先进的非开挖铺管技术具有不影响交通,不污染环境,不破坏路面永久平整,铺管精度高,施工安全性好,周期短,成本低,社会经济效益显著等优点,是一种值得推广的绿色建筑技术。但暴露的问题同样严重,亟需自身完善与政府有关职能部门的规范性管理。
非开挖铺管技术,是利用岩土钻掘手段,在地表不开挖的情况下,铺设、修复和更换各种地下管线的施工技术。其主要的施工方法包括以下四种:
1、水平导向钻进法。它是一种无需建造工作井,就能够快速铺装地下管线的钻进方法。主要特点是,可根据预先设计的铺管路线,驱动装有楔形钻头的钻杆从地面钻入,钻进过程受三维控制,通过钻杆和一个特殊设计的楔形钻头按设计好的三维线形旋转钻进。当需要改变钻进方向时,只需要暂停钻杆的旋转并将钻头的楔形固定在相应的位置上推进即可,按照设计的轨迹绕过地下障碍抵达目的地。然后,卸下钻头换装适当尺寸和特殊类型的回程扩孔器,使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔扩大至所需直径,并将需要铺装的管线同时返程拖回钻孔入口处。水平导向钻进法根据土质条件的不同一次钻进的距离可达100～600m不等,能够铺装管线的最大直径可达1m左右。适用于铺装PVC管、PE管、HDPE管、钢管、电缆、光缆等各种不同材质的工程管线。目前,这种方法已广泛用于通讯、电力、化工、燃气、石油、给、排水以及交通、市政等不同行业和部门的地下管线安装工程。
2、锤管法。它是利用气动穿梭矛在钢管(空心套管)的后面,将钢管顶进至终点来完成铺管任务的方法。这种方法需要在进口和出口各挖一个工作坑。在进口坑内,用一个特殊的管夹将穿梭矛置于钢管后部,靠压缩空气通过气动矛推动钢管,无需设置后座。当第一节钢套筒全部进入地层后,拆除管夹,将第二节钢管焊接就位。继续上述过程,直至全部钢管安装完为止。当钢管抵达出口坑后,用强大的空气压力推动管中的泥土一次性排出。此方法通常使用各种型号的穿梭矛,适宜于铺设各种孔径和长度距离的钢管或铸铁管。由于此法对土层扰动极少,特别适合于运输繁忙的铁路、公路、机场等地铺设管道,实现“零沉降、零开挖、不限速”施工。同时由于避免了钻进法扰动土堤,造成漏水管涌等严重后果(2005年5月浏阳河大堤发生钻孔形成管涌,淹没农田,动用了数千名武警抢险的特大事故),所以此法在水利工程穿越河堤、水库大坝中发挥独特优势。
3、拉管法。是用气动穿梭矛从一个较小的进口坑钻进,在压缩空气不断推进下,穿越地层,牵引紧锁在穿梭矛尾
部的新管到达终点。若铺设的管线口径较小,距离不太长,穿越处为碎石、沙土或松土等易于塌陷的地质时,或者要安装的是PE管、PVC管、热塑胶管,使用此法最为有效。
4、胀管法。它主要用来更换、修复和扩大城市各种地下旧有管线。
随着我国全面建设小康社会步伐的加快,城市建设规模逐渐扩大,许多始建于上世纪七八十年代甚至更早的供水、排水、天然气等管道锈蚀破损严重,况且旧管道尺寸是按当时需求而设计的,都在超期服役,远远不能满足目前城市逐年开发增长扩大容量的需求,需要及时更换和扩孔。如果采用传统开挖方式进行管道的更换、扩孔,不但工期长,造价昂贵,更主要对市政、商业、交通以及城市居民生活造成极大干扰和影响。而如果采用一般的非开挖工艺重新铺设管线,则由于近年来各种新铺地下管线迅速增加,各种管线纵横交错,再插新管恐怕十分困难,而且风险太大。因此,利用先进的胀管技术在原有管线路径不变的情况下进行地下管线的更换、扩孔,已经成为当今城市管线建设的必要手段。
胀管法又分为气动账管法和液压胀管两种方法。
(一)气动胀管法
1)气动穿梭矛(简称气动矛)与液压卷扬机结合使用。气动矛体头部用钢丝卡筘与卷扬机相连,在气动矛套上一个由高质合金钢制造并通过热处理加工而成的特殊胀管头,气动矛置于待新铺的PE管内,胀管头与PE管相连。气动矛从进口坑进入旧管管口,在动力冲击下劈开旧管,并将旧管碎片挤压至周围土壤中,同时牵引同等口径或更大口径的新管即时取代旧管的位置,以达到去旧换新的目的。施工中,卷扬机提供持续的牵引力,引导气动矛保持准确的前进方向。
2)空气锤与水平导向钻机结合使用。基本原理与气动矛和水平导向钻机结合使用相似,钻机从地面钻入,并沿现有管线钻进至另一端工作井,连接空气锤,空气锤外面套装胀管头,胀管头与新管线相连,当高压空气通过钻杆传递给空气锤时,空气锤冲击胀管头,胀管头破碎旧管线,同时牵引新管线前进。钻机始终提供一种稳定的拉力,保证胀管时冲击锤正确的方向与倾角。
(二)液压胀管法
液压胀管法是依靠胀管机的液压油缸提供拉力牵引胀管头。它类似于钻机与虎钳系统。施工时,胀管机将一根根钻杆从旧管一端进入,达到要更换的旧管的另一端后,将破管刀具连接在钻杆的末端,刀具后面是扩孔器,紧接其后连接着要换上的新管,然后胀管机将钻杆逐根回拖,这时刀具切开旧管,扩孔器则将破开的旧管及碎片挤入周围土壤中,新管即被牵引穿过旧管位置替代了旧管,完成了新管换旧管的作业。
胀管法可对既有管线进行整体更换,通常直径可增加20%～30%,条件许可最大可增加原来尺寸的150%,每节连续更换长度最长可大200米。适宜破除陶瓷管、塑胶管、混凝土管,以及薄壁铸铁管。由于用原有管道作引导,因而不会造成对其他相邻管线的损坏,也不会使新管受到污染。当管道出现局部破损、缺损、渗漏、堵塞、错位时,或者原有管道已不堪负荷需要加大口径时,使用此法最为合适。
以上几种非开挖铺管技术与传统的开挖施工相比,具有不影响交通,不污染环境,不破坏路面永久平整,铺管精度高,施工安全性好,周期短,成本低,社会经济效益显著等优点。作为绿色建筑技术,国际上称之为“环保工程”。此外,还可以在一些无法实施开挖作业的地区铺设管道,如闹市区、古迹保护区、穿越高速公路、铁路、建筑物、河流等。国家宽带光纤主干网络和城市网络的建设,需要铺设大量的光缆。“西气东输”是国家西部大开发战略的标志性工程,该工程将建设长距离输气管道,各种管道的铺设需要穿越不少的公路、铁路和河流。长沙市的液化气石油管道工程和天然气管道工程,也有不少的管道需穿越铁路、公路、市政道路、河流等。如此大规模的管线铺设工程量为非开挖技术提供了巨大的市场。
鉴于,这项绿色施工技术在我国正处于高速推广的阶段,因此,在引进推广中出现了一些需要尽快完善的问题,引以思考。
首先,是城市管网的档案建设还远远赶不上非开挖技术进步的要求。过去我们有城市档案,但总的来说既不齐全,也不准确。刚开始非开挖单位还去规划部门购买管线图,后来发现已有管线在图纸上记录基本不齐全,标注粗糙,尺寸不详,几乎无法利用。最后,只得主要靠利用管线探测技术来查清已有地下管线的坐标、高程。而管线探测目前也是处在前进探讨阶段,尤其是非金属管线包括钢筋混凝土管道几乎一般小型探管仪器都难以探测,以致酿成经常打坏各种地下管线的恶性事故。羊城晚报、长沙晚报都曾有报道,打坏一根燃气管道或自来水管道,旋即就会殃及附近成百上千居民断水、断气,投诉市长办公电话。至于打坏军用光缆、国防光缆、长途通信光缆其影响也是可想而知的。
为此,作者建议两点:其一,向广州等先进城市学习,立即着手开启“数字市政”工程,建立以城市供水、排水、燃气、光缆、电缆、路桥设施为主线的空间地理信息系统(GIS)。实现各种地下管线“家底”的信息化。当然,GIS系统的建立不仅是为了非开挖施工技术的运用,也大大提升了整个城市的抗风险能力,一旦发现险情,在很短时间内就可以找准险情发生的位置、地点、程度,一方面出动应急抢险方案,一方面及时组织疏散居民、学校等人群密集的地方,以减少事故的伤害。
加上近几年来大量的非开挖铺管施工完毕后既无竣工资料又无档案登记,许多同行专家楸心地将错综复杂又无档案记录的地下管线喻为“地下迷宫”、“地下污染”。再不尽快加强管理,更可怕的灾害甚至灾难都会不断的出现,建议政府有关部门进快进行有序管理。
其二,对非开挖技术专业,目前国家既无行业管理,又没有正式的设计、施工规范,也无专业资质管理,也无工商注册登记。据不确切估计全国将近有60%非开挖施工单位,文化技术专业知识偏低,不管谁,买台国产机子就可以承揽业务。建设行政主管部门应尽快实行有序行业管理,含工商法人注册登记、资质考核、人员上岗培训与资格证发放,编制全国统一的设计、施工规范,使原本先进的绿色建筑技术非开挖技术迅速发扬光大,造福城市,造福人民。
