地下管线非开挖挤土成孔技术分析

地下管线非开挖挤土成孔技术分析

房俊

山东建勘集团有限公司 山东济南 250031

摘要：随着我国经济建设步伐不断加快，城市地区煤气、通信、电力等基础设施建设规模逐渐扩大，这也在一定程度上增加了管线铺设、改造难度，为了尽可能减少破路开挖率，需要相关学者深入探索地下管线非开挖挤土成孔技术。基于此，本文将对国内外地下管线施工中最为常见的几种非开挖挤土施工技术展开研究，并探索技术优势和适用条件，希望为其他地下管线工程施工提供有价值参考。

关键词：地下管线；非开挖；挤土成孔技术

引言：

挤土技术最早起源于前苏联时期，当时被广泛应用到岩土工程施工中，并取得了显著的应用成绩。后随着科学技术不断进步，挤土技术也得到一定优化和完善，不仅提高了技术操作便捷性，还拓展了技术应用范围，尤其在地下管线施工中，受到行业人员高度青睐。按照成孔对岩土造成的影响，对当前较为常见的10余种非开挖挤土成孔技术中进行分类，可以归纳为三中类型，分别挤土法、部分挤土法以及非挤土法。其中挤土成孔方式在市场中占据较大份额，是一种广为流行的非开挖施工技术，以下本文将对该技术进行详细分析。

1.非开挖挤土成孔技术概述

非开挖挤土成孔技术，就是通过挤土方式，沿着挤土装置的圆截面将土挤密，并形成圆孔。在此基础上，完成后续管线铺设、改造等施工任务。当前，在国内外地下管线施工中，较为常见的挤土成孔施工技术有静压挤土技术、振动挤土技术、滚压挤土技术等。不同技术的适用范围、操作方式和施工流程不尽相同，需要施工单位遵循因地制宜基本原则，合理选择非开挖挤土施工技术。深入研究成孔过程不排土以及不同挤土技术的应用原理，是扩大技术应用、推广范围的重要途径，也是提高施工效率和质量的有效措施[1]。

2.非开挖挤土成孔技术类型

2.1静压挤土技术

静压挤土技术是地下管线施工中较为常见的一种非开挖挤土成孔技术，在实际施工中大多采用液压千斤顶作为静压装置。为了尽可能降低摩擦阻力，需要将锥形帽设置在管的端部。结合施工经验总结来看，锥形帽的直径必须要大于铺设管径的20-30mm。在施工阶段，施工人员应以最快速度将管和端部压入土层，从而将土挤密，并形成圆孔。

2.2振动挤土技术

振动挤土技术一般应用到孔壁稳定性较差的管线铺设工程中。该技术的应用原理与振动沉管原理基本相同，在实际施工中，施工人员需要将振动打桩锤设置在被铺设的管上，将二者刚性连接在一起，并形成一体化的振动体系。如果振动锤启动，内部的偏心块会在齿轮运动作用下反方向旋转，在转动过程中会产生一定的离心力，在垂直分离相互作用下会全部抵消[2]，并且同样大小、同样方向的水平分力会不断叠加，从而形成循环的激振力，会沿着管轴线发生振动现象，如果振动率与土壤的自振率相同，土地会产生共振作用，并释放出大量水分，此时土壤中的粘结力也会随之下降，并出现液态华现象，会在一定程度上降低土体对管造成的摩阻力，一般摩阻力至少能够下降1/8。在此基础上，锤头和砧子相互碰撞，会产生一定的冲击力，使振动幅度加大，可以保证钢管更加容易的挤入土中，并且达到设计深度。

在振动过程中产生的冲击力一般会远远超过激振力，通常需要滑轮组提供300KN左右的静压力，并采用焊接方式连接钢管，可以将钢管的长度控制在8m左右，并且要结合钢管进入土层的阻力、冲击频率确定弹簧的弹力，在振动挤土技术应用过程中，施工人员可以通过滑轮组对弹力进行合理调整。

2.3气动冲击挤土技术

气动冲击挤土技术在非开地下挖管线铺设中较为常见，这种技术的优势在于气动冲击结构能够自行移动[3]。例如：施工中较为常用的冲击矛，通过施加冲击力的方式能够将土挤密，并形成管道孔。也可以利用冲击矛将新管拉入管道孔内部。或者先及土成孔，而后退出冲击矛，并将管线拉入。

近年来，越来越多类型的气动冲击器应运而生，可以将其分为冲击矛和夯管锤两种，前者专门用于成孔，后者是将钢管打入土层中。如果地下管线施工中铺设的钢管直径下令对较小，可以使用闭口套管，并利用挤密法将其压入土层中。冲击矛在使用过程中需要将成孔直径作为主要参数，也就是冲击矛的外径。另外，很多工程中使用的气动冲击器，不仅能够将其作为成孔机具，开可以作为打管机具。在气动冲击挤土技术实际应用过程中，无论使用的冲击器具备什么用途，其换向位置、使用原理都是一致的，只有质量、冲击力、冲击频率以及规格尺寸存在差异。需要施工单位结合工程实际情况合理选择冲击器[4]。

2.4滚压挤土技术

这种技术最早起源于俄罗斯，分别在日内瓦技术发明和世界工业创新成果展览会中夺得奖项。在实际应用中，需要通过自旋转滚压方式使土层形成一定深度的管道孔。在成孔过程中，主要使用滚压器工具，该工具在土壤钻进过程中不排土，会沿着径向将土挤密。结合大量地下管线施工成果来看，引入滚压挤土施工技术，不仅能够提高管道铺设速度，还能够更新管道。并且除了成孔外，还能够对既有建筑物和构筑物的地基进行加固处理。其应用原理是，通过刚性连接方式将马达等驱动装置与工作部分的输出轴连城一体，在工作过程中，滚轮会随着螺旋线不断转动，并逐渐进入土层中，通过挤密土壤形成孔壁。角度会对转动滚轮的步长产生直接影响。另外，钻进深度和钻进工艺直接决定回转轴的滚轮数量。

3.非开挖挤土成孔技术的应用优势

近年来，非开挖挤土技术被广泛应用到地下管线施工中，其优势可以总结为以下方面：第一，无需使用冲洗液，可以简化施工流程，提高施工效率，降低施工成本。第二，不排土，能够减轻施工人员工作强度，并且无需设置排土场，既能够扩大作业空间，也能够减少安全事故发生率[5]。第三，干作业成孔。干作业成孔除了操作便捷、成本较低外，还能够在复杂的地质条件下消除泥浆润滑、遇水软化等一系列问题，有效提高剪切破碎率。第四，孔壁稳定性较高。孔壁稳定性是地下管线施工中必须考虑的一个问题，只有保证孔壁稳定，才能够从源头减少或规避坍塌、缩颈等一系列问题，从而为后续安全施工提供保障。也正因为非开挖挤土成孔技术具备以上优势，使其广泛应用到地下管线工程中。

但在考虑使用非开挖挤土施工技术时，施工人员不仅要考虑地层及孔径的要求，还要合理评估挤土及振动可能引发的安全隐患，并采取措施将安全隐患控制在可接受范围内，从而充分发挥挤土成孔技术的优势和作用。在此基础上，还要充分考虑挤土效应或挤土和振动效应实际是确定在一定管径下的挤土半径大小。

结束语：

综上所述，在地下管线施工中，为了尽可能减少破路开挖率，需要施工单位合理引入非开挖挤土成孔技术，并熟练掌握不同挤土技术的操作规范、适用范围、使用原理等实际情况。并对施工区域的地表、地下结构等情况进行详细分析，以充分发挥非开挖及土成孔技术的优势和作用，只有提高成孔质量和效率，才能够保证施工安全，同时为后续施工任务有条不紊进行奠定良好基础。

参考文献：

[1]岳彬.地下管线非开挖检测技术的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(18):150-151.

[2]郭威丽.非开挖铺设地下管线工程技术研究[J].中国设备工程,2021(04):224-225.

[3]戴福有.城市地下管线非开挖修复更新技术探讨[J].决策探索(中),2020(12):82.

[4]李玉梅.市政工程中的地下管线非开挖技术[J].中国高新科技,2020(11):81-82.

[5]王东.地下管线惯性定位仪在非开挖地下管线竣工测量中的应用[J].北京测绘,2020,34(03):319-323.