电力工程中的非开挖技术

随著改革开放的不断发展，全国各地城市建设与管理力度正在逐渐加大，消除市区道路“拉链”的困窘局面迫在眉睫。电力电缆已经成为城市现代化进程中供电网络的主要设备之一；电力通信线缆为了最大程度地避免外力破坏，降低施工成本，缩小对城市交通和景观的影响，受到非开挖技术(即通常所讲的顶管技术)的庇护范围与日俱增。所以非开挖技术正在受到越来越多的电力企业和用户的广泛采用。

非开挖技术的出现

在上世纪70年代初期，美国人克林顿·马丁把定向钻探技术与传统舖管技术巧妙地结合起来，发明了导向钻进舖管技术，导致了非开挖技术的一场革命。上个世纪80年代后期，地面无线跟踪导航监测系统被开发利用，使导向舖管质量大为提高，这标誌著世界非开挖技术进入了一个崭新阶段。现代非开挖技术随著导航定位精度提高、施工设备能力增强、管材业的发展，舖管能力由初期的单孔单管线、短距离细管道、单一钢管舖设发展到单孔多管线、长距离粗管道的各种管材的舖设。

非开挖技术的特点

非开挖技术具有不开挖地面、不影响交通、不影响市容、不损坏建筑、方向性好、社会效益显著等特点。非开挖舖管可以穿越铁路、公路、建筑、河流、飞机跑道、古迹等障碍物。它不仅服务于电力、电信、有线电视、也给煤气、给水、排水及市政建设带来巨大效益。非开挖舖管使用的主要是钢管、铸铁管、塑料管(PVC、PE等)。非开挖技术可利用导向钻进，还可进行管棚支护、水平注浆、水平降水及污染地层处理工程，亦可利用导航仪探测地下管网。

非开挖方法与设备

非开挖舖设地下电缆管线技术是指利用巖土钻掘手段，在地表不挖槽的情况下，舖设、修复和更换地下管线的施工技术。它的核心是导向钻进、定向钻进、微型隧道掘进、气动矛、夯管法舖管技术。即在不开挖路面的情况下，先钻一导向孔，然后把孔径扩大，再将管线回拉或顶入孔内，完成管线舖设工作。1.导向孔钻进：利用造斜或稳斜原理，在地面导航仪引导下，按预先设计的舖管线路，由钻机驱动著锲型钻头的钻桿，从A点到B点钻一个与设计轨迹尽量吻合的导向孔(平面误差100毫米)。然后卸下钻头，换上适当尺寸和符合地质状况的特殊类型的回扩钻探，使之能够在拉回钻桿的同时，又可将钻孔扩大到所需尺寸。施工前要对敷设电缆管线段地质了解，确定施工曲线、钻头入地角度，回扩直径和电力电缆的材质都要进行计算等。2.扩孔：根据舖设管线的直径、材料、地层等因素选择扩孔的最大孔径、扩孔级序和扩孔方式。一般采用逐级扩孔，最终孔径比预舖管孔径大100毫米；预埋管径以内采用排土法扩孔，以外采用挤压法成孔，以保证舖管后地面不致于沉降，不留隐患。在回扩过程中和钻进过程一样，自始之终泥浆搅拌系统要向钻头和回扩钻头提供足够的泥浆。3.回拉管线：扩孔完毕，在条件许可的情况下，可把B点下管工作坑做到足够长，将全部管线一次性连接，采用前拉或后顶的方法，将预埋管线放入孔内，完成舖管工作。

非开挖设备主要由以下几部分组成。1.导航系统：用于在钻进过程中对钻头进行定位，以确定钻头的倾斜角度和钻进方向。由发射器、接收器、控制台、遥控显示器、电源等组成。包含有软件系统的导航部分，不仅能绘制施工图，还能对工程进行评价、分析、实时记录设备运行数据、打印施工资料等。目前，雷达导航的非开挖高端技术在国内已见采用，计算机导航技术已被普遍使用。2.主机由发动机、液压系统、机载泥浆泵、动力钳、钻桿及其装卸系统等执行机构组成。它用于提供钻进、回拖的动力以及对钻进的控制。目前，国产的非开挖机在钻头100转/分钟的转速下，扭矩已达15000到20000牛顿/米。3.钻具由钻头、回扩钻头、钻桿等组成。不同的施工需要和不同的地质要选用不同的钻头。非开挖工程使用的钻桿与地质勘探的钻桿有所区别，有很大的弹性、韧性和抗扭强度，耐磨损。钻具在航道钻通以后，还要对通道回扩和牵引管线，使电缆便于穿过。4.泥浆搅拌系统可增加钻头的润滑作用，降低钻进阻力和钻头的工作温度，提高管壁的强度等。泥浆还减小钻头磨损、软化地层、易于钻进以及利用泥浆的流动性和黏结力使钻孔产生的巖粒、砂粒处于悬浮状态，以利于护壁和清孔。由泥浆罐和高压输送泵及高压连接管构成。该技术可用来舖设直径40毫米至2500毫米的各种地下管线，距离可达十几米至几千米。直径2.5米的非开挖管线足足胜过常规的电缆隧道，在老城城网升压改造、钱塘江过江煤气管线和过长江石油管线工程中得到充分利用。该项技术与传统的“挖槽埋管法”相比，具有不破坏环境、不影响交通、施工精度高、施工安全性好、周期短、成本低、社会经济效益显著等优点。

非开挖技术应用范围

非开挖技术是在不开挖或少开挖地表的情况下，进行地下管线的舖设、修复置换和探测的施工技术。它是钻探和电子技术在地下管线施工领域的拓展和延伸。管线施工可分为三大类：舖设新管线、修复置换旧管线、探测原有管网。

舖设新管线施工技术：导向钻进法舖管法、定向钻进舖管法、气动矛舖管法、夯管锤舖管法、螺旋钻进舖管法、推挤顶进舖管法、微型隧道舖管法、盾构法和顶管法。复杂的地质工况和流沙地层都是施工的棘手问题。老城改造中固有的其他管线对施工也带来不少干扰。

修复旧管线施工技术：原位固化法、原位换管法、滑动内插法、变形再生法、局部修复法。

探测地下管网：地下管线探测仪(非金属管道探测仪、金属管道探测仪、塑料管道探测仪、电力电信缆线探测仪和井盖探测仪等)、供水管网监测仪(流量水压记录仪、漏区诊断仪、漏点定位仪等)、电信线路故障定位仪、气体故障检测仪、管中摄影仪、探地雷达、声呐系列。

现代非开挖技术发展虽然仅20多年的时间，但其施工工艺技术的先进性、优越性所带来的经济效益和社会效益已举世瞩目，同时也激励了非开挖技术的不断更新，其应用领域不断拓展到穿越江河、机场、铁路、公路、建筑等舖设各种地下管线；隧道的管棚支护、微型钻孔桩施工等；水平注浆、水平降水、地下污染层处理；煤层瓦斯抽排放孔施工；修复置换旧管线；探测查找地下管网等。(2004-7-30)