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1、非开挖施工技术,中国地质大学科学钻探国家专业实验室 中国地质学会非开挖技术专业委员会 （中国非开挖技术协会）胡远彪,http:/www.cstt.org,主 要 内 容,http:/www.cstt.org,非开挖技术的定义,非开挖技术（英文为No-Dig 或Trenchless Technology）是指在地表无需挖槽或以最小开挖量的条件下进行各种地下管线的铺设、更换或修复的一种施工新技术。 它也包括一些有关的技术，例如：现场勘察、现有地下管线的探测和检测等。 非开挖技术自60年代初开始在西方发达国家兴起，现已成为一项政府支持、社会提倡、企业参与的新技术。开挖技术是管道施工技术的一次革命。,
2、http:/www.cstt.org,非开挖技术的发展历程,1900 - 1960 早期非开挖技术的应用 尤其是二战后，美国、欧洲、日本等国的重建 简单的方法，用于穿越铁路、公路、河流等短距离施工 回转钻进（水平湿钻）、水平螺旋钻进（水平干钻）、 人工顶管 1960 - 1985 现代非开挖技术的兴起和发展 生活水平的提高、交通的发展、传统施工方法成本的提高 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、奠定了现代非开挖技术的基础,http:/www.cstt.org,非开挖技术的发展历程,1985 - 现在 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
3、的增加，成本降低、政府支持 首选的方法（比例在10%左右） 形成新的产业：设备制造商（约100家）、材料供应商（约400家）、工程承包商（6000-8000多家）、咨询公司、科研院所,http:/www.cstt.org,非开挖技术的应用领域,地下管线施工 各类管线（自来水、污水、雨水、石油、 天然气等管道， 以及通讯、动力和信号等电缆线）的铺设、更换、 修复 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 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 其 它 基础工程（钢管桩、微桩、土钉）、边坡、路基、大坝等 工程（排渗孔、降水孔和注浆孔等）、以及降排水、地热 井施工、瓦斯
4、的排放和煤层气开发等,http:/www.cstt.org,非开挖技术的优越性,在管线施工时无需对路面和地表“开膛破肚”，解决了长期以来困扰城市地下管线建设工程的难题：阻断交通、破坏环境、影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序。 施工速度快、综合成本低，具有较好的经济效益和社会效益。在相同的条件下，非开挖施工法（铺设、更换和修复）的综合施工成本均低于开挖施工的成本，且当管径和埋深越大时越明显。,http:/www.cstt.org,国际非开挖技术协会 International Society for Trenchless Technology（ISTT）,1986年在英国成立 会 长
5、：Dr Satoru Tohyama（日本） 副会长：Prof. Dietrich Stein（德国)、Menno Henneveld（澳大利亚) 名誉主席: E.W. Flaxman (英国) 主 席: Gert Fischer (丹麦)；副主席：Ray Sterling（美国）组织机构 理事会 Board of Directors 执行委员会 Executive Sub-Committee 秘书处 Secretariat主要活动 Activities 组织非开挖会议及展览会 No-Dig Conferences & Exhibitions 出版非开挖杂志 Publications 设立非开
6、挖奖 No-Dig Award 会员Members 国家或地区性协会 28 个（覆盖35个国家和地区） 个人会员 4000多人（54个国家和地区） 公司会员 1200多家,http:/www.cstt.org,中国非开挖技术协会 China Society for Trenchless Technology （CSTT）,1998年成立 主要活动 Activities 组织非开挖会议及展览会 出版非开挖杂志 组织非开挖技术培训 会员Members 个人会员 87 人 公司会员 120 家,http:/www.cstt.org,http:/www.cstt.org,http:/www.cstt.
7、org,非开挖施工技术,新管铺设 大口径（直径大于1米，可以进人）隧道法 Tunnelling 人工开挖 钻爆法或新奥法NATM TBM法（岩层） 盾构法（土层） 顶管法 Pipe Jacking 气压平衡式 机械平衡式 土压平衡式（粘性土） 泥水平衡式（砂土层） 混合式,http:/www.cstt.org,非开挖施工技术,新管铺设 小口径（直径小于1米，可以进人） 小口径顶管法（微型隧道法） Microtunnelling 水平钻进法（水平湿钻）Horizontal Drilling 水平螺旋钻进法（水平干钻） Auger Boring 定向钻进 Directional Drilling
8、导向钻进法 Guide Boring 气动矛法 Impact Moling 夯管法 Pipe Ramming 顶杆法 Rod Pushing,http:/www.cstt.org,非开挖施工技术,旧管更换爆管法 Pipe Bursting 裂管法 Pipe Splitting 吃管法 Pipe Eating 旧管修复 传统的内衬法 Conventional Sliplining 改进的内衬法 Modified Sliplining 软衬法 Soft Lining or CIPP 缠绕法 Spiral Lining 喷涂法 Spray Lining 局部修复法 Local Repair 其它方法
9、 Others,相关技术 现场勘察 Site Investigation 管线探测 Pipe Detection 管线检测 Survey,http:/www.cstt.org,水平定向(导向)钻进法,http:/www.cstt.org,水平定向(导向)钻进法,http:/www.cstt.org,导向钻进法：导向孔钻进,http:/www.cstt.org,导向钻进法：扩孔和回拉管,http:/www.cstt.org,导向钻进法四要素,地层勘查 钻孔和扩孔头的选择 钻井液的选择 钻进也液排量,http:/www.cstt.org,导向钻进法,http:/www.cstt.org,导向钻进法
10、,http:/www.cstt.org,定向(导向)钻进法优缺点,优 点 对地表干扰少 施工速度快 可导向，施工精度较高（3 - 5） 缺 点 施工前要探明地下管线分布，以防触电和损坏相邻管线。 适用条件 管径为50 2000 mm； 管线长度一般可达50 - 1500 m； 管材为塑料管、钢管； 一般适用于各类地层，主要为松软的土层。,http:/www.cstt.org,导向钻进法导航仪器,http:/www.cstt.org,地面穿透雷达图象系统GPiR,斯伦贝谢集团的一个部门,http:/www.cstt.org,斯伦贝谢的3D地震技术,80年代，海洋地震中引入3D图象技术是海洋勘探技
11、术的一次革命,http:/www.cstt.org,斯伦贝谢的3D地震技术,使得“看”地下成为可能,有可能是碳氢化合物层,埋藏在沉积物下的古密西西比河床 （海洋地震3D图片）,http:/www.cstt.org,从3D地震图片到地下勘探,斯伦贝谢的研究人员在3D地震图片软件的基础上开发了“X线断层摄影术”技术。 这些用于石油勘探的软件被应用于地面穿透雷达图片GPiR工程中。 GPiR 技术集中了三项专有技术： 雷达获取数据 远红外信息定位,http:/www.cstt.org,地面穿透雷达2D,雷达在地表移动，放出磁波。这种波对其垂线下出现的物体很敏感。,http:/www.cstt.org
12、,3D GPiR,GPiR使用一组并联的雷达记录，与能够生成地下物体三维图象的图象仪联接。,http:/www.cstt.org,3D图片的优点,GPiR 技术可以探测出埋在地下的管子和结构，无论其为何种材质。,垂直剖面图,地下66cm深处水平剖面图,83cm深处水平剖面图,http:/www.cstt.org,3D 数据中提取的图象,埋在地下的有轨电车铁轨,管道,井盖,http:/www.cstt.org,3D图片可以排除说明的不确定性,3D 图片可以显示出形状特征（如长的、延续的、具有管线特征的）。 探测和识别地下的一切物体，比传统的2D技术更加有效。 同一物体的3种显示图例：,雷达获得的
13、2D资料,3D 数据体,经过处理的3D数据,http:/www.cstt.org,几何控制的信息定位,由远红外参照，可以在几公里外精确到几厘米。,http:/www.cstt.org,使3D图象块忠实复原,http:/www.cstt.org,计算机辅助雷达断层摄影系统（CART）,数据的获取速度为500M/时 至 2KM/时。 覆盖面2M宽。 解析510cm. 在多数地面，分析深度达23M。 当日可出3D图片。,http:/www.cstt.org,GPiR的使用,http:/www.cstt.org,GPiR数据的获取,1名操作员负责疏导路上交通，清除位于测程区地面上的一切物体 1至2名现
14、场工程师： 以CART系统获取数据 获取几何定位数据 连续控制数据的质量 对原始数据进行预处理然后传送到分析中心,http:/www.cstt.org,在获取数据的同时控制数据的质量立即获取原始数据 （每测量100M便可以观看或打印）,其它网络 CART行程中的水管,http:/www.cstt.org,应用范围,管线 的连贯，II。插入新管网的空地，III。绘制埋藏管网的3D CAD/SIG 地图。,http:/www.cstt.org,结果举例,这样的2D雷达图用来确定雷达信号穿透地面的深度和测绘质量,电话线,http:/www.cstt.org,小口径顶管法（将微型隧道施工法）,施工精度
15、最高的非开挖技术，主要用于重力管道的铺设 根据施工方式和出渣系统的不同可分为三种: 先导式小口径顶管法：先顶进先导管形成先导孔，随后扩大先导孔，同时顶进保护套管或永久管道。 螺旋式小口径顶管法：切削钻头钻进成孔，并由螺旋钻杆排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道。 泥浆式小口径顶管法：切削钻头钻进成孔，利用循环浆液排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道。钻进时，用水压、浆压或机械压力来平衡工作面的压力，维持工作面的稳定。,http:/www.cstt.org,先导式小口径顶管法,http:/www.cstt.org,先导式小口径顶管法,http:/www.cstt.org,螺旋式小口径顶管法,http:/www.cstt.org,泥浆式小口径顶管法,http:/www.cstt.org,泥浆式小口径顶管法,http:/www.cstt.org,泥浆式小口径顶管法,http:/www.cstt.org,小口径顶管法优缺点,优 点 对地表的干扰（交通、噪声，振动）小 埋深大时施工成本比传统的方法低 管线的方向和坡度可精确控制（偏差在25 mm以内） 缺 点 需对地层条件进行详细勘查，大卵砾石等障碍物会影响施工 设备投资大 对操作人员的技术和经验要求高 需开挖两个工作坑,
