阶段。随着城市经济的不断发展,非开挖技术越来越显示其优越性,并广泛地被人们认识和接受。我国很多大中城市均采用此技术,发挥了非开挖技术的独特作用。

一、非开挖技术及其发展历史
非开挖技术是指利用各种岩土钻掘设备和技术手段,在地表不开挖沟槽的条件下,铺设、更换或修复地下管道、电缆、电线等公用设施,不影响任何交通和设施运行,做到最小限度地扰民碍市。

1900年美国采用顶管法成功地实现了非开挖铺设管线的技术突破。非开挖技术经历60年的发展,先后发明了螺旋钻进法和冲击矛法技术。1970年美国加洲人率先使用“水平导向钻进法”穿过河流铺设第一条采用此技术的管道,成为创立“水平导向钻进法”的第一人。由于他经常到全美各地推广此技术。因此,“水平导向钻进法”成为非开挖施工所普遍采用的施工工艺。随着非开挖技术的不断成熟,人们又针对不同的管网情况,于1980年发明了“胀管法”(爆管法),此技术随后也逐步推行开来。目前,世界非开挖技术和设备已经成熟,针对不同的地质条件和环境可采取不同的施工工艺。近几年,我国加快了城市建设的步伐,很多大中城市明文规定,新建、扩建、改建的城市道路交付使用后5年内、大修的城市道路竣工后3年内不得挖掘。给城市非开挖施工技术的应用提供了广阔的发展空间,于上世纪八十年代我国开始引进小口径顶管施工技术,经过近二十年的发展,小口径顶管技术已有了较大的发展。随着水平钻机、拉管机、定向钻的出现,小管径非开挖施工的发展,大管径非开挖施工技术也在我国重点工程项目中频频显示其威力。

二、非开挖技术的主要施工方法
目前,世界各国主要城市均不再使用传统开挖铺管和换管施工技术,取而代之的是非开挖技术,特别是美国、英国等发达国家均不允许开挖城市路面,完全采取非开挖铺换管道。非开挖行业为高新技术行业,通常所采用的几项非开挖新技术有水平定向钻进法、爆(裂)管法、微型隧道法、顶管法和螺旋钻进法。国外运用上述非开挖技术进行城市铺设或更换管道,使用者要向施工工艺发明者(组织)支付一定的专利技术使用费。同时,对使用者在使用过程中诸如泥浆回收等都有严格的规定。

1、水平定向钻进法。施工长度为15-1800米,管径25-1200毫米。主要应用于市政工程、管道设施、下水管道、压力管道等的施工。定向钻拉管是采用定向钻机在地下按设计位置钻孔、扩孔后,钻机再将管材从钻好的孔洞中拉出,可以单根拉和多根集束拉。该工艺施工速度快、定位精度高,是目前城市建设中管线穿越安装采用最多的工艺。该工艺适应的管材是钢管、PE管、聚氯乙烯管、多孔梅花管等。其一般应用于城市污水管道、给水管道、燃气输送管道、采暖管道护管、其它一些工业气体、液体的输送管道、220kV及以下电力电缆、光缆、电话电缆、广播电视传输电缆,以及其它数据信号的传输缆线的护管通道等。

2、爆(裂)管法。又称胀管法。主要应用于压力管道的更换和下水道的更换。施工长度在100-900米,管道直径70-1060毫米,爆管法施工工艺过程又分“固定裂管工艺”和“气动工法”,通常采用此工艺在距离地面1-2米处,管径在200-350毫米,要比开挖节约成本10%-50%;在距离地面6米以下,管径800毫米,要节约工程成本20%-25%。此工艺在西方国家普通采用。

3、微型隧道法。主要应用于下水道、天然气主管道的安装,施工长度为25-225米,管径为250-3050毫米。在美国,微型隧道工法被定义为一种遥控、激光导向的顶管方法。顶管过程中,不需进人工作,由于这种方法可用于铺设任何尺寸的管道,因此没有人为的尺寸限制。

4、河南顶管法。主要应用于大型下水道和压力管道的安装,施工长度可达490米,管径在1060-3050毫米之间。利用液压顶管机将需要安装的管材顶入设计位置,一般是大口径的水泥管、钢管,其用途是城市大口径污水管道、其它介质输送管线的护管通道、缆线的护管通道等。它施工定向精度较高,但是施工速度慢,工程造价较高。由于是采取先挖土方后顶管,对地下土层结构质地要求高,只适应粘土和一般性沙土地层,沙层或流沙层容易产生流空或塌方,安全保障性不好。

5、螺旋钻进法。主要应用于短距离、小口径管道的管道施工,施工长度在12-150米,管径为200-1500毫米。在城市建设中,尤其是在上下水管道、煤气管的支管、电力、通信等管线中,螺旋钻进法被大量应用于小口径(直径小于800毫米)施工。此项管道非开挖施工技术在发达国家起步较早,技术也比较成熟,已得到广泛应用。
6、夯锤夯管法。采用压缩空气和专用夯管锤,将设计管线打入预定位置。定向精度稍劣于液压顶管工艺,施工速度优于液压顶管作业,对地下土、沙层的适应性较广。由于采取的是先将管材夯入地层后,再从管道中向外排运渣土,所以施工安全系数高,适应直径600~2000毫米的大口径钢管作业。

三、非开挖管道安装施工技术的社会和经济作用
人们通常采用的开沟更换管道的成本含开凿路面、挖沟、运土费和倒土、回填运输、压实、重填水泥和沥青、交通管制等高费用成本。尤其对商业和交通影响较大。

1、道路开挖施工的六种弊病
一是断绝交通给市民和正常的城市运营造成极大的不便。二是开挖施工过程中产生的粉尘和噪音等,造成城市的环境污染。三是相关区域里一旦发生火警给消防队接近火场造成不便,延误救火时机,给人民生命财产带来更大的损失。四是给公安部门在相关区域里进行刑侦破案和治安巡逻造成不便。五是工程经费大,工程设施的设计与施工成本高。六是一些绝对不能进行开挖施工的特殊部位,不能进行相关设施的施工,影响城市的整体规划和建设。

在城市建设中采用非开挖管道安装施工技术,就彻底解决了前面所述由于开挖施工所造成的各项弊端,有良好的社会效益和经济效益。

2、非开挖技术的优点
第一,对交通干扰最小,保证了施工地点交通的正常状态,避免了断路堵车的弊病,也不会产生对城市社会治安管理的障碍,具有良好的社会效果。
第二,对周围物景的损坏减少,对周围的商业环境影响少。施工过程中不会产生噪音、粉尘等对环境的污染,有利于城市环境的保护和稳定。
第三,全年可施工,施工速度快,工程周期短,能加快整体设计工程的施工速度,提高工作效率。
第四,社会效益高,工程造价低,节约整体工程造价费用,且综合成本低,工时少。
第五,有利于城市建设的整体规划和工程建设的最佳设计,有利于提高城市现代化规划设计和建设水平。

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