非开挖施工技术发展和应用

1、非开挖施工技术发展和应用主 要 内 容非开挖技术概述1非开挖施工技术2非开挖施工成本3非开挖技术进展4非开挖技术的定义非开挖技术（英文为No-Dig 或Trenchless Technology）是指在地表无需挖槽或以最小开挖量的条件下进行各种地下管线的铺设、更换或修复的一种施工新技术。 它也包括一些有关的技术，例如：现场勘察、现有地下管线的探测和检测等。非开挖技术自60年代初开始在西方发达国家兴起，现已成为一项政府支持、社会提倡、企业参与的新技术。开挖技术是管道施工技术的一次革命。非开挖技术的发展历程1900 - 1960 早期非开挖技术的应用尤其是二战后，美国、欧洲、日本等国的重建简单的方

2、法，用于穿越铁路、公路、河流等短距离施工回转钻进（水平湿钻）、水平螺旋钻进（水平干钻）、人工顶管1960 - 1985 现代非开挖技术的兴起和发展生活水平的提高、交通的发展、传统施工方法成本的提高替代的方法,开发了各种非开挖铺设、更换和修复的方法和设备、奠定了现代非开挖技术的基础非开挖技术的发展历程1985 - 现在 现代非开挖技术的大规模应用 非开挖方法和设备的完善，交通、环保、法律意识的增加，成本降低、政府支持 首选的方法（比例在10%左右） 形成新的产业：设备制造商（约100家）、材料供应商（约400家）、工程承包商（6000-8000多家）、咨询公司、科研院所非开挖技术的应用领域地下管

3、线施工 各类管线（自来水、污水、雨水、石油、 天然气等管道， 以及通讯、动力和信号等电缆线）的铺设、更换、 修复管棚支护 地下人行过道、地铁、地下车库等工程的结构性支护环境治理 在受污染的地下水和地层中设置水平环境治理井其 它 基础工程（钢管桩、微桩、土钉）、边坡、路基、大坝等 工程（排渗孔、降水孔和注浆孔等）、以及降排水、地热 井施工、瓦斯的排放和煤层气开发等 非开挖技术的优越性在管线施工时无需对路面和地表“开膛破肚”，解决了长期以来困扰城市地下管线建设工程的难题：阻断交通、破坏环境、影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序。施工速度快、综合成本低，具有较好的经济效益和社会效益。在相同

4、的条件下，非开挖施工法（铺设、更换和修复）的综合施工成本均低于开挖施工的成本，且当管径和埋深越大时越明显。国际非开挖技术协会International Society for Trenchless Technology（ISTT）1986年在英国成立 会 长：Dr Satoru Tohyama（日本） 副会长：Prof. Dietrich Stein（德国)、Menno Henneveld（澳大利亚) 名誉主席: E.W. Flaxman (英国) 主 席: Gert Fischer (丹麦)；副主席：Ray Sterling（美国） 组织机构 理事会 Board of Directors 执

5、行委员会 Executive Sub-Committee 秘书处 Secretariat 主要活动 Activities 组织非开挖会议及展览会 No-Dig Conferences & Exhibitions 出版非开挖杂志 Publications 设立非开挖奖 No-Dig Award会员Members 国家或地区性协会 28 个（覆盖35个国家和地区） 个人会员 4000多人（54个国家和地区） 公司会员 1200多家中国非开挖技术协会China Society for Trenchless Technology （CSTT）1998年成立主要活动 Activities 组织非开挖会议

6、及展览会 出版非开挖杂志 组织非开挖技术培训 会员Members 个人会员 87 人 公司会员 120 家非开挖施工技术新管铺设 大口径（直径大于1米，可以进人） 隧道法 Tunnelling 人工开挖 钻爆法或新奥法NATM TBM法（岩层） 盾构法（土层）顶管法 Pipe Jacking 气压平衡式 机械平衡式 土压平衡式（粘性土） 泥水平衡式（砂土层） 混合式非开挖施工技术新管铺设 小口径（直径小于1米，可以进人）小口径顶管法（微型隧道法） Microtunnelling水平钻进法（水平湿钻）Horizontal Drilling水平螺旋钻进法（水平干钻） Auger Boring定向钻

7、进 Directional Drilling导向钻进法 Guide Boring气动矛法 Impact Moling夯管法 Pipe Ramming顶杆法 Rod Pushing非开挖施工技术旧管更换 爆管法 Pipe Bursting裂管法 Pipe Splitting吃管法 Pipe Eating旧管修复传统的内衬法 Conventional Sliplining改进的内衬法 Modified Sliplining软衬法 Soft Lining or CIPP缠绕法 Spiral Lining喷涂法 Spray Lining局部修复法 Local Repair其它方法 Others相关技术

8、现场勘察 Site Investigation管线探测 Pipe Detection管线检测 Survey 水平定向(导向)钻进法特点发展最快的非开挖技术，主要用于各类压力管道和电缆线的铺设HDD长距离、大口径管线的铺设导向钻进短距离、小口径管线的铺设水平定向(导向)钻进法导向钻进法：导向孔钻进导向钻进法：扩孔和回拉管导向钻进法四要素地层勘查钻孔和扩孔头的选择钻井液的选择钻进也液排量导向钻进法导向钻进法定向(导向)钻进法优缺点优 点对地表干扰少施工速度快可导向，施工精度较高（3 - 5）缺 点施工前要探明地下管线分布，以防触电和损坏相邻管线。适用条件管径为50 2000 mm；管线长度一般可达

9、50 - 1500 m；管材为塑料管、钢管；一般适用于各类地层，主要为松软的土层。导向钻进法导航仪器地面穿透雷达图象系统GPiR斯伦贝谢集团的一个部门斯伦贝谢的3D地震技术80年代，海洋地震中引入3D图象技术是海洋勘探技术的一次革命斯伦贝谢的3D地震技术使得“看”地下成为可能有可能是碳氢化合物层埋藏在沉积物下的古密西西比河床（海洋地震3D图片）从3D地震图片到地下勘探斯伦贝谢的研究人员在3D地震图片软件的基础上开发了“X线断层摄影术”技术。这些用于石油勘探的软件被应用于地面穿透雷达图片GPiR工程中。GPiR 技术集中了三项专有技术：雷达获取数据远红外信息定位地面穿透雷达2D雷达在地表移动，放

10、出磁波。这种波对其垂线下出现的物体很敏感。3D GPiRGPiR使用一组并联的雷达记录，与能够生成地下物体三维图象的图象仪联接。3D图片的优点GPiR 技术可以探测出埋在地下的管子和结构，无论其为何种材质。垂直剖面图地下66cm深处水平剖面图83cm深处水平剖面图3D 数据中提取的图象埋在地下的有轨电车铁轨管道井盖3D图片可以排除说明的不确定性3D 图片可以显示出形状特征（如长的、延续的、具有管线特征的）。探测和识别地下的一切物体，比传统的2D技术更加有效。 同一物体的3种显示图例：雷达获得的2D资料3D 数据体经过处理的3D数据几何控制的信息定位由远红外参照，可以在几公里外精确到几厘米。使3

11、D图象块忠实复原计算机辅助雷达断层摄影系统（CART）数据的获取速度为500M/时 至 2KM/时。覆盖面2M宽。解析510cm.在多数地面，分析深度达23M。当日可出3D图片。GPiR的使用GPiR数据的获取1名操作员负责疏导路上交通，清除位于测程区地面上的一切物体1至2名现场工程师：以CART系统获取数据获取几何定位数据连续控制数据的质量对原始数据进行预处理然后传送到分析中心在获取数据的同时控制数据的质量立即获取原始数据 （每测量100M便可以观看或打印）其它网络 CART行程中的水管应用范围管线 的连贯，II。插入新管网的空地，III。绘制埋藏管网的3D CAD/SIG 地图。结果举例这

12、样的2D雷达图用来确定雷达信号穿透地面的深度和测绘质量 线小口径顶管法（将微型隧道施工法）施工精度最高的非开挖技术，主要用于重力管道的铺设根据施工方式和出渣系统的不同可分为三种:先导式小口径顶管法：先顶进先导管形成先导孔，随后扩大先导孔，同时顶进保护套管或永久管道。螺旋式小口径顶管法：切削钻头钻进成孔，并由螺旋钻杆排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道。泥浆式小口径顶管法：切削钻头钻进成孔，利用循环浆液排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道。钻进时，用水压、浆压或机械压力来平衡工作面的压力，维持工作面的稳定。 先导式小口径顶管法先导式小口径顶管法螺旋式小口径顶管法泥浆式小口径顶管法泥浆式小口径顶管

13、法泥浆式小口径顶管法小口径顶管法优缺点优 点对地表的干扰（交通、噪声，振动）小埋深大时施工成本比传统的方法低管线的方向和坡度可精确控制（偏差在25 mm以内）缺 点需对地层条件进行详细勘查，大卵砾石等障碍物会影响施工设备投资大对操作人员的技术和经验要求高需开挖两个工作坑适用条件管径1501000 mm（实际上可以更大）管线长度可达300 m或更长，一般为50 150 m管材可以是混凝土管、陶土管、玻璃钢管、铸铁管、钢管等各种地层，包括含水地层，含卵砾石地层（最大卵砾石块度不大于切削头直径的1/3）气 动 矛 法使用最早、最简单的非开挖技术气 动 矛 法气 动 矛 法气动矛法的优缺点及适用范围优

14、点操作简单，不要求较高的专业技术投资少，施工成本低对地表干扰少缺 点地层条件变化或遇到障碍时易偏离设计方向不可控制方向，施工精度受到限制不适用于硬土层或含大的卵砾石层，以及含水地层适用条件管径30 - 250 mm管线长度20 - 80 m管材为PVC、PE、钢管、电缆等适用于不含水的均质地层，如粘土、亚粘土等夯管法夯管法夯管法的优缺点及适用范围优 点对地表的干扰极小设备简单、投资少，施工成本低缺点不可控制施工方向不适用于含大卵砾石的地层适用范围管径为50 - 2000 mm管线长度为10 - 80 m管材为钢套管适用于不含大卵砾石的各种地层，包括含水地层。水平螺旋钻进法水平螺旋钻进法水平螺旋

15、钻进法的优缺点及适用范围优 点对地层很小或几乎没有干扰缺 点一般不可控制方向，施工精度有限在大卵砾石层或极软的土层中施工极为困难适用条件管径范围100 - 1500 mm管线长度最大为100 m管材为钢套管，其内可铺设各类管线适用于软至中硬的不含水土层、粘土层和稳定的非粘土层顶杆法旧管道的更换和修复方法众多，适应各种管道施工量急剧增加管道更换 爆管法、裂管法、吃管法管道修复 内衬法、改进的内衬法、软衬法、缠绕法、喷涂法、 浇注法、管片法、不中断修复法、化学稳定法、局 部修补法 （补钉法、密封法、绞接管法、灌浆法、 机器人法等）旧管道的更换和修复爆管法爆管法爆管法的优缺点及适用范围优 点可保持或

16、增加原管的设计能力（直径可扩大150%）施工速度快，对地表的干扰少可利用现有的工作井缺 点旧管埋深较浅或在不可压密的地层中时，可能引起地表隆起可能损坏邻近的管线不适合于弯管的更换分支管的连结需开挖进行适用范围管径为501200mm管线长度一般为250 m适用于由脆性材料制成的管道（陶土管、混凝土管、铸铁管）的更换，新管可以是PE管、聚丙烯、陶土管和玻璃钢管等裂管法吃管法传统的内衬法传统的内衬法传统的内衬法传统的内衬法的优缺点及适用范围优 点施工简单，对工人的技术要求低投资少、施工成本低可适应大曲率半径的弯管缺 点过流断面损失较大，但管径较大时影响较小环形间隙要求灌浆支管连结需开挖进行一般只适用

17、于园形断面的管道适用范围管径60 - 2500 mm管线长度可达300 m适用于各类管道的修复改进的内衬法改进的内衬法改进的内衬法改进的内衬法改进的内衬法的优缺点及适用范围方 法冷轧缩径法（一般可缩小10%）热拔缩径法（一般可缩小6-20%）变形法（如变成U形）优 点不需灌浆，施工速度快过流断面的损失很小可适应大曲率半径的弯管缺 点支管接头需开挖进行旧管的结构破坏会导致施工困难适用范围管径为50 - 1200 mm管线长度可达1000 m适合各类管道的修复软衬法软衬法制作软衬管（管径、壁厚、长度）根据管道的用途不同，选用不同的树脂，常用的树脂有三种：非饱和的聚合树脂（由于性能好、而且经济故使用

18、得最广）、乙烯酯树脂和环氧树脂（耐腐蚀、耐高温，主要用于工业管道和压力管道）置入软衬管（翻转、绞拉）软衬法加热固化（热水、蒸气、紫外线）软衬法软衬法的优缺点及适用范围优 点施工速度快没有接头、表面光滑、流动性好可适应非园形断面和弯曲的管段不需灌浆，过流断面损失少缺 点需特殊的施工设备，对工人的素质要求高工程规模小时，成本较高树脂固化时间较长每个工程要求用不同的编织管适用范围管径为50 - 2700 mm管线长度可达900 m适用于各类管道（污水管道、自来水管道、煤气管道、化学/工业管道；直线或弯曲管道；圆形或非圆形管道）缠绕法缠绕法喷涂法喷涂法局部修复法：补钉法局部修复法：补钉法局部修复法：密

19、封法局部修复法：密封法局部修复法：铰接管法局部修复法：铰接管法相 关 技 术现场勘察探地雷达GPR、钻探管线探侧管线仪Locator、探地雷达管道检测管道电视CCTV、测漏仪探地雷达管道电视CCTV非开挖施工设备的新进展小口径顶管机高精度 (25 mm)、长距离顶进（500m或更长）小型化(最小管径为100mm，可在1.5 m的井内或的管内施工)适用各种地层(含水层、卵砾石地层)、各种口径(一机多用)、各种管材曲线顶进（单一曲线符合曲线、水平曲线垂直曲线）水平定向钻机系列化（微型Mini、小型Micro、中型Medi、大型Maxi和巨型Mega)自动化（自动报警系统、钻杆装卸自动化、锚固定位）

20、硬地层钻进（双管、潜孔锤、顶部冲击、孔底马达）导向装置（操作简单直观、实时、三维显示，超前预测、无人跟踪）气动矛和夯管锤可测和可导气动矛双锤夯管应用领域环境治理、管棚施工、工程施工等可考虑采用非开挖施工技术的情况管线埋深大于3米时（柏林市为2米, 国内为4米）不稳定地层地下水位以下地下管线复杂地区不允许地面沉降的地区穿越障碍物 (江河、湖泊、建筑物等)交通要道 (高速公路、铁路、干道等)环境敏感地区 (公园、居住区、绿化带、古建筑区等)市内繁华地区 (商业区、工业区)工程量大时本课程考查方式：提交读书报告非开挖技术方法介绍或最新技术进展（手写）翻译最新英文文献调研国内外情报手工抄写50遍非开挖技术关键词（中英文）2009年1月8日前上交李志明处（）科学钻探国家专业实验室203室19 User: Huyuanbiao非开挖技术关键术语（中英文）水平定向钻进法 Horizontal Drirectional Drilling顶管法 Pipe Jacking微型隧道法 Microtunnelling导向钻进法 Guide Boring气动矛法 Impact Moling夯管法 Pipe Ramming水平螺旋钻进法 Auger BoringTBM