市政给排水管道施工中非开挖技术应用与效益评估

引言

随着我国城市化进程不断加速，市政给排水管网的建设和改造需求日益增长。传统开挖施工方式往往需要大面积破拆路面，不仅施工周期长、成本高昂，还会导致交通拥堵、噪音扬尘污染等一系列问题，对城市正常运转和居民生活质量造成较大影响。非开挖技术应运而生，它通过导向钻进、顶管等方法实现地下管线的精准施工，显著减少了对地表环境的破坏。基于此，本文旨在通过分析非开挖技术应用与效益，为相关人士提供参考价值。

1 非开挖技术的定义

非开挖技术是指利用各种岩土钻掘设备与技术手段，通过导向和定向钻进等方法，在地表仅需极小范围开挖通常仅限于入口和出口处的条件下，完成地下管线的铺设、更换与修复的施工新技术。该技术能够有效避免对路面的大规模开挖，显著减少对城市交通、周边环境、绿地植被以及居民正常生活秩序的干扰，同时降低对建筑物基础的影响，是一种高效、环保且社会经济效益突出的现代工程方法。

2 非开挖技术在市政给排水工程中的应用流程

2.1 前期准备

在市政给排水管道非开挖技术施工的前期准备阶段，需进行全面的现场勘察，包括利用地质雷达和管线探测仪对施工区域的地下地质构造、既有管线分布如给水、燃气、电力等及埋深进行精确探测，以避免施工冲突。随后依据《城镇排水管道检测与评估技术规程》CJJ181-2012 对既有管道进行内部摄像检测、壁厚测量与结构性缺陷评估，量化参数如管道破损指数、裂缝宽度与位置，并评估其修复紧迫性。基于勘察与检测数据，结合管径、埋深、土质参数如 N 值及地表荷载要求，最终选择适宜的非开挖修复方案，例如针对 DN600mm 以下管道可采用原位固化法，而更大管径或复杂地层可能选择短管内衬或碎管法，并确定相应的施工设备与工艺参数。

2.2 钻孔及扩孔

钻孔是在实心材料上加工孔的第一道工序，通常采用麻花钻等刀具，其直径一般小于 80mm_⨀ 。加工方式分为钻头旋转或工件旋转，前者易导致孔中心线偏斜但孔径基本不变，后者则易引起孔径变化但中心线保持平直。钻孔加工精度一般为 IT13~IT11，表面粗糙度 Ra 一般为 50～12.5μm 扩孔则使用扩孔钻对已有孔进行扩大，以提高尺寸精度和表面质量，其加工精度可达 IT11~IT10 级，表面粗糙度Ra 可达 12.5～6.3μm 扩孔钻具有 3-8 个刀齿，无横刃，导向性好，切削稳定，且加工余量较小，常用于直径小于 100mm 的孔加工。对于直径大于 30mm 的孔，常采用先小钻头孔径的 0.5~0.7 倍预钻再扩孔的工艺以提高质量和效率。

2.3 泥浆制备与注浆

泥浆制备是确保钻孔稳定的关键工序，通常采用优质钠基膨润土添加量 5%～8% 、纯碱土量的 3% ～5% 、水解聚丙烯酰胺 0.015%～0.03% 及水解聚丙烯腈 0.2%0.5% 等材料按特定配比调制。制备时需控制泥浆比重在 1.04～1.25g/cm³ 、粘度 18~28s、含砂率小于 8% 、pH 值 7~9，并通过搅拌机充分搅拌以确保膨润土充分溶胀。注浆过程中需根据地质条件调整注浆压力通常初始压力为静水压力的 0.5~1.0倍，终压可达 7.5MPa 和流量不大于 75L/min ，采用三活塞式变量灌浆泵实现连续供浆，以减少脉冲并确保浆液在裂隙中有效扩散和充填，同时通过实时监测压力与流量平衡来避免地层抬动或浆液流失。

2.4 拉管施工

拉管施工是一种非开挖管道铺设技术，利用水平定向钻机按设计轨迹入土角通常为 8^∘ -18°，出土角为 4°-12°钻出导向孔，随后通过分级扩孔最终孔径一般为管径的 1.2-1.5 倍，例如铺设 DN500 管道需扩至 600-750mm 形成通道，并在过程中注入特定配比的泥浆膨润土含量约 20% ，聚合物 1% ，粘度18-28s 以护壁携渣，然后将管道常用 PE 管，直径多小于 600mm 一次回拖敷设完成，全程依托导向仪监控精度平面偏差 ±100mm ，高程偏差+40mm 至- 80mm 。

3 非开挖技术在市政给排水工程中的应用场景

在城市中心区域及交通繁忙路段进行市政管道施工时，优先采用非开挖技术如定向钻或顶管法，其工作坑占地面积小，施工噪音可控制在 65 分贝以下，基本避免对主干道日均车流量超过 3 万辆的交通中断，并将对周边商业及居民生活的干扰降至最低。在居民区及环境敏感区域如自然保护区、水源地保护区，非开挖技术通过定向钻或顶管法等微创施工，将地表开挖范围控制在检查井等极小区域通常仅需约 2m×2m 的工作坑，施工噪音可控制在 65 分贝以下，并避免对土壤、植被及水体生态的扰动，有效保护生物栖息地和饮用水源安全。在地质条件复杂区域如岩石山区或土壤松软地区进行非开挖施工时，需根据岩土力学特性定制方案。在岩石山区岩石单轴抗压强度可能超过 50MPa，常采用牙轮钻头配合螺杆钻具转速通常控制在 100-150r/min 进行定向钻进，并需使用高密度如 1.15-1.25g/cm³ 、高润滑性的泥浆体系以冷却钻头、携带岩屑并稳定孔壁。对于土壤松软地区，则需调整泥浆配比以增强护壁效果，防止孔洞坍塌，并严格控制钻进参数以确保轨迹精度。

4 非开挖技术在市政给排水工程中的应用效益评估

非开挖技术的直接成本主要包括专用设备租赁如水平定向钻机、管材 HDPE 管等、泥浆材料膨润土、聚合物及人工费用，通常约占项目总投资的 50%-70% ，具体因管径、地质条件和施工长度而异。非开挖技术通过显著减少土方开挖量、路面修复及交通导改等间接成本，可将市政给排水工程的全生命周期成本降低 25%-50% ，其初期投入虽较传统开挖法高约 30% ，但凭借缩短工期 50%以上及大幅降低环境补偿费用，长远经济效益显著。非开挖技术通过避免路面开挖，显著降低了交通导改、路面损坏补偿及商业活动干扰等间接成本，据估算此类成本可占开挖法项目总成本的 55% 以上，而非开挖法能将其降低至传统方法的 3%左右。非开挖技术通过避免大面积地表开挖，显著减少了施工扬尘、噪音污染及土方处置，据估算其施工噪音可降低 20 分贝以上，扬尘排放减少约 85% ，且能保护绿地植被和现有生态系统，对城市环境影响极小。非开挖技术通过避免大面积路面开挖，将施工对城市交通的干扰降至最低，据估算其施工噪音可降低约 20 分贝，并能保护周边商店、医院、学校和居民的正常生活秩序，社会效益显著。

结束语

总之，非开挖技术在市政给排水管道施工中展现出显著的应用价值和广阔前景。该技术不仅能够减少对城市交通和地表环境的破坏，还具有缩短工期、降低综合成本、提高施工安全系数等多重优势，其带来的环境效益和社会效益尤为突出。未来，应进一步加强技术研发与创新，注重专业人才培养，并完善相关法规标准，以推动非开挖技术更广泛应用于市政给排水工程，为城市地下空间资源的可持续利用提供有力支撑。

参考文献

[1]王朗.市政给排水工程中的长距离顶管施工技术的应用研究[J].科技资讯,2023,21(23):170-173.

[2]李晓虎.非开挖顶管技术在市政给排水管道施工中的应用[J].石材,2023,(11):71-73.

[3]田丰.排水管道非开挖修复技术在市政管养中的应用分析[J].工程与建设,2023,37(05):1536-1538.

[4]许泽希,李婧玉.市政给排水施工中顶管技术的应用[J].未来城市设计与运营,2023,(08):70-72.

[5]黄琳倩.给排水管道非开挖修补装置设计要点探究[J].技术与市场,2023,30(06):112-115.