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非開挖工程技術徹底解決了管道埋設施工中對城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞等難題,在穩定土層和環境保護方面凸顯其優勢。這對交通繁忙、人口密集、地面建筑物眾多、地下管線復雜的城市是非常重要的,它將為城市創造一個潔凈、舒適和美好的環境。
非開挖技術是近幾年才開始頻繁使用的一個術語,它涉及的是利用少開挖,即工作井與接收井要開挖,以及不開挖,即管道不開挖技術來進行地下管線的鋪設或更換,頂管直徑DN800—4500。通過工作井把要埋設的管子頂入土內,一個工作井內的管子可在地下穿行1500米以上,并且還能曲線穿行,以繞開一些地下管線或障礙物。
它的技術要點在于糾正管子在地下延伸的偏差。特別適用于大中型管徑的非開挖鋪設。具有經濟、高效,保護環境的綜合功能。這種技術的優點是:不開挖地面;不拆遷,不破壞地面建筑物;不影響交通;不破壞環境;施工不受氣候和環境的影響;不影響管道的段差變形;省時、高效、安全,綜合造價低。
該技術在我國沿海經濟發達地區廣泛用于城市地下給排水管道、天燃氣石油管道、通訊電纜等各種管道的非開挖鋪設。它能穿越公路、鐵路、橋梁、高山、河流、海峽和地面任何建筑物。采用該技術施工,能節約一大筆征地拆遷費用、減少對環境污染和道路的堵塞,具有顯著的經濟效益和社會效益。
1、發展及工作原理:
頂管施工是繼盾構施工之后而發展起來的一種地下管道施工方法,它不需要開挖面層,并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構筑物以及各種地下管線等。頂管施工借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力,把工具管或掘進機從工作井內穿過土層一直推到接收井內吊起。與此同時,也就把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩井之間,以期實現非開挖敷設地下管道的施工方法。
2、分類目前,在頂管施工中最為流行的有三種平衡理論:
氣壓平衡、泥水平衡和土壓平衡理論。
頂管施工最突出的特點就是適應性問題。針對不同的地質情況、施工條件和設計要求,選用與之適應的頂管施工方式,如何正確地選擇頂管機和配套輔助設備,對于頂管施工來說將是非常關鍵的。
3、頂管施工技術在我國的發展過程世界上第一個有據可查的關于頂管技術的記錄是在1892年,最初的頂管施工作業是在1896~1900年間由美國北太平洋鐵路公 司(Northern Pacific RailroadCompany)完成。我國頂管施工技術 起步較晚,自從1954年(也有認為是1953年的,無確切記載)在北京進行的第一例頂管施工以來,我國從國外引進頂管技術已經正好半個世紀了,早期發展較慢,是以人工手掘式為主,設備非常簡陋,也無專門的從業人員,直至 1964年前后上海首次使用機械式頂管,上海的一些單位并進行了大口徑機械式頂管的各種試驗和相關的一些理論研究。當時,口徑在2m的鋼筋混凝土管的一次推進距離可達 120m,同時也開始利用中繼問的相關技術。在此以后,又進行了多種口徑、不同形式的機械頂管試驗,其中土壓式居多。由于當時的頂管掘進機的設計還停留在比較原始的階段,既沒有完整的設計施工理論和工藝作指導,也不考慮具體的地層條件,所以當時的頂管掘進機還不夠完善。土壓式頂管機當時分為上部出土和下部出土兩種,但都沒有引入土壓力的概念。其中,也搞了一些水沖頂管的試驗 。 1967年前后,上海已研制成功人不必進入管子的小口徑遙控土壓式機械頂管機,口徑有700mm-1050mm多種規格。在他們的施工實例中,有穿過鐵路、公路的,也有在一般道路下施工的。這些掘進機,全部是全斷面切削,采用皮帶輸送機出土。同時,已采用了液壓糾偏系統,并且糾偏油缸伸出的長度已用數字顯示。1978年前后,上海又研制成功適用于軟粘土和淤泥質粘土的擠壓法頂管,這種方法要求的覆土厚度較大(大于2倍的管外徑),但施工效率比普通手掘式頂管提高1倍以上。上世紀80年代以來發展更為迅速,頂管施工技術無論在理論上,還是在施工工藝方面,都有了長足的發 展。1984年前后,我國的北京、上海、南京等地先后開始引進國外先進的機械式頂管設備,使我國的頂管技術上了一個新臺階。尤其是在上海市政公司引進了日本伊勢機(ISEKI)公司的800mm 直徑的Telemale頂管掘進機之后,國外的頂管理論、施工技術和管理經驗也進入中國,如土壓平衡理論、泥水平頂管的各種試驗和相關的一些理論研究。當時,口徑在2m的鋼筋混凝土管的一次推進距離可達120m,后在1988和1992年研制成功我國第一臺多刀盤土壓平衡掘進機(DN2720mm)和第一臺加泥式土壓平衡式掘進機(DN1440mm),均取得了較令人滿意的效果。與此同時,對頂管技術的理論研究的關注逐年增強,開始出現了比較專業的技術人員,90年代后,以當時的頂管掘進機還不夠完善。土壓式頂管機當時分為上部出土和下部出土兩種,但都沒有引入土壓力的概念。2000年后,同濟大學等高校對頂管技術方面進行了不少專項課題研究,也取到了不少成果。在1998年,中國非開挖技術協會成立,標志著我國的頂管行業開始進入規范化發展。2002年中國非開挖技術協會批準成立北京、上海、廣州和武漢四個非開挖技術研究中心,非開挖管線技術列入科技的研究進一步深入。