綠色環保施工與非開挖技術工學論文

綠色環保施工與非開挖技術工學論文

　　摘 要:先進的非開挖鋪管技術具有不影響交通,不污染環境,不破壞路面永久平整,鋪管精度高,施工安全性好,周期短,成本低,社會經濟效益顯著等優點,是一種值得推廣的綠色建筑技術。但暴露的問題同樣嚴重,亟需自身完善與政府有關職能部門的規范性管理。

　　關鍵詞:綠色建筑技術; 非開挖技術; 空間地理信息系統(GIS); 有序管理

　　綠色建筑的理念是“節約能源、節約資源、保護環境、以人為本”倡導綠色施工,加強環境保護,實現人與環境的和諧相處,是建筑施工企業光榮而神圣的歷史使命。隨著我國城鎮建設的高速推進,我國城市管網建設及舊城區管網改造工程大幅度增加,非開挖技術作為一種綠色建筑技術,最大限度地使施工活動減少對環境負面影響,有效的實現四節一環保(節能、節地、節水、節材和環境保護)。非開挖技術在推廣綠色環保施工的大環境下,由北京、上海、廣州、深圳等城市迅速向內地大、中城市輻射。

　　非開挖鋪管技術,是利用巖土鉆掘手段,在地表不開挖的情況下,鋪設、修復和更換各種地下管線的施工技術。其主要的施工方法包括以下四種:

　　1、水平導向鉆進法。

　　它是一種無需建造工作井,就能夠快速鋪裝地下管線的鉆進方法。主要特點是,可根據預先設計的鋪管路線,驅動裝有楔形鉆頭的鉆桿從地面鉆入,鉆進過程受三維控制,通過鉆桿和一個特殊設計的楔形鉆頭按設計好的三維線形旋轉鉆進。當需要改變鉆進方向時,只需要暫停鉆桿的旋轉并將鉆頭的楔形固定在相應的位置上推進即可,按照設計的軌跡繞過地下障礙抵達目的地。然后,卸下鉆頭換裝適當尺寸和特殊類型的回程擴孔器,使之能夠在拉回鉆桿的同時將鉆孔擴大至所需直徑,并將需要鋪裝的管線同時返程拖回鉆孔入口處。水平導向鉆進法根據土質條件的不同一次鉆進的距離可達100～600m不等,能夠鋪裝管線的最大直徑可達1m左右。適用于鋪裝PVC管、PE管、HDPE管、鋼管、電纜、光纜等各種不同材質的工程管線。目前,這種方法已廣泛用于通訊、電力、化工、燃氣、石油、給、排水以及交通、市政等不同行業和部門的地下管線安裝工程。

　　2、錘管法。

　　它是利用氣動穿梭矛在鋼管(空心套管)的后面,將鋼管頂進至終點來完成鋪管任務的方法。這種方法需要在進口和出口各挖一個工作坑。在進口坑內,用一個特殊的管夾將穿梭矛置于鋼管后部,靠壓縮空氣通過氣動矛推動鋼管,無需設置后座。當第一節鋼套筒全部進入地層后,拆除管夾,將第二節鋼管焊接就位。繼續上述過程,直至全部鋼管安裝完為止。當鋼管抵達出口坑后,用強大的空氣壓力推動管中的泥土一次性排出。此方法通常使用各種型號的穿梭矛,適宜于鋪設各種孔徑和長度距離的鋼管或鑄鐵管。由于此法對土層擾動極少,特別適合于運輸繁忙的鐵路、公路、機場等地鋪設管道,實現“零沉降、零開挖、不限速”施工。同時由于避免了鉆進法擾動土堤,造成漏水管涌等嚴重后果(2005年5月瀏陽河大堤發生鉆孔形成管涌,淹沒農田,動用了數千名武警搶險的特大事故),所以此法在水利工程穿越河堤、水庫大壩中發揮獨特優勢。

　　3、拉管法。

　　是用氣動穿梭矛從一個較小的進口坑鉆進,在壓縮空氣不斷推進下,穿越地層,牽引緊鎖在穿梭矛尾部的新管到達終點。若鋪設的管線口徑較小,距離不太長,穿越處為碎石、沙土或松土等易于塌陷的地質時,或者要安裝的是PE管、PVC管、熱塑膠管,使用此法最為有效。

　　4、脹管法。

　　它主要用來更換、修復和擴大城市各種地下舊有管線。隨著我國全面建設小康社會步伐的加快,城市建設規模逐漸擴大,許多始建于上世紀七八十年代甚至更早的供水、排水、天然氣等管道銹蝕破損嚴重,況且舊管道尺寸是按當時需求而設計的,都在超期服役,遠遠不能滿足目前城市逐年開發增長擴大容量的需求,需要及時更換和擴孔。如果采用傳統開挖方式進行管道的更換、擴孔,不但工期長,造價昂貴,更主要對市政、商業、交通以及城市居民生活造成極大干擾和影響。而如果采用一般的非開挖工藝重新鋪設管線,則由于近年來各種新鋪地下管線迅速增加,各種管線縱橫交錯,再插新管恐怕十分困難,而且風險太大。因此,利用先進的脹管技術在原有管線路徑不變的情況下進行地下管線的更換、擴孔,已經成為當今城市管線建設的必要手段。

　　脹管法又分為氣動賬管法和液壓脹管兩種方法。

　　(一)氣動脹管法

　　1)氣動穿梭矛(簡稱氣動矛)與液壓卷揚機結合使用。氣動矛體頭部用鋼絲卡筘與卷揚機相連,在氣動矛套上一個由高質合金鋼制造并通過熱處理加工而成的特殊脹管頭,氣動矛置于待新鋪的PE管內,脹管頭與PE管相連。氣動矛從進口坑進入舊管管口,在動力沖擊下劈開舊管,并將舊管碎片擠壓至周圍土壤中,同時牽引同等口徑或更大口徑的新管即時取代舊管的位置,以達到去舊換新的目的。施工中,卷揚機提供持續的牽引力,引導氣動矛保持準確的前進方向。

　　2)空氣錘與水平導向鉆機結合使用。基本原理與氣動矛和水平導向鉆機結合使用相似,鉆機從地面鉆入,并沿現有管線鉆進至另一端工作井,連接空氣錘,空氣錘外面套裝脹管頭,脹管頭與新管線相連,當高壓空氣通過鉆桿傳遞給空氣錘時,空氣錘沖擊脹管頭,脹管頭破碎舊管線,同時牽引新管線前進。鉆機始終提供一種穩定的拉力,保證脹管時沖擊錘正確的方向與傾角。

　　(二)液壓脹管法

　　液壓脹管法是依靠脹管機的液壓油缸提供拉力牽引脹管頭。它類似于鉆機與虎鉗系統。施工時,脹管機將一根根鉆桿從舊管一端進入,達到要更換的舊管的另一端后,將破管刀具連接在鉆桿的末端,刀具后面是擴孔器,緊接其后連接著要換上的新管,然后脹管機將鉆桿逐根回拖,這時刀具切開舊管,擴孔器則將破開的舊管及碎片擠入周圍土壤中,新管即被牽引穿過舊管位置替代了舊管,完成了新管換舊管的作業。

　　脹管法可對既有管線進行整體更換,通常直徑可增加20%～30%,條件許可最大可增加原來尺寸的150%,每節連續更換長度最長可大200米。適宜破除陶瓷管、塑膠管、混凝土管,以及薄壁鑄鐵管。由于用原有管道作引導,因而不會造成對其他相鄰管線的損壞,也不會使新管受到污染。當管道出現局部破損、缺損、滲漏、堵塞、錯位時,或者原有管道已不堪負荷需要加大口徑時,使用此法最為合適。

　　以上幾種非開挖鋪管技術與傳統的開挖施工相比,具有不影響交通,不污染環境,不破壞路面永久平整,鋪管精度高,施工安全性好,周期短,成本低,社會經濟效益顯著等優點。作為綠色建筑技術,國際上稱之為“環保工程”。此外,還可以在一些無法實施開挖作業的地區鋪設管道,如鬧市區、古跡保護區、穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流等。國家寬帶光纖主干網絡和城市網絡的建設,需要鋪設大量的光纜。“西氣東輸”是國家西部大開發戰略的標志性工程,該工程將建設長距離輸氣管道,各種管道的鋪設需要穿越不少的公路、鐵路和河流。長沙市的液化氣石油管道工程和天然氣管道工程,也有不少的管道需穿越鐵路、公路、市政道路、河流等。如此大規模的管線鋪設工程量為非開挖技術提供了巨大的市場。

　　鑒于,這項綠色施工技術在我國正處于高速推廣的階段,因此,在引進推廣中出現了一些需要盡快完善的問題,引以思考。

　　首先,是城市管網的檔案建設還遠遠趕不上非開挖技術進步的要求。過去我們有城市檔案,但總的來說既不齊全,也不準確。剛開始非開挖單位還去規劃部門購買管線圖,后來發現已有管線在圖紙上記錄基本不齊全,標注粗糙,尺寸不詳,幾乎無法利用。最后,只得主要靠利用管線探測技術來查清已有地下管線的坐標、高程。而管線探測目前也是處在前進探討階段,尤其是非金屬管線包括鋼筋混凝土管道幾乎一般小型探管儀器都難以探測,以致釀成經常打壞各種地下管線的惡性事故。長沙晚報都曾有報道,打壞一根燃氣管道或自來水管道,旋即就會殃及附近成百上千居民斷水、斷氣,投訴市長辦公電話。至于打壞軍用光纜、國防光纜、長途通信光纜其影響也是可想而知的。

　　為此,作者建議兩點:其一,向廣州等先進城市學習,立即著手開啟“數字市政”工程,建立以城市供水、排水、燃氣、光纜、電纜、路橋設施為主線的空間地理信息系統(GIS)。實現各種地下管線“家底”的信息化。當然,GIS系統的建立不僅是為了非開挖施工技術的運用,也大大提升了整個城市的抗風險能力,一旦發現險情,在很短時間內就可以找準險情發生的位置、地點、程度,一方面出動應急搶險方案,一方面及時組織疏散居民、學校等人群密集的地方,以減少事故的傷害。

　　加上近幾年來大量的非開挖鋪管施工完畢后既無竣工資料又無檔案登記,許多同行專家楸心地將錯綜復雜又無檔案記錄的地下管線喻為“地下迷宮”、“地下污染”。再不盡快加強管理,更可怕的災害甚至災難都會不斷的出現,建議政府有關部門進快進行有序管理。

　　其二,對非開挖技術專業,目前國家既無行業管理,又沒有正式的設計、施工規范,也無專業資質管理,也無工商注冊登記。據不確切估計全國將近有60%非開挖施工單位,文化技術專業知識偏低,不管誰,買臺國產機子就可以承攬業務。建設行政主管部門應盡快實行有序行業管理,含工商法人注冊登記、資質考核、人員上崗培訓與資格證發放,編制全國統一的設計、施工規范,使原本先進的綠色建筑技術非開挖技術迅速發揚光大,造福城市,造福人民。

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