非开挖施工技术简介课件

非开挖施工技非开挖施工技术简介介课程：机械工程学科前沿程：机械工程学科前沿学号：学号：120120805120120805姓名：余姓名：余 楠楠1 非开挖技非开挖技术是指以最少的开挖量或不开挖的条件下是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更、更换或修复或修复各种地下管各种地下管线的一种施工新技的一种施工新技术,已被已被联合国合国环境保境保护署署认定定为环境友境友好的施工新技好的施工新技术。它可广泛用于穿越高速公路、。它可广泛用于穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、路、建筑物、河流、湖泊湖泊,以及在市区、古迹保以及在市区、古迹保护区、区、农作物或植被保作物或植被保护区等区等进行行污水、自水、自来水、煤气、来水、煤气、电力、力、电讯、石油、天然气等地下管、石油、天然气等地下管线的施工。此外的施工。此外,非非开挖技开挖技术还可用于降水工程、隧道工程、基可用于降水工程、隧道工程、基础工程以及工程以及环境治理工程等境治理工程等领域。域。非开挖技非开挖技术的概述的概述2A 尽管非开挖施工技尽管非开挖施工技术在国外已有百余年在国外已有百余年历史史,但是大但是大规模模应用始于用始于2020世世纪8080年代年代,先从几个先从几个发达国家开始达国家开始,继而推向世界各国。在欧洲而推向世界各国。在欧洲,由由于城市建于城市建设历史悠久史悠久,城市地下管网腐城市地下管网腐蚀和破和破损严重重,因此非开挖管道因此非开挖管道更更换和修复技和修复技术使用得最早、也最广。在日本使用得最早、也最广。在日本,为了了满足足污水管道施工水管道施工的需要的需要,首先开首先开发了小口径了小口径顶管施工管施工(微型隧道微型隧道)技技术。在美国。在美国,在油气在油气管道和通管道和通讯电缆施工的施工的驱动下下,水平定向水平定向(导向向)钻进技技术得以快速得以快速发展。展。据不完全据不完全统计,目前在目前在发达国家中达国家中,非开挖非开挖设备制造商和材料供制造商和材料供应商达商达400400多家多家,工程承包商达工程承包商达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。非开挖技非开挖技术的概述的概述3A非开挖技非开挖技术的的发展展历程程v 非开挖技非开挖技术术自自6060年代初开始在西方年代初开始在西方发发达国家达国家兴兴起，起，现现已已 成成为为一一项项政府支持、社会提倡、企政府支持、社会提倡、企业业参与的新技参与的新技术术。开挖技。开挖技术术是管道施工技是管道施工技术术的一次革命。的一次革命。v 1900-1960 1900-1960早期非开挖技早期非开挖技术的的应用用1 1.尤其是二尤其是二战后，美国、欧洲、日本等国的重建；后，美国、欧洲、日本等国的重建；2.2.简单的方法的方法，用于穿越，用于穿越铁路、公路、河流等短距离施工；路、公路、河流等短距离施工；3.3.回回转钻进（水平湿（水平湿钻）、水平螺旋）、水平螺旋钻进（水平干（水平干钻）、）、人工人工顶管。管。4A非开挖技术的发展历程v 1960-1985 1960-1985现代非开挖技代非开挖技术的的兴起和起和发展展1.1.生活水平的提高、交通的生活水平的提高、交通的发展、展、传统施工方法成本的提高；施工方法成本的提高；2.2.替代的方法替代的方法,开开发发了各种非开挖了各种非开挖铺设铺设、更、更换换和修复的方法和和修复的方法和设备设备、奠定了奠定了现现代非开挖技代非开挖技术术的基的基础础；v1985-1985-现在在现现代非开挖技代非开挖技术术的大的大规规模模应应用用 非开挖方法和非开挖方法和设备设备的完善，交通、的完善，交通、环环保、法律意保、法律意识识的增加，成本的增加，成本降低、政府支持降低、政府支持 首首选选的方法（比例在的方法（比例在10%10%左右）左右）形成新的形成新的产业产业：设备设备制造商（制造商（约约100100家）、材料供家）、材料供应应商（商（约约400400家）家）、工程承包商（、工程承包商（6000-80006000-8000多家）、咨多家）、咨询询公司、科研院所公司、科研院所5A1.1.地下管地下管线施工：各施工：各类管管线（自来水、（自来水、污水、雨水、石油、水、雨水、石油、天然气等天然气等管道，管道，以及通以及通讯、动力和信号等力和信号等电缆线）的）的铺设、更、更换、修复；修复；2.2.管棚支管棚支护：地下人行：地下人行过道、地道、地铁、地下、地下车库等工程的等工程的结构性支构性支护；3.3.环境治理：在受境治理：在受污染的地下水和地染的地下水和地层中中设置水平置水平环境治理井；境治理井；4.4.其它：基其它：基础工程（工程（钢管管桩、微、微桩、土、土钉）、）、边坡、路基、大坡、路基、大坝等等 工工程（排渗孔、降水孔和注程（排渗孔、降水孔和注浆孔等）、以及降排水、地孔等）、以及降排水、地热 井施工、瓦井施工、瓦斯的排放和煤斯的排放和煤层气开气开发等。等。非开挖技术的应用领域6A非开挖地下管非开挖地下管线施工方法大致可以分施工方法大致可以分为四大四大类：1.1.新管新管铺设：铺设新的地下管新的地下管线；2.2.旧管更旧管更换：在原位更：在原位更换旧管旧管线,提高管道提高管道输送能力；送能力；3.旧管修复：修复旧管修复：修复现有管有管线的局部缺陷或改善其的局部缺陷或改善其输送性能；送性能；4.相关技相关技术：主要是探：主要是探测地下原有管网。地下原有管网。非开挖技术的构成分类7A非开挖施工技术新管新管铺设铺设 大口径（直径大于大口径（直径大于1米，可以米，可以进进人）人）隧道法隧道法 Tunnelling Tunnelling 人工开挖人工开挖 钻钻爆法或新奥法爆法或新奥法NATMNATM TBM TBM法（岩法（岩层层）盾构法（土盾构法（土层层）顶顶管法管法 Pipe Jacking Pipe Jacking 气气压压平衡式平衡式 机械平衡式机械平衡式 土土压压平衡式（粘性土）平衡式（粘性土）泥水平衡式（砂土泥水平衡式（砂土层层）混合式混合式8A5.非开挖施工技术新管新管铺设铺设 小口径（直径小于小口径（直径小于1 1米，可以米，可以进人）人）小口径小口径顶管法（微型隧道法）管法（微型隧道法）MicrotunnellingMicrotunnelling水平水平钻进钻进法（水平湿法（水平湿钻钻）Horizontal DrillingHorizontal Drilling水平螺旋水平螺旋钻进钻进法（水平干法（水平干钻钻）Auger Boring Auger Boring定向定向钻进钻进 Directional Drilling Directional Drilling导导向向钻进钻进法法 Guide Boring Guide Boring气气动动矛法矛法 Impact Moling Impact Moling夯管法夯管法 Pipe Ramming Pipe Ramming顶顶杆法杆法 Rod Pushing Rod Pushing9A5.非开挖施工技术旧管更旧管更换换 爆管法爆管法 Pipe Bursting Pipe Bursting裂管法裂管法 Pipe SplittingPipe Splitting吃管法吃管法 Pipe Eating Pipe Eating相关技相关技术现场勘察勘察 Site InvestigationSite Investigation管管线线探探测测 Pipe Detection Pipe Detection管管线检测线检测 Survey Survey 旧管修复旧管修复传统的内的内衬法法 Conventional SlipliningConventional Sliplining改改进进的内的内衬衬法法 Modified SlipliningModified Sliplining软衬软衬法法 Soft Lining or CIPP Soft Lining or CIPP缠绕缠绕法法 Spiral Lining Spiral Lining喷喷涂法涂法 Spray Lining Spray Lining局部修复法局部修复法 Local Repair Local Repair其它方法其它方法 Others Others10A非开挖技术Auger BoringAuger Boring螺旋螺旋螺旋螺旋钻进钻进法法法法Pipe Bursting Pipe Bursting 爆爆爆爆(裂裂裂裂)管法管法管法管法MicrotunnelingMicrotunneling 微型隧道法微型隧道法微型隧道法微型隧道法Pipe Jacking Pipe Jacking 顶顶管法管法管法管法H.D.D.H.D.D.水平定向水平定向水平定向水平定向钻进钻进法法法法11A定（导）向钻进铺管法 定向定向钻进钻进的基本原理：按的基本原理：按预预先先设设定的地下定的地下铺铺管管轨轨迹迹钻钻一个小一个小口径先口径先导导孔，随后在先孔，随后在先导导孔出口端的孔出口端的钻钻杆杆头头部安装部安装扩扩孔器回拉孔器回拉扩扩孔，当孔，当扩扩孔至尺寸要求后，在孔至尺寸要求后，在扩扩孔器的后端孔器的后端连连接旋接旋转转接接头头、拉管、拉管头头和管和管线线，回拉，回拉铺设铺设地下管地下管线线。水平定向水平定向钻进铺钻进铺管的施工管的施工顺顺序序为为：地：地质质勘探、勘探、规规划和划和设计钻设计钻孔孔轨轨迹、配制迹、配制钻钻液、液、钻钻先先导导孔、回拉孔、回拉扩扩孔、回拉孔、回拉铺铺管、管端管、管端处处理。理。12A定（导）向钻进铺管法13A定（导）向钻进铺管法施工施工长度：度：50-1500m(50-1500m(一般一般)管径：管径：300-800mm,300-800mm,大于大于1 1m m的最好用的最好用顶顶管的方法管的方法适用管材：适用管材：PEPE管、管、钢管管应用：广泛用：广泛应用于供水、煤气、用于供水、煤气、电力、力、电讯、天然气、石油等管天然气、石油等管线铺设施工工程中。施工工程中。14A15A16A扩孔器和导向仪17A顶管铺管法顶 管管 施施 工工 原原 理理 图 顶管施工法是先在工作井内管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤置支座和安装主千斤顶，所需，所需铺设的管道的管道紧跟在工具跟在工具管后，在主千斤管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土推力的作用下工具管向土层内掘内掘进，掘出的泥土由土，掘出的泥土由土泵或螺旋或螺旋输送机送机排出或以泥排出或以泥浆的形式通的形式通过泥泥浆泵经管道排出，推管道排出，推进一一节管道后，主千斤管道后，主千斤顶缩回，吊装上回，吊装上另一另一节管道，管道，继续顶进。如此往复，直至管道。如此往复，直至管道铺设完完毕。管道。管道铺设完后，工具管从接收完后，工具管从接收井吊至地面。井吊至地面。18A 顶顶管施工是管施工是继继盾构施盾构施工之后而工之后而发发展起来的一种展起来的一种地下管道施工方法，它不地下管道施工方法，它不需要开挖面需要开挖面层层，并且能，并且能够够穿越公路、穿越公路、铁铁道、河川、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以及各种地下管线线等。等。顶顶管施工借助于主管施工借助于主顶顶油缸及油缸及管道管道间间中中继间继间等的推力，等的推力，把工具管或掘把工具管或掘进进机从工作机从工作井内穿井内穿过过土土层层一直推到接一直推到接收井内吊起。与此同收井内吊起。与此同时时，也就把也就把紧紧随工具管或掘随工具管或掘进进机后的管道埋机后的管道埋设设在两井之在两井之间间，以期，以期实现实现非开挖敷非开挖敷设设地下管道的施工方法地下管道的施工方法。19A顶管施工的分管施工的分类按所按所顶进顶进的管子口径大小分：大口径、中口径、小口径和微型的管子口径大小分：大口径、中口径、小口径和微型顶顶管四种。管四种。大口径多指大口径多指2m2m以上的以上的顶顶管，人可以在其中直立行走。中口径管，人可以在其中直立行走。中口径顶顶管的管管的管径多径多为为1.21.21.8m1.8m，人在其中需弯腰行走，大多数，人在其中需弯腰行走，大多数顶顶管管为为中口径中口径顶顶管。小管。小口径口径顶顶管直径管直径为为5005001000mm1000mm，人只能在其中爬行，有，人只能在其中爬行，有时时甚至爬行都比甚至爬行都比较较困困难难。微型。微型顶顶管的直径通常在管的直径通常在400mm400mm以下，最小的只有以下，最小的只有75mm75mm。按一次按一次顶进顶进的的长长度（指度（指顶进顶进工作坑和接收工作坑之工作坑和接收工作坑之间间的距离）分：普通的距离）分：普通距离距离顶顶管和管和长长距离距离顶顶管。管。顶进顶进距离距离长长短的划分目前尚无明确短的划分目前尚无明确规规定，定，过过去去多指多指100m100m左右的左右的顶顶管。目前，千米以上的管。目前，千米以上的顶顶管已屡管已屡见见不不鲜鲜，可把，可把500m500m以以上的上的顶顶管称管称为长为长距离距离顶顶管。管。按按顶顶管机的管机的类类型分：手掘式人工型分：手掘式人工顶顶管、管、挤压顶挤压顶管、水射流管、水射流顶顶管和机械管和机械顶顶管（泥水式、泥管（泥水式、泥浆浆式、土式、土压压式、岩石式式、岩石式 ）。手掘式）。手掘式顶顶管的推管的推进进管前只是管前只是一个一个钢钢制的制的带带刃口的管子（称刃口的管子（称为为工具管），人在工具管内挖土。掘工具管），人在工具管内挖土。掘进进机机顶顶管的破土方式与盾构管的破土方式与盾构类类似，也有机械式和半机械式之分。似，也有机械式和半机械式之分。按管材分：按管材分：钢钢筋混凝土筋混凝土顶顶管、管、钢钢管管顶顶管、以及其他管材的管、以及其他管材的顶顶管。管。按按顶进顶进管子管子轨轨迹的曲直分：直迹的曲直分：直线顶线顶管和曲管和曲线顶线顶管。管。20A项管技管技术的的发展方向展方向1.长大距离大距离顶管：普通管：普通顶管一般距离管一般距离100m，无中，无中继环，（，（现在某些在某些专家家认为可能提高到可能提高到300m），），长距离距离顶管管100m，长大距离大距离1000m。2.大管径大管径顶管：管：过去一般去一般认为顶管最大直径管最大直径为3m。现在日本、德国等国在日本、德国等国顶管管径可达管管径可达45m。3.微型管微型管顶管：管：过去去顶管管径一般管管径一般300mm，目前最小可达，目前最小可达75mm。顶管按管径分管按管径分类：大口径：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：500mm4.曲曲线顶管：管：S形曲形曲线、水平与垂直兼有曲、水平与垂直兼有曲线、小曲率半径曲、小曲率半径曲线。5.自自动控制：自控制：自动测量、自量、自动记录、自、自动纠偏。偏。21A顶管法施工特点：管法施工特点：1.1.适用于适用于软软土或富水土或富水软软土土层层；2.2.无需明挖土方，无需明挖土方，对对地面影响小；地面影响小；3.3.设备设备少、工序少、工序简单简单、工期短、造价低、速度快；、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、超大直径、超长顶进长顶进、纠纠偏困偏困难难。可穿越公路、可穿越公路、铁铁路、河流、地面建筑物路、河流、地面建筑物进进行地下管道施工行地下管道施工。22A顶管法与盾构法的异同点管法与盾构法的异同点1.1.盾构法的盾构法的衬砌砌为管片管片，且每且每环管片要在盾构机的盾尾管片要在盾构机的盾尾进行拼装，拼装行拼装，拼装好后一般不会再移好后一般不会再移动；顶管法的管法的衬砌砌为管管节，且每且每环管管节是一次是一次预制制成功的，由成功的，由顶进装置依次装置依次顶进，直至第一，直至第一节管管节到达接收井位置。到达接收井位置。2.2.盾构法施工的盾构千斤盾构法施工的盾构千斤顶布置在盾构机的布置在盾构机的支撑支撑环外沿外沿，而，而顶管法施工管法施工的主的主顶进装置布置在装置布置在工作井内工作井内，如果，如果顶力不足要加力不足要加设中中继间。3.3.盾构千斤盾构千斤顶活塞的前端必活塞的前端必须安装安装顶块，顶块必必须采用球面接采用球面接头，在，在顶块与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的与管片的接触面上安装橡胶或柔性材料的垫板。板。顶管法的主管法的主顶千斤千斤顶的行程的行程长短不能一次将管短不能一次将管节顶到位到位时，必，必须在千斤在千斤顶缩回后在中回后在中间加加垫块或几或几块顶铁。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拼装机，而而顶管机内没有管机内没有。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地下管线的的铺设。23A24A 爆爆(裂裂)管法管法 固定式裂管固定式裂管头气气动式裂管式裂管头液液压式裂管式裂管头施工施工长度：度：100900m100900m管径：管径：701060mm701060mm应用：用：压力管道的更力管道的更换 下水道道的更下水道道的更换25A爆管法的爆管法的过程程 （固定裂管工（固定裂管工艺）26A爆管法的爆管法的过程程 （固定裂管工（固定裂管工艺)续27A爆管法的爆管法的过程程 （气（气动工法）工法）28A微型隧道法施工施工长度：度：25225m25225m管径：管径：2503050mm2503050mm应用：下水管道的安装用：下水管道的安装29A微型隧道法施工微型隧道法施工过程程30A水平螺旋水平螺旋钻进 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,在大卵在大卵砾石石层或极或极软的土的土层中施工中施工极极为困困难。31A与与传统传统的开挖施工相比的开挖施工相比,非开挖施工的主要非开挖施工的主要优势优势是是:1.1.对地面干地面干扰小。施工小。施工时不影响交通不影响交通,不破不破坏坏环环境境(绿绿地、植被、地、植被、树树木木),),不干不干扰扰工厂工厂、商店、医院、学校和居民的正常生活与工作秩序。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。由于施工速度快。由于辅助工程助工程(如支如支护、回填、回填等等)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。在相同情况下合成本低。在相同情况下,非开挖施工非开挖施工的的综综合成本均低于开挖法施合成本均低于开挖法施工工,而且管径和埋深越大而且管径和埋深越大时时越明越明显显;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.施工施工时地面无需开槽地面无需开槽,对设备和人和人员的安全性好。的安全性好。非开挖技术的主要优势32A非开挖技术的发展前景 我国非开挖管我国非开挖管线铺设线铺设技技术术的出的出现现,是是传统传统管管线线施工技施工技术术的一的一次革命次革命,是城市地下管网建是城市地下管网建设设的新的新宠宠。由于人。由于人们对们对生生态环态环境的境的保保护护意意识识空前提高空前提高,而且非开挖技而且非开挖技术术又已被又已被证证明在治理明在治理过过去的去的污污染和保染和保护护将来的将来的环环境中极具价境中极具价值值,已加入已加入WTO WTO 的中国的中国,随着随着经济经济建建设设同国同国际际交流的更加广泛交流的更加广泛,在世界先在世界先进进水平的引水平的引领领下下,中中国的非开挖技国的非开挖技术术将日益成熟将日益成熟,迅猛迅猛发发展展,中国非开挖技中国非开挖技术术的前景的前景将广将广阔阔无限无限。33A谢 谢 观 看！看！34A