1、非开挖施工技术简介非开挖施工技术简介课程：机械工程学科前沿课程：机械工程学科前沿学号：学号：120120805120120805姓名：余姓名：余 楠楠 非开挖技术是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修非开挖技术是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的一种施工新技术复各种地下管线的一种施工新技术,已被联合国环境保护署认定为环境已被联合国环境保护署认定为环境友好的施工新技术。它可广泛用于穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、友好的施工新技术。它可广泛用于穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、湖泊湖泊,以及在市区、古迹保护区、农作物或植被保护区等进行污水、自以及在市区、古迹
2、保护区、农作物或植被保护区等进行污水、自来水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等地下管线的施工。此外来水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等地下管线的施工。此外,非非开挖技术还可用于降水工程、隧道工程、基础工程以及环境治理工程等开挖技术还可用于降水工程、隧道工程、基础工程以及环境治理工程等领域。领域。非开挖技术的概述 尽管非开挖施工技术在国外已有百余年历史尽管非开挖施工技术在国外已有百余年历史,但是大规模应用始于但是大规模应用始于2020世纪世纪8080年代年代,先从几个发达国家开始先从几个发达国家开始,继而推向世界各国。在欧洲继而推向世界各国。在欧洲,由由于城市建设历史悠久于城市建设历史悠久,城
3、市地下管网腐蚀和破损严重城市地下管网腐蚀和破损严重,因此非开挖管道因此非开挖管道更换和修复技术使用得最早、也最广。在日本更换和修复技术使用得最早、也最广。在日本,为了满足污水管道施工为了满足污水管道施工的需要的需要,首先开发了小口径顶管施工首先开发了小口径顶管施工(微型隧道微型隧道)技术。在美国技术。在美国,在油气在油气管道和通讯电缆施工的驱动下管道和通讯电缆施工的驱动下,水平定向水平定向(导向导向)钻进技术得以快速发展。钻进技术得以快速发展。据不完全统计据不完全统计,目前在发达国家中目前在发达国家中,非开挖设备制造商和材料供应商达非开挖设备制造商和材料供应商达400400多家多家,工程承包商
4、达工程承包商达40004000余家余家,各种非开挖施工方法达百余种。各种非开挖施工方法达百余种。非开挖技术的概述非开挖技术的发展历程v 非开挖技术自非开挖技术自6060年代初开始在西方发达国家兴起，现已年代初开始在西方发达国家兴起，现已 成为一成为一项政府支持、社会提倡、企业参与的新技术。开挖技术是管道施工技项政府支持、社会提倡、企业参与的新技术。开挖技术是管道施工技术的一次革命。术的一次革命。v 1900-1960 1900-1960早期非开挖技术的应用早期非开挖技术的应用1 1.尤其是二战后，美国、欧洲、日本等国的重建；尤其是二战后，美国、欧洲、日本等国的重建；2.2.简单的方法简单的方法
5、，用于穿越铁路、公路、河流等短距离施工；，用于穿越铁路、公路、河流等短距离施工；3.3.回转钻进（水平湿钻）、水平螺旋钻进（水平干钻）、回转钻进（水平湿钻）、水平螺旋钻进（水平干钻）、人工顶管。人工顶管。非开挖技术的发展历程v 1960-1985 1960-1985现代非开挖技术的兴起和发展现代非开挖技术的兴起和发展1.1.生活水平的提高、交通的发展、传统施工方法成本的提高；生活水平的提高、交通的发展、传统施工方法成本的提高；2.2.替代的方法替代的方法,开发了各种非开挖铺设、更换和修复的方法和设备、开发了各种非开挖铺设、更换和修复的方法和设备、奠定了现代非开挖技术的基础；奠定了现代非开挖技术
6、的基础；v 1985-1985-现在现在现代非开挖技术的大规模应用现代非开挖技术的大规模应用 非开挖方法和设备的完善，交通、环保、法律意识的增加，成本非开挖方法和设备的完善，交通、环保、法律意识的增加，成本降低、政府支持降低、政府支持 首选的方法（比例在首选的方法（比例在10%10%左右）左右）形成新的产业：设备制造商（约形成新的产业：设备制造商（约100100家）、材料供应商（约家）、材料供应商（约400400家家）、工程承包商（）、工程承包商（6000-80006000-8000多家）、咨询公司、科研院所多家）、咨询公司、科研院所1.1.地下管线施工：各类管线（自来水、污水、雨水、石油、地
7、下管线施工：各类管线（自来水、污水、雨水、石油、天然气等天然气等管道，管道，以及通讯、动力和信号等电缆线）的铺设、更换、以及通讯、动力和信号等电缆线）的铺设、更换、修复；修复；2.2.管棚支护：地下人行过道、地铁、地下车库等工程的结构性支护；管棚支护：地下人行过道、地铁、地下车库等工程的结构性支护；3.3.环境治理：在受污染的地下水和地层中设置水平环境治理井；环境治理：在受污染的地下水和地层中设置水平环境治理井；4.4.其它：基础工程（钢管桩、微桩、土钉）、边坡、路基、大坝等其它：基础工程（钢管桩、微桩、土钉）、边坡、路基、大坝等 工工程（排渗孔、降水孔和注浆孔等）、以及降排水、地热程（排渗孔
8、、降水孔和注浆孔等）、以及降排水、地热 井施工、瓦井施工、瓦斯的排放和煤层气开发等。斯的排放和煤层气开发等。非开挖技术的应用领域非开挖地下管线施工方法大致可以分为四大类：非开挖地下管线施工方法大致可以分为四大类：1.1.新管铺设：铺设新的地下管线；新管铺设：铺设新的地下管线；2.2.旧管更换：在原位更换旧管线旧管更换：在原位更换旧管线,提高管道输提高管道输送能力；送能力；3.旧管修复：修复现有管线的局部缺陷或改善其输送性能；旧管修复：修复现有管线的局部缺陷或改善其输送性能；4.相关技术：主要是探测地下原有管网。相关技术：主要是探测地下原有管网。非开挖技术的构成分类非开挖施工技术 新管铺设新管铺
9、设 大口径（直径大于大口径（直径大于1米，可以进人）米，可以进人）隧道法隧道法 TunnellingTunnelling 人工开挖人工开挖 钻爆法或新奥法钻爆法或新奥法NATMNATM TBM TBM法（岩层）法（岩层）盾构法（土层）盾构法（土层）顶管法顶管法 Pipe JackingPipe Jacking 气压平衡式气压平衡式 机械平衡式机械平衡式 土压平衡式（粘性土）土压平衡式（粘性土）泥水平衡式（砂土层）泥水平衡式（砂土层）混合式混合式5.非开挖施工技术 新管铺设新管铺设 小口径（直径小于小口径（直径小于1 1米，可以进人）米，可以进人）小口径顶管法（微型隧道法）小口径顶管法（微型隧道
10、法）MicrotunnellingMicrotunnelling 水平钻进法（水平湿钻）水平钻进法（水平湿钻）Horizontal DrillingHorizontal Drilling 水平螺旋钻进法（水平干钻）水平螺旋钻进法（水平干钻）Auger BoringAuger Boring 定向钻进定向钻进 Directional DrillingDirectional Drilling 导向钻进法导向钻进法 Guide BoringGuide Boring 气动矛法气动矛法 Impact MolingImpact Moling 夯管法夯管法 Pipe RammingPipe Ramming 顶
11、杆法顶杆法 Rod PushingRod Pushing5.非开挖施工技术 旧管更换旧管更换 爆管法爆管法 Pipe BurstingPipe Bursting 裂管法裂管法 Pipe SplittingPipe Splitting 吃管法吃管法 Pipe EatingPipe Eating 相关技术相关技术 现场勘察现场勘察 Site InvestigationSite Investigation 管线探测管线探测 Pipe DetectionPipe Detection 管线检测管线检测 Survey Survey 旧管修复旧管修复 传统的内衬法传统的内衬法 Conventional Sl
12、ipliningConventional Sliplining 改进的内衬法改进的内衬法 Modified SlipliningModified Sliplining 软衬法软衬法 Soft Lining or CIPPSoft Lining or CIPP 缠绕法缠绕法 Spiral LiningSpiral Lining 喷涂法喷涂法 Spray LiningSpray Lining 局部修复法局部修复法 Local RepairLocal Repair 其它方法其它方法 OthersOthers非开挖技术定（导）向钻进铺管法 定向钻进的基本原理：按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小定向钻进的
13、基本原理：按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线，回拉铺设地下管线。头和管线，回拉铺设地下管线。水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管、管端处理。孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管、管端处理。定（导）向钻进铺管法定（导）向钻进铺管法施工长度：施工长度
14、：50-1500m(50-1500m(一般一般)管径：管径：300-800mm,300-800mm,大于大于1m1m的最好用顶管的方法的最好用顶管的方法适用管材：适用管材：PEPE管、钢管管、钢管应用：广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、应用：广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。天然气、石油等管线铺设施工工程中。扩孔器和导向仪顶管铺管法顶顶 管管 施施 工工 原原 理理 图图 顶管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管道紧跟在工具顶管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管道紧跟在工具管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土层内掘进
15、，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管道排出，推进一节管道后，主千斤顶缩回，吊装上排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管道排出，推进一节管道后，主千斤顶缩回，吊装上另一节管道，继续顶进。如此往复，直至管道铺设完毕。管道铺设完后，工具管从接收另一节管道，继续顶进。如此往复，直至管道铺设完毕。管道铺设完后，工具管从接收井吊至地面。井吊至地面。顶管施工是继盾构施顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够需要开挖面层，并且能
16、够穿越公路、铁道、河川、穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法地下管道的施工方法。顶管施工的分类顶管施工的分类按所顶进的管子口径大小分：大口径、中口径、小口径
17、和微型顶管四种。按所顶进的管子口径大小分：大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。大口径多指大口径多指2m2m以上的顶管，人可以在其中直立行走。中口径顶管的管以上的顶管，人可以在其中直立行走。中口径顶管的管径多为径多为1.21.21.8m1.8m，人在其中需弯腰行走，大多数顶管为中口径顶管。小，人在其中需弯腰行走，大多数顶管为中口径顶管。小口径顶管直径为口径顶管直径为5005001000mm1000mm，人只能在其中爬行，有时甚至爬行都比较，人只能在其中爬行，有时甚至爬行都比较困难。微型顶管的直径通常在困难。微型顶管的直径通常在400mm400mm以下，最小的只有以下，最小的只有75mm75mm
18、。按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离）分：普通按一次顶进的长度（指顶进工作坑和接收工作坑之间的距离）分：普通距离顶管和长距离顶管。顶进距离长短的划分目前尚无明确规定，过去距离顶管和长距离顶管。顶进距离长短的划分目前尚无明确规定，过去多指多指100m100m左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜，可把左右的顶管。目前，千米以上的顶管已屡见不鲜，可把500m500m以以上的顶管称为长距离顶管。上的顶管称为长距离顶管。按顶管机的类型分：手掘式人工顶管、挤压顶管、水射流顶管和机械顶按顶管机的类型分：手掘式人工顶管、挤压顶管、水射流顶管和机械顶管（泥水式、泥浆式、土压式、岩石式管（
19、泥水式、泥浆式、土压式、岩石式 ）。手掘式顶管的推进管前只是）。手掘式顶管的推进管前只是一个钢制的带刃口的管子（称为工具管），人在工具管内挖土。掘进机一个钢制的带刃口的管子（称为工具管），人在工具管内挖土。掘进机顶管的破土方式与盾构类似，也有机械式和半机械式之分。顶管的破土方式与盾构类似，也有机械式和半机械式之分。按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶管、以及其他管材的顶管。按管材分：钢筋混凝土顶管、钢管顶管、以及其他管材的顶管。按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管和曲线顶管。按顶进管子轨迹的曲直分：直线顶管和曲线顶管。项管技术的发展方向项管技术的发展方向1.长大距离顶管：普通顶管一般距离长大距离顶管：
20、普通顶管一般距离100m，无中继环，（现在某些专，无中继环，（现在某些专家认为可能提高到家认为可能提高到300m），长距离顶管），长距离顶管100m，长大距离，长大距离1000m。2.大管径顶管：过去一般认为顶管最大直径为大管径顶管：过去一般认为顶管最大直径为3m。现在日本、德国等。现在日本、德国等国顶管管径可达国顶管管径可达45m。3.微型管顶管：过去顶管管径一般微型管顶管：过去顶管管径一般300mm，目前最小可达，目前最小可达75mm。顶管按管径分类：大口径：顶管按管径分类：大口径：2000mm 中口径：中口径：1200 2000mm 小口径：小口径：500 1200mm 微口径：微口径：
21、500mm4.曲线顶管：曲线顶管：S形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。形曲线、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲线。5.自动控制：自动测量、自动记录、自动纠偏。自动控制：自动测量、自动记录、自动纠偏。顶管法施工特点：顶管法施工特点：1.1.适用于软土或富水软土层；适用于软土或富水软土层；2.2.无需明挖土方，对地面影响小；无需明挖土方，对地面影响小；3.3.设备少、工序简单、工期短、造价低、速度快；设备少、工序简单、工期短、造价低、速度快；4.4.适用于中型管道（适用于中型管道（1.51.52m2m）管道施工；）管道施工；5.5.大直径、超长顶进、纠偏困难。大直径、超长顶进、纠偏困难。
22、可穿越公路、铁路、河流、地面建筑物进行地下管道施工。可穿越公路、铁路、河流、地面建筑物进行地下管道施工。顶管法与盾构法的异同点顶管法与盾构法的异同点1.1.盾构法的衬砌为盾构法的衬砌为管片管片，且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装，拼装且每环管片要在盾构机的盾尾进行拼装，拼装好后一般不会再移动；顶管法的衬砌为好后一般不会再移动；顶管法的衬砌为管节管节，且每环管节是一次预制且每环管节是一次预制成功的，由顶进装置依次顶进，直至第一节管节到达接收井位置。成功的，由顶进装置依次顶进，直至第一节管节到达接收井位置。2.2.盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的支撑环外沿支
23、撑环外沿，而顶管法施工，而顶管法施工的主顶进装置布置在的主顶进装置布置在工作井内工作井内，如果顶力不足要加设中继间。，如果顶力不足要加设中继间。3.3.盾构千斤顶活塞的前端必须安装盾构千斤顶活塞的前端必须安装顶块顶块，顶块必须采用球面接头，在顶，顶块必须采用球面接头，在顶块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板。顶管法的主顶千斤块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板。顶管法的主顶千斤顶的行程长短不能一次将管节顶到位时，必须在千斤顶缩回后在中间顶的行程长短不能一次将管节顶到位时，必须在千斤顶缩回后在中间加加垫块垫块或几块或几块顶铁顶铁。4.4.盾构机内有拼装管片的盾构机内有拼装管片的拼装机
24、拼装机，而而顶管机内没有顶管机内没有。5.5.盾构法主要用于大断面城市盾构法主要用于大断面城市地下隧道地下隧道、水工隧道水工隧道、公路隧道公路隧道的施工；的施工；顶管法主要适用于断面顶管法主要适用于断面稍小一些稍小一些的城市的城市地下管线地下管线的铺设。的铺设。顶管顶管盾构盾构定向钻定向钻水平钻机水平钻机夯管锤夯管锤工法特点工法特点（优点）（优点）顶进精度高，方向控顶进精度高，方向控制精度可达制精度可达5cm5cm之内之内适用于大口适用于大口径隧道径隧道施工速度快施工速度快施工速度快施工速度快施工速度快、成施工速度快、成本低本低工法特点工法特点（缺点）（缺点）施工成本较高施工成本较高管材成本高
25、管材成本高由于精度限制，由于精度限制，无法用于污水管无法用于污水管道施工道施工施工精度较施工精度较低低方向控制精度低方向控制精度低、施工震动大，、施工震动大，仅适用于钢管施仅适用于钢管施工工适用范围适用范围通信管、排污管、煤通信管、排污管、煤气管、自来水管、综气管、自来水管、综合管道合管道综合管道、综合管道、地铁、隧道地铁、隧道通信管、煤气管通信管、煤气管、自来水管、自来水管通信管、煤通信管、煤气管、自来气管、自来水管水管通信管、煤气管通信管、煤气管、自来水管、自来水管适用管径适用管径350-4000350-40003000-3000-1400014000100-1000100-1000100
26、-100-15001500200-1800200-1800施工精度施工精度50mm50mm以内以内50mm50mm以内以内1000mm1000mm以内以内500mm500mm以内以内施工速度施工速度2-42-4天天/100m/100m1 1天天/100m/100m1-21-2天天/100m/100m1-21-2天天/100m/100m 爆爆(裂裂)管法管法固定式裂管头固定式裂管头气动式裂管头气动式裂管头液压式裂管头液压式裂管头施工长度：施工长度：100900m100900m管径：管径：701060mm701060mm应用：压力管道的更换应用：压力管道的更换 下水道道的更换下水道道的更换爆管法的
27、过程爆管法的过程 （固定裂管工艺）（固定裂管工艺）爆管法的过程爆管法的过程 （固定裂管工艺（固定裂管工艺)续续爆管法的过程爆管法的过程 （气动工法）（气动工法）微型隧道法施工长度：施工长度：25225m25225m管径：管径：2503050mm2503050mm应用：下水管道的安装应用：下水管道的安装微型隧道法施工过程微型隧道法施工过程水平螺旋钻进水平螺旋钻进 一般不可控制方向，施工精度有限一般不可控制方向，施工精度有限,在大卵砾石层或极软的土层中施工在大卵砾石层或极软的土层中施工极为困难。极为困难。与传统的开挖施工相比与传统的开挖施工相比,非开挖施工的主要优势是非开挖施工的主要优势是:1.1
28、.对地面干扰小。施工时不影响交通对地面干扰小。施工时不影响交通,不破坏环境不破坏环境(绿地、植被、树木绿地、植被、树木),),不干扰工厂、商店、医院、学校和居民的正常生活与工作秩序。不干扰工厂、商店、医院、学校和居民的正常生活与工作秩序。2.2.施工速度快。由于辅助工程施工速度快。由于辅助工程(如支护、回填等如支护、回填等)少少,施工速度大大提高施工速度大大提高3.3.综合成本低。在相同情况下综合成本低。在相同情况下,非开挖施工的综合成本均低于开挖法施非开挖施工的综合成本均低于开挖法施工工,而且管径和埋深越大时越明显而且管径和埋深越大时越明显;部分非开挖施工方法的直接成本部分非开挖施工方法的直
29、接成本甚至低于开挖法施工。甚至低于开挖法施工。4.4.施工时地面无需开槽施工时地面无需开槽,对设备和人员的安全性好。对设备和人员的安全性好。非开挖技术的主要优势非开挖技术的发展前景 我国非开挖管线铺设技术的出现我国非开挖管线铺设技术的出现,是传统管线施工技术的是传统管线施工技术的一次革命一次革命,是城市地下管网建设的新宠。由于人们对生态环境是城市地下管网建设的新宠。由于人们对生态环境的保护意识空前提高的保护意识空前提高,而且非开挖技术又已被证明在治理过去而且非开挖技术又已被证明在治理过去的污染和保护将来的环境中极具价值的污染和保护将来的环境中极具价值,已加入已加入WTO WTO 的中国的中国,随随着经济建设同国际交流的更加广泛着经济建设同国际交流的更加广泛,在世界先进水平的引领下在世界先进水平的引领下,中国的非开挖技术将日益成熟中国的非开挖技术将日益成熟,迅猛发展迅猛发展,中国非开挖技术的前中国非开挖技术的前景将广阔无限景将广阔无限。谢谢 谢谢 观观 看！看！
