项目三：市政管道不开槽施工 任务3. 非开挖铺设新技术简介

任务3.非开挖铺管新技术简介 气动矛法是利用气动冲击矛(靠压缩空气驱动的冲击矛)进行管道的非开挖铺设，施工时先在欲铺设管线地段的两端开挖发射工作坑和目标工作坑，其大小根据矛体的尺寸、管道铺设的深度、管道类型等确定。 市政管道工程施工 项目三

在发射工作坑中放入气动冲击矛，并置于发射架上，用瞄准仪调整好矛体的方向和深度。 任务3.非开挖铺管新技术简介 在发射工作坑中放入气动冲击矛，并置于发射架上，用瞄准仪调整好矛体的方向和深度。 在压缩空气的作用下启动冲击矛内的活塞做往复运动，不断冲击矛头，矛头挤压周围的土层形成钻孔，并带动矛体沿着预定的方向进入土层。 当矛体的专进入土层后，再用瞄准仪校正矛体的方向，如有偏差应及时纠正。 市政管道工程施工 项目三

这样，随着气动矛的不断前进，就可将直径比矛体小的管道拉入孔内达到目标工作坑，完成管道的铺设工作，如图3—60所示。 任务3.非开挖铺管新技术简介 这样，随着气动矛的不断前进，就可将直径比矛体小的管道拉入孔内达到目标工作坑，完成管道的铺设工作，如图3—60所示。 根据地层土质条件，也可先成孔，随着气动矛的后退将管道拉入，或边扩孔边将管道拉入。 市政管道工程施工 项目三

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施工时，将欲铺设的管道通过锥形管接头或用钢丝绳及夹具与冲击矛相连接，如图3—6l所示，在气动矛成孔的同时便将管道直接拉入。 任务3.非开挖铺管新技术简介 管道铺设的方法一般有以下几种： 1．直接拉入法 这是成孔与铺管同时进行的方法。 施工时，将欲铺设的管道通过锥形管接头或用钢丝绳及夹具与冲击矛相连接，如图3—6l所示，在气动矛成孔的同时便将管道直接拉入。 市政管道工程施工 项目三

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任务3.非开挖铺管新技术简介 2．反向拉入法 这是先成孔，然后反向拉入管道的方法。 施工时在目标工作坑中放置管道，当冲击矛成孔达到目标工作坑后，将欲铺设的管道与冲击矛相连接，然后将压缩空气软管旋转1/4圈，使冲击矛反向冲击而后退，同时将管道拉入孔内。 市政管道工程施工 项目三

该法尤其适用于不同管径的管道铺设，同时先导钢丝绳还可起到一定程度的调节方向的作用，避免出现大的施工误差。 任务3.非开挖铺管新技术简介 3．先扩孔后拉入法 在管径较大、土层较稳定时，可先用冲击矛形成先导孔，然后在冲击矛上外加一个扩孔套(一般扩孔套的外径与冲击矛的外径之比应小于1.6)，边扩孔边将欲铺设的管道拉入孔内，如图3-62所示。 该法尤其适用于不同管径的管道铺设，同时先导钢丝绳还可起到一定程度的调节方向的作用，避免出现大的施工误差。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 气动矛施工中常用的施工机具主要有： 冲击矛 空气压缩机 注油器 高压胶管 发射架 瞄准仪 拉管接头等 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 冲击矛是主要的钻具，由钢质外壳、冲击活塞、控制活塞和矛头组成。 矛头与矛体一般有整体结构和分体结构两种，如图3—63所示。 市政管道工程施工 项目三

整体式冲击矛结构简单，维修方便，冲击能量大，施工速度快；但易产生施工偏差。 任务3.非开挖铺管新技术简介 整体式冲击矛结构简单，维修方便，冲击能量大，施工速度快；但易产生施工偏差。 分体式冲击矛先成孔，然后再向前推进，因而不易产生施工偏差，遇有坚硬砾石层时，冲击活塞可反复冲击矛头，直到砾石层被破碎时矛体才跟着推进，在坚硬土层中施工效果较好。 市政管道工程施工 项目三

近年来，为了克服冲击矛施工的盲目性，提高施工精度，先后研制开发了可测式冲击矛和可控式冲击矛，并对矛头进行了一定的改进。 任务3.非开挖铺管新技术简介 近年来，为了克服冲击矛施工的盲目性，提高施工精度，先后研制开发了可测式冲击矛和可控式冲击矛，并对矛头进行了一定的改进。 可测式冲击矛是在矛头内附加一个信号发射装置，施工时在地表用手持式探测器接收该信号发射装置发射出来的信号，并显示其深度和平面投影位置。当发现冲击矛严重偏离设计方向，或接近现有的地下管道时，可退回冲击矛重新开孔。 市政管道工程施工 项目三

可控式冲击矛是在可测式冲击矛的基础上，利用带斜面的矛头来控制冲击矛的推进方向，如图3—64所示，因而施工精度高。 任务3.非开挖铺管新技术简介 可控式冲击矛是在可测式冲击矛的基础上，利用带斜面的矛头来控制冲击矛的推进方向，如图3—64所示，因而施工精度高。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 矛头的形状对施工精度和施工速度具有决定性的影响 常用的矛头形状及其特点见表3一13。 市政管道工程施工 项目三

空气压缩机用来提供压缩空气，压力一般为0.6～0.7MPa，排气量一般小于6m3／min。 任务3.非开挖铺管新技术简介 空气压缩机用来提供压缩空气，压力一般为0.6～0.7MPa，排气量一般小于6m3／min。 注油器向压缩空气中注入润滑油，以润滑气动矛和冷却矛体。 常用自吸式注油器，注油量为0.005～0.01L／min。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 气动矛法一般适用于在无地下水的均质土层中铺设管径为30～250mm的各种地下管线，如PV管、PE管、钢管和电缆等，管线长度一般为20～60m。 由于该法以冲击挤压的方式成孔，容易造成地表隆起现象。为避免出现地表隆起现象，一般要求地下管线的埋设深度应大于冲击矛直径的10倍，如果管线并排平行敷设，相邻管线的距离也应大于冲击矛直径的10倍，以免破坏邻近管线。 市政管道工程施工 项目三

夯管施工法是指用夯管锤(低频、大冲击功的气动冲击器)将欲铺设的钢管沿设计路线直接夯入地层，实现非开挖穿越铺管。 任务3.非开挖铺管新技术简介 二、夯管法 夯管施工法是指用夯管锤(低频、大冲击功的气动冲击器)将欲铺设的钢管沿设计路线直接夯入地层，实现非开挖穿越铺管。 市政管道工程施工 项目三

随着钢管的夯入，被切削的土芯进入钢管内，待钢管达到目标工作坑后，将钢管内的土用压缩空气或高压水排出，而钢管则留在孔内，如图3—65所示。 任务3.非开挖铺管新技术简介 施工时，夯管锤产生的较大的冲击力直接作用于钢管的后端，通过钢管传递到钢管最前端的管鞋上切削土体，并克服土层与管体之间的摩擦力使钢管不断进入土层。 随着钢管的夯入，被切削的土芯进入钢管内，待钢管达到目标工作坑后，将钢管内的土用压缩空气或高压水排出，而钢管则留在孔内，如图3—65所示。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 市政管道工程施工 项目三

施工过程中，首先要将夯管锤固定在工作坑内，并精确定位，然后用锥形接头和张紧带将夯管锤连接在钢管的后面，如图3—66所示。 任务3.非开挖铺管新技术简介 施工过程中，首先要将夯管锤固定在工作坑内，并精确定位，然后用锥形接头和张紧带将夯管锤连接在钢管的后面，如图3—66所示。 夯管锤和钢管的中心线必须在同一直线上，钢管的焊接要平整、光滑，以保证施工质量。 市政管道工程施工 项目三

夯管施工法的主要机具有空气压缩机、夯管锤、带爪卡盘、锥形接头、张紧带、管鞋等。 任务3.非开挖铺管新技术简介 夯管施工法的主要机具有空气压缩机、夯管锤、带爪卡盘、锥形接头、张紧带、管鞋等。 夯管法适用于在不含大卵砾石的各种地层(包括含水地层)中，敷设管径在50～2000mm的钢管，管线长度一般为20～80m。其优点是对地表的干扰小，设备简单，施工成本低。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 三、水平螺旋钻进法 水平螺旋钻进法又称水平干钻法，施工时先开挖工作坑，将螺旋水平钻机安放在工作坑内，由钻机的钻头切土，欲铺设的钢管套在螺旋钻杆之外，由钻机的顶进油缸向前顶进，钢管间焊接连接，如图3—67所示。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 在稳定的地层中，当欲铺设的管道较短时，可采用无套管的方式施工，即先成孔后再将欲铺设的管道拉入或顶入孔内。施工中采用的螺旋钻机如图3—68所示。 市政管道工程施工 项目三

当回转钻进的效率低，而且无法进行开挖作业时，可使用冲击钻进法来进行地下管线的敷设。 任务3.非开挖铺管新技术简介 四、冲击钻进法 当回转钻进的效率低，而且无法进行开挖作业时，可使用冲击钻进法来进行地下管线的敷设。 冲击钻进与水平螺旋钻进的施工工艺基本相同，所不同的是要将回转钻进的机具改为冲击钻进机具。 冲击钻进所需的机具主要有钻头组件、续管组件、进给 和回转装置、控制装置、液压动力机组和空气压缩机等，如图3-69所示。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 市政管道工程施工 项目三

钻头组件由中心钻头、环形扩孔器、气动冲击锤、外套管、回转钻杆组成，如图3—70所示。 任务3.非开挖铺管新技术简介 钻头组件由中心钻头、环形扩孔器、气动冲击锤、外套管、回转钻杆组成，如图3—70所示。 市政管道工程施工 项目三

续管组件包括中空的回转钻杆和外套管两部分，根据气动锤的冲洗方式的不同，中空钻杆可以是螺旋钻杆或双壁钻管。 任务3.非开挖铺管新技术简介 续管组件包括中空的回转钻杆和外套管两部分，根据气动锤的冲洗方式的不同，中空钻杆可以是螺旋钻杆或双壁钻管。 液压进给装置用来保证钻头无故障地钻进，回转装置可以控制和调节进给量，保证进给力始终为最佳值。为了适应套管直径的变化，回转装置的高度还可以进行调节。 市政管道工程施工 项目三

主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍物，铺设大口径、长距离的石油和天然气管道。 任务3.非开挖铺管新技术简介 五、水平定向钻进和导向钻进施工法 水平定向钻进技术又称HDD技术(Horizontal Directional Drilling)，是近年来发展起来的一项高新技术，是石油钻探技术的延伸。 主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍物，铺设大口径、长距离的石油和天然气管道。 市政管道工程施工 项目三

施工时，将钻机牢固地锚固在地面上，把探头装入探头盒内，导向钻头连接到钻杆上，转动钻杆测试探头发射是否正常； 任务3.非开挖铺管新技术简介 施工时，将钻机牢固地锚固在地面上，把探头装入探头盒内，导向钻头连接到钻杆上，转动钻杆测试探头发射是否正常； 回转钻进2m左右后开始按设计的轨迹，先施工一个导向孔，随后在钻杆柱端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺管道，在回拉扩孔的同时将待铺管道拉入钻孔，完成铺管作业，如图3—71所示。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 市政管道工程施工 项目三

水平导向钻进与定向钻进的原理基本相同，按照国际上通用的分类方法，将采用小型定向钻机施工的方法称为导向钻进，一般用于铺设管径小、长度短的管道； 任务3.非开挖铺管新技术简介 水平导向钻进与定向钻进的原理基本相同，按照国际上通用的分类方法，将采用小型定向钻机施工的方法称为导向钻进，一般用于铺设管径小、长度短的管道； 采用大中型定向钻机施工的方法称为定向钻进，一般用于铺设管径大的管道。 市政管道工程施工 项目三

定向孔的施工方法要根据土质确定。一般在松软地层中，靠高压水射流切割成孔；在坚硬地层中，靠钻头破碎钻进成孔。 任务3.非开挖铺管新技术简介 定向孔的施工方法要根据土质确定。一般在松软地层中，靠高压水射流切割成孔；在坚硬地层中，靠钻头破碎钻进成孔。 导(定)向钻进设备主要包括用于探测管线的导向仪和导(定)向钻机。 通常用的导向仪有手持式、有缆式、无缆式三种。 市政管道工程施工 项目三

手持式导向仪由孔内探头、手持式接收机和同步显示器三部分组成，常用的大深度手持式导向仪的探测深度见表3—14。 任务3.非开挖铺管新技术简介 手持式导向仪由孔内探头、手持式接收机和同步显示器三部分组成，常用的大深度手持式导向仪的探测深度见表3—14。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 有缆式导向仪有两种： 一种是应用磁通门和加速度计作为测量元件，如表3—15中的Subsit STS； 另一种是在手持式导向仪的基础上加以改进，通过电缆向孔底探头提供电源，增加STS发射功率，同时用电缆传输顶角和工具面向角等基本参数，深度还是通过手持式接收机来测定，如表3—15中的Wireline System和Digi Trak 100 Cable。有缆导向仪的基本参数见表3—15。 市政管道工程施工 项目三

有缆导向仪虽然克服了手持式导向仪的一些缺点，但电缆传输的信息需通过滑环导出，每接一根钻杆就需要做一个电缆接头，操作繁琐； 任务3.非开挖铺管新技术简介 有缆导向仪虽然克服了手持式导向仪的一些缺点，但电缆传输的信息需通过滑环导出，每接一根钻杆就需要做一个电缆接头，操作繁琐； 同时电缆的使用是一次性的，电缆接头多使故障概率增加。 为了克服这些缺点，可使用无缆导向仪。 市政管道工程施工 项目三

任务3.非开挖铺管新技术简介 导(定)向钻机是水平钻进设备，美国按照钻机铺设管线的直径和长度能力，将其分为小型、中型和大型三类。 小型钻机适用于电信电缆、电力电缆和聚乙烯燃气管的铺设，铺管直径为50～250mm，最大铺管长度100m，最大铺管深度5m。 中型钻机适用于穿越河流、道路和环境敏感区域的管道铺设，铺管直径为250～800mm，最大铺管长度600m，最大铺管深度20m。 大型钻机适用于穿越河流、高速公路、铁路的管道铺设，铺管直径为800～2000mm，最大铺管长度2000m，最大铺管深度60m。 市政管道工程施工 项目三

国内生产的钻机很多，如FDP—15B型导向钻机适用于各类土层的非开挖管道的铺设，铺管直径为50～100mm，最大铺管长度可达300m。 任务3.非开挖铺管新技术简介 国内生产的钻机很多，如FDP—15B型导向钻机适用于各类土层的非开挖管道的铺设，铺管直径为50～100mm，最大铺管长度可达300m。 水平定(导)向钻进施工中需进行钻孔轨迹的设计，其设计方法本教材不再阐述，施工时可参考有关书籍。 市政管道工程施工 项目三

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