非開挖工程技術(shù)徹底解決了管道埋設(shè)施工中對城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞等難題，在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護(hù)方面凸顯其優(yōu)勢。這對交通繁忙、人口密集、地面建筑物眾多、地下管線復(fù)雜的城市是非常重要的，它將為城市創(chuàng)造一個潔凈、舒適和美好的環(huán)境。  

 

　　非開挖技術(shù)是近幾年才開始頻繁使用的一個術(shù)語，它涉及的是利用少開挖，即工作井與接收井要開挖，以及不開挖，即管道不開挖技術(shù)來進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)或更換，頂管直徑DN800—4500。通過工作井把要埋設(shè)的管子頂入土內(nèi)，一個工作井內(nèi)的管子可在地下穿行1500米以上，并且還能曲線穿行，以繞開一些地下管線或障礙物。  

 

　　它的技術(shù)要點(diǎn)在于糾正管子在地下延伸的偏差。特別適用于大中型管徑的非開挖鋪設(shè)。具有經(jīng)濟(jì)、高效，保護(hù)環(huán)境的綜合功能。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：不開挖地面；不拆遷，不破壞地面建筑物；不影響交通；不破壞環(huán)境；施工不受氣候和環(huán)境的影響；不影響管道的段差變形；省時、高效、安全，綜合造價低。  

 

　　該技術(shù)在我國沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)廣泛用于城市地下給排水管道、天燃?xì)馐凸艿馈⑼ㄓ嶋娎|等各種管道的非開挖鋪設(shè)。它能穿越公路、鐵路、橋梁、高山、河流、海峽和地面任何建筑物。采用該技術(shù)施工，能節(jié)約一大筆征地拆遷費(fèi)用、減少對環(huán)境污染和道路的堵塞，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。  

 

　　1、發(fā)展及工作原理：  

　　頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等。頂管施工借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作井內(nèi)穿過土層一直推到接收井內(nèi)吊起。與此同時，也就把緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后的管道埋設(shè)在兩井之間，以期實(shí)現(xiàn)非開挖敷設(shè)地下管道的施工方法。  

 

　　2、分類  

　　目前，在頂管施工中最為流行的有三種平衡理論：  

　　氣壓平衡、泥水平衡和土壓平衡理論。  

　　頂管施工最突出的特點(diǎn)就是適應(yīng)性問題。針對不同的地質(zhì)情況、施工條件和設(shè)計要求，選用與之適應(yīng)的頂管施工方式，如何正確地選擇頂管機(jī)和配套輔助設(shè)備，對于頂管施工來說將是非常關(guān)鍵的。

 

　　3、頂管施工技術(shù)在我國的發(fā)展過程  

　　世界上第一個有據(jù)可查的關(guān)于頂管技術(shù)的記錄是在1892年，最初的頂管施工作業(yè)是在1896～1900年間由美國北太平洋鐵路公 司(Northern Pacific Railroad Company)完成。我國頂管施工技術(shù) 起步較晚，自從1954年(也有認(rèn)為是1953年的，無確切記載)在北京進(jìn)行的第一例頂管施工以來，我國從國外引進(jìn)頂管技術(shù)已經(jīng)正好半個世紀(jì)了，早期發(fā)展較慢，是以人工手掘式為主，設(shè)備非常簡陋，也無專門的從業(yè)人員，直至 1964年前后上海首次使用機(jī)械式頂管，上海的一些單位并進(jìn)行了大口徑機(jī)械式頂管的各種試驗(yàn)和相關(guān)的一些理論研究。當(dāng)時，口徑在2m的鋼筋混凝土管的一次推進(jìn)距離可達(dá) 120m，同時也開始利用中繼問的相關(guān)技術(shù)。在此以后，又進(jìn)行了多種口徑、不同形式的機(jī)械頂管試驗(yàn)，其中土壓式居多。由于當(dāng)時的頂管掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計還停留在比較原始的階段，既沒有完整的設(shè)計施工理論和工藝作指導(dǎo)，也不考慮具體的地層條件，所以當(dāng)時的頂管掘進(jìn)機(jī)還不夠完善。土壓式頂管機(jī)當(dāng)時分為上部出土和下部出土兩種，但都沒有引入土壓力的概念。其中，也搞了一些水沖頂管的試驗(yàn) 。 1967年前后，上海已研制成功人不必進(jìn)入管子的小口徑遙控土壓式機(jī)械頂管機(jī)，口徑有700mm-1050mm多種規(guī)格。在他們的施工實(shí)例中，有穿過鐵路、公路的，也有在一般道路下施工的。這些掘進(jìn)機(jī)，全部是全斷面切削，采用皮帶輸送機(jī)出土。同時，已采用了液壓糾偏系統(tǒng)，并且糾偏油缸伸出的長度已用數(shù)字顯示。1978年前后，上海又研制成功適用于軟粘土和淤泥質(zhì)粘土的擠壓法頂管，這種方法要求的覆土厚度較大(大于2倍的管外徑)，但施工效率比普通手掘式頂管提高1倍以上。上世紀(jì)80年代以來發(fā)展更為迅速，頂管施工技術(shù)無論在理論上，還是在施工工藝方面，都有了長足的發(fā) 展。1984年前后，我國的北京、上海、南京等地先后開始引進(jìn)國外先進(jìn)的機(jī)械式頂管設(shè)備，使我國的頂管技術(shù)上了一個新臺階。尤其是在上海市政公司引進(jìn)了日本伊勢機(jī)(ISEKI)公司的800mm 直徑的Telemale頂管掘進(jìn)機(jī)之后，國外的頂管理論、施工技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)入中國，如土壓平衡理論、泥水平頂管的各種試驗(yàn)和相關(guān)的一些理論研究。當(dāng)時，口徑在2m的鋼筋混凝土管的一次推進(jìn)距離可達(dá)120m，后在1988和1992年研制成功我國第一臺多刀盤土壓平衡掘進(jìn)機(jī)(DN2720mm)和第一臺加泥式土壓平衡式掘進(jìn)機(jī)(DN1440mm)，均取得了較令人滿意的效果。與此同時，對頂管技術(shù)的理論研究的關(guān)注逐年增強(qiáng)，開始出現(xiàn)了比較專業(yè)的技術(shù)人員，90年代后，以當(dāng)時的頂管掘進(jìn)機(jī)還不夠完善。土壓式頂管機(jī)當(dāng)時分為上部出土和下部出土兩種，但都沒有引入土壓力的概念。2000年后，同濟(jì)大學(xué)等高校對頂管技術(shù)方面進(jìn)行了不少專項(xiàng)課題研究，也取到了不少成果。在1998年，中國非開挖技術(shù)協(xié)會成立，標(biāo)志著我國的頂管行業(yè)開始進(jìn)入規(guī)范化發(fā)展。2002年中國非開挖技術(shù)協(xié)會批準(zhǔn)成立北京、上海、廣州和武漢四個非開挖技術(shù)研究中心，非開挖管線技術(shù)列入科技的研究進(jìn)一步深入。  

 

　　3 頂管技術(shù)在我國的現(xiàn)狀與存在問題  

 

　　3．1 現(xiàn)狀  

　　經(jīng)過多年的發(fā)展，頂管技術(shù)在我國已得到大量地實(shí)際工程應(yīng)用，且保持著高速的增長勢頭，無論在技術(shù)上、頂管設(shè)備還是施工工藝上取得了很大的進(jìn)步，在某些方面甚至達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。 2001年上海隧道股份有限公司在江蘇省常州完成了長 2050m、直徑 2m的鋼筋水泥管頂管工程，是目前已完成的我國最長的頂管工程。2001年 8月～12月嘉興市污水處理排海工程一次頂進(jìn) 2050m超長距離鋼筋混凝土頂管，由于選擇了合理的頂管機(jī)具型式、成功地解決了減阻泥漿運(yùn)用和軸線控制等技術(shù)難題，用約5個月完成全部頂進(jìn)施工，創(chuàng)造了新的頂管施工記錄。全長3600m、管徑為1.8米的鋼管從23至25米深的地下于2002年9月成功橫穿黃河，無論從頂進(jìn)長度、埋深、地質(zhì)條件，還是鋼管直徑在國內(nèi)尚屬首次。其中最長的一段位于黃河主河床上，長達(dá)1259 米，還要穿越較厚的礫砂層與黃河主河槽，既是我國 西氣東輸項(xiàng)目的關(guān)鍵工程，也是目前世界上復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑鋼管一次性頂進(jìn)距離最長的頂管工程。2001年的上虞市污水處理工程中，玻璃纖維夾 砂管首次成功地應(yīng)用于頂管。2008年在無錫長江引水工程中中鐵十局十公司采用國產(chǎn)設(shè)備直徑2200mm鋼管雙管同步頂進(jìn)2500米。以上工程均標(biāo)志著我 國的頂管施工水平達(dá)到一個新的高度，與世界先進(jìn)水平日益靠近。 然而與國外發(fā)達(dá)國家，如日本、德國等先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備及施工技術(shù)水平相比，我國仍然有著顯著的差距。  

 

　　3．2 存在問題  

　　頂管技術(shù)在我國的存在的主要問題是，機(jī)械設(shè)備技術(shù)比較落后 ，地區(qū)差異明顯，水平參差不齊，缺乏規(guī)范化，人才不足，尚待進(jìn)一步宣傳推廣。目前而言，對頂管機(jī)械設(shè)備我國主要依賴于進(jìn)口，雖然國內(nèi)也有生產(chǎn)企業(yè)，但技術(shù)仍落后于國際先 進(jìn)水平，掘進(jìn)機(jī)型號種類不足以適應(yīng)工程需要，我國尚無適于 中強(qiáng)度巖層以上的巖盤掘進(jìn)機(jī)，適應(yīng)土質(zhì)范圍不寬，且耐用性、機(jī)械化 、自動化水平不夠。 從地域上說，頂管技術(shù)的發(fā)展與我國地域經(jīng)濟(jì)水平相適應(yīng)，我國東部的頂管技術(shù)發(fā)展水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中西部地區(qū)，僅廣東、上海、浙江、江蘇和山東五省市就占到了非開挖鋪管工作量的 75％。而西部地區(qū)僅在西氣東輸項(xiàng)目下有為數(shù)不多的頂管穿越工程，中西部地區(qū)與東部沿海地區(qū)差距非常顯著。頂管施工技術(shù)在城市之間的發(fā)展不平衡，在上 海，北京、廣州等大城市技術(shù)水平比較高，應(yīng)用比較普遍，但在中小城市應(yīng)用較少，在中西部地區(qū)的城市應(yīng)用更少。在同一城市發(fā)展也不平衡，據(jù)廣州市建委 2004 年對廣州市頂管現(xiàn)狀的有關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該市的頂管技術(shù)發(fā)展極不平衡，機(jī)械化的頂管施工不很多，手掘 式頂管仍占最大比例，對頂管施工技術(shù)的采用不積極，往往不是管線鋪設(shè)的首選，被看作是無法開挖的 無奈之舉。不同施工企業(yè)的施工水平也不平衡，有些還處在比較原始的階段，也有一些應(yīng)用失敗的工程 ， 客觀上阻礙了頂管技術(shù)的推廣發(fā)展。 影響頂管技術(shù)應(yīng)用的另一個因素是，行業(yè)規(guī)范化不夠，存在同行低水平惡性競爭的現(xiàn)象 ，專業(yè)人才缺乏 ，現(xiàn)有的從業(yè)人員大多是從事一般 的土木工程施工中轉(zhuǎn)化而來，缺少專業(yè)訓(xùn)練。今后仍需加強(qiáng) 管理，努力推廣先進(jìn)技術(shù)，提高施工水平和改善施工工藝 。  

 

　　4、 頂管技術(shù)發(fā)展方向  

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長，城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，我國的地下管線的需求量也在逐年增加。加之人們對環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)頂管技術(shù)將在我國地下管線的施工中起到越來越重要的地位和作 用。非開挖技術(shù)的發(fā)展必將向規(guī)模化、規(guī)范化 、國際化的方向發(fā)展。

 

　　在我國經(jīng)濟(jì)高速增長的支持下，頂管技術(shù)的發(fā)展將面臨前所未有的機(jī)遇，在加快引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的基本上，努力消化創(chuàng)新，加強(qiáng)研發(fā)和人才培養(yǎng)， 其前景是非常樂觀的。縱觀國內(nèi)外頂管技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展方向?qū)⑹嵌嘣投鄻踊?在頂管直徑方面，除了向大口徑管的頂進(jìn)發(fā)展以外，也向小口徑管的頂進(jìn)發(fā)展。目前頂管技術(shù)最小頂進(jìn)管的口徑只有75mm，最大的已達(dá)到5m(德國)，大口徑頂管有取代小型盾構(gòu)的趨勢。在適應(yīng)性方面，發(fā)展寬范圍、全土質(zhì)型頂管機(jī)是必然趨勢，適應(yīng)范圍將大為延伸，從N值為極小的土到N 值為五十多的礫石，直至軸壓強(qiáng)度達(dá)兩百 MPa的巖石。將微電子技術(shù)、工業(yè)傳感技術(shù)、實(shí)時控制技術(shù)和現(xiàn)代化控制理論與機(jī)械、液壓技術(shù)綜合運(yùn)用于頂管機(jī)械上是頂管技術(shù)的發(fā)展趨勢。數(shù)字化、信息化、智能型頂管機(jī)的研制將得到更多的關(guān)注，糾偏精度、自動化程度也將得到大力提高。在不久的將來，一些全自動、高精度的掘進(jìn)機(jī)會成為施工機(jī)械的主流。頂管的用途隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也將繼續(xù)擴(kuò) ，從目前的主要用于管道鋪設(shè)將發(fā)展為管道鋪設(shè)、涵頂進(jìn)、地下人行通道管棚式施工等多用途型。 現(xiàn)在的頂管截面形狀基本上都是圓形，今后的發(fā)展趨勢是圓形、矩形、圓拱形、多邊形等，以適應(yīng)箱涵頂進(jìn)等各種工程的需要，故截面形狀多元化是必然趨勢。目前的頂管施工形式主要為土壓式、泥水加壓式，以后的發(fā)展將在進(jìn)一步吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用管套式、氣泡式等等各種形式的頂管施工技術(shù)。隨著高精度長距離測量技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)運(yùn)，通風(fēng)系統(tǒng)的完善，中繼間技術(shù)、注漿減摩技術(shù)的進(jìn)步，排渣系統(tǒng)的發(fā)展、刀盤切削系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、出土輸送系統(tǒng)、供電液壓系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、測量導(dǎo)向系 統(tǒng)，等一系列技術(shù)的突破，現(xiàn)有的一次性頂進(jìn)距離將不斷刷新，各種復(fù)雜曲線頂管也將陸續(xù)出現(xiàn)。 目前我國已成立北京、上海、廣州和武漢四個非 開挖技術(shù)研究中心，我國國際非開挖技術(shù)協(xié)會單位會員已突破100個，數(shù)量居世界第4、亞洲第1。形成了行業(yè)協(xié)會、科研單位、研究中心和設(shè)備生產(chǎn)和施工企業(yè)組成的強(qiáng)大的陣營，而且每年不斷有很多人不斷加入到從事頂管等非開挖工作的行列，我國的頂管技術(shù)的必將迎來一個嶄新的階段。