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綠色環(huán)保施工與非開挖技術(shù)工學(xué)論文
摘 要:先進(jìn)的非開挖鋪管技術(shù)具有不影響交通,不污染環(huán)境,不破壞路面永久平整,鋪管精度高,施工安全性好,周期短,成本低,社會經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn),是一種值得推廣的綠色建筑技術(shù)。但暴露的問題同樣嚴(yán)重,亟需自身完善與政府有關(guān)職能部門的規(guī)范性管理。
關(guān)鍵詞:綠色建筑技術(shù); 非開挖技術(shù); 空間地理信息系統(tǒng)(GIS); 有序管理
綠色建筑的理念是“節(jié)約能源、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、以人為本”倡導(dǎo)綠色施工,加強(qiáng)環(huán)境保護(hù),實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的和諧相處,是建筑施工企業(yè)光榮而神圣的歷史使命。隨著我國城鎮(zhèn)建設(shè)的高速推進(jìn),我國城市管網(wǎng)建設(shè)及舊城區(qū)管網(wǎng)改造工程大幅度增加,非開挖技術(shù)作為一種綠色建筑技術(shù),最大限度地使施工活動減少對環(huán)境負(fù)面影響,有效的實(shí)現(xiàn)四節(jié)一環(huán)保(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)境保護(hù))。非開挖技術(shù)在推廣綠色環(huán)保施工的大環(huán)境下,由北京、上海、廣州、深圳等城市迅速向內(nèi)地大、中城市輻射。
非開挖鋪管技術(shù),是利用巖土鉆掘手段,在地表不開挖的情況下,鋪設(shè)、修復(fù)和更換各種地下管線的施工技術(shù)。其主要的施工方法包括以下四種:
1、水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法。
它是一種無需建造工作井,就能夠快速鋪裝地下管線的鉆進(jìn)方法。主要特點(diǎn)是,可根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的鋪管路線,驅(qū)動裝有楔形鉆頭的鉆桿從地面鉆入,鉆進(jìn)過程受三維控制,通過鉆桿和一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的楔形鉆頭按設(shè)計(jì)好的三維線形旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。當(dāng)需要改變鉆進(jìn)方向時(shí),只需要暫停鉆桿的旋轉(zhuǎn)并將鉆頭的楔形固定在相應(yīng)的位置上推進(jìn)即可,按照設(shè)計(jì)的軌跡繞過地下障礙抵達(dá)目的地。然后,卸下鉆頭換裝適當(dāng)尺寸和特殊類型的回程擴(kuò)孔器,使之能夠在拉回鉆桿的同時(shí)將鉆孔擴(kuò)大至所需直徑,并將需要鋪裝的管線同時(shí)返程拖回鉆孔入口處。水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法根據(jù)土質(zhì)條件的不同一次鉆進(jìn)的距離可達(dá)100～600m不等,能夠鋪裝管線的最大直徑可達(dá)1m左右。適用于鋪裝PVC管、PE管、HDPE管、鋼管、電纜、光纜等各種不同材質(zhì)的工程管線。目前,這種方法已廣泛用于通訊、電力、化工、燃?xì)狻⑹汀⒔o、排水以及交通、市政等不同行業(yè)和部門的地下管線安裝工程。
2、錘管法。
它是利用氣動穿梭矛在鋼管(空心套管)的后面,將鋼管頂進(jìn)至終點(diǎn)來完成鋪管任務(wù)的方法。這種方法需要在進(jìn)口和出口各挖一個(gè)工作坑。在進(jìn)口坑內(nèi),用一個(gè)特殊的管夾將穿梭矛置于鋼管后部,靠壓縮空氣通過氣動矛推動鋼管,無需設(shè)置后座。當(dāng)?shù)谝还?jié)鋼套筒全部進(jìn)入地層后,拆除管夾,將第二節(jié)鋼管焊接就位。繼續(xù)上述過程,直至全部鋼管安裝完為止。當(dāng)鋼管抵達(dá)出口坑后,用強(qiáng)大的空氣壓力推動管中的泥土一次性排出。此方法通常使用各種型號的穿梭矛,適宜于鋪設(shè)各種孔徑和長度距離的鋼管或鑄鐵管。由于此法對土層擾動極少,特別適合于運(yùn)輸繁忙的鐵路、公路、機(jī)場等地鋪設(shè)管道,實(shí)現(xiàn)“零沉降、零開挖、不限速”施工。同時(shí)由于避免了鉆進(jìn)法擾動土堤,造成漏水管涌等嚴(yán)重后果(2005年5月瀏陽河大堤發(fā)生鉆孔形成管涌,淹沒農(nóng)田,動用了數(shù)千名武警搶險(xiǎn)的特大事故),所以此法在水利工程穿越河堤、水庫大壩中發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢。
3、拉管法。
是用氣動穿梭矛從一個(gè)較小的進(jìn)口坑鉆進(jìn),在壓縮空氣不斷推進(jìn)下,穿越地層,牽引緊鎖在穿梭矛尾部的新管到達(dá)終點(diǎn)。若鋪設(shè)的管線口徑較小,距離不太長,穿越處為碎石、沙土或松土等易于塌陷的地質(zhì)時(shí),或者要安裝的是PE管、PVC管、熱塑膠管,使用此法最為有效。
4、脹管法。
它主要用來更換、修復(fù)和擴(kuò)大城市各種地下舊有管線。隨著我國全面建設(shè)小康社會步伐的加快,城市建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大,許多始建于上世紀(jì)七八十年代甚至更早的供水、排水、天然氣等管道銹蝕破損嚴(yán)重,況且舊管道尺寸是按當(dāng)時(shí)需求而設(shè)計(jì)的,都在超期服役,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前城市逐年開發(fā)增長擴(kuò)大容量的需求,需要及時(shí)更換和擴(kuò)孔。如果采用傳統(tǒng)開挖方式進(jìn)行管道的更換、擴(kuò)孔,不但工期長,造價(jià)昂貴,更主要對市政、商業(yè)、交通以及城市居民生活造成極大干擾和影響。而如果采用一般的非開挖工藝重新鋪設(shè)管線,則由于近年來各種新鋪地下管線迅速增加,各種管線縱橫交錯(cuò),再插新管恐怕十分困難,而且風(fēng)險(xiǎn)太大。因此,利用先進(jìn)的脹管技術(shù)在原有管線路徑不變的情況下進(jìn)行地下管線的更換、擴(kuò)孔,已經(jīng)成為當(dāng)今城市管線建設(shè)的必要手段。
脹管法又分為氣動賬管法和液壓脹管兩種方法。
(一)氣動脹管法
1)氣動穿梭矛(簡稱氣動矛)與液壓卷揚(yáng)機(jī)結(jié)合使用。氣動矛體頭部用鋼絲卡筘與卷揚(yáng)機(jī)相連,在氣動矛套上一個(gè)由高質(zhì)合金鋼制造并通過熱處理加工而成的特殊脹管頭,氣動矛置于待新鋪的PE管內(nèi),脹管頭與PE管相連。氣動矛從進(jìn)口坑進(jìn)入舊管管口,在動力沖擊下劈開舊管,并將舊管碎片擠壓至周圍土壤中,同時(shí)牽引同等口徑或更大口徑的新管即時(shí)取代舊管的位置,以達(dá)到去舊換新的目的。施工中,卷揚(yáng)機(jī)提供持續(xù)的牽引力,引導(dǎo)氣動矛保持準(zhǔn)確的前進(jìn)方向。
2)空氣錘與水平導(dǎo)向鉆機(jī)結(jié)合使用。基本原理與氣動矛和水平導(dǎo)向鉆機(jī)結(jié)合使用相似,鉆機(jī)從地面鉆入,并沿現(xiàn)有管線鉆進(jìn)至另一端工作井,連接空氣錘,空氣錘外面套裝脹管頭,脹管頭與新管線相連,當(dāng)高壓空氣通過鉆桿傳遞給空氣錘時(shí),空氣錘沖擊脹管頭,脹管頭破碎舊管線,同時(shí)牽引新管線前進(jìn)。鉆機(jī)始終提供一種穩(wěn)定的拉力,保證脹管時(shí)沖擊錘正確的方向與傾角。
(二)液壓脹管法
液壓脹管法是依靠脹管機(jī)的液壓油缸提供拉力牽引脹管頭。它類似于鉆機(jī)與虎鉗系統(tǒng)。施工時(shí),脹管機(jī)將一根根鉆桿從舊管一端進(jìn)入,達(dá)到要更換的舊管的另一端后,將破管刀具連接在鉆桿的末端,刀具后面是擴(kuò)孔器,緊接其后連接著要換上的新管,然后脹管機(jī)將鉆桿逐根回拖,這時(shí)刀具切開舊管,擴(kuò)孔器則將破開的舊管及碎片擠入周圍土壤中,新管即被牽引穿過舊管位置替代了舊管,完成了新管換舊管的作業(yè)。
脹管法可對既有管線進(jìn)行整體更換,通常直徑可增加20%～30%,條件許可最大可增加原來尺寸的150%,每節(jié)連續(xù)更換長度最長可大200米。適宜破除陶瓷管、塑膠管、混凝土管,以及薄壁鑄鐵管。由于用原有管道作引導(dǎo),因而不會造成對其他相鄰管線的損壞,也不會使新管受到污染。當(dāng)管道出現(xiàn)局部破損、缺損、滲漏、堵塞、錯(cuò)位時(shí),或者原有管道已不堪負(fù)荷需要加大口徑時(shí),使用此法最為合適。
以上幾種非開挖鋪管技術(shù)與傳統(tǒng)的開挖施工相比,具有不影響交通,不污染環(huán)境,不破壞路面永久平整,鋪管精度高,施工安全性好,周期短,成本低,社會經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。作為綠色建筑技術(shù),國際上稱之為“環(huán)保工程”。此外,還可以在一些無法實(shí)施開挖作業(yè)的地區(qū)鋪設(shè)管道,如鬧市區(qū)、古跡保護(hù)區(qū)、穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流等。國家寬帶光纖主干網(wǎng)絡(luò)和城市網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),需要鋪設(shè)大量的光纜。“西氣東輸”是國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的標(biāo)志性工程,該工程將建設(shè)長距離輸氣管道,各種管道的鋪設(shè)需要穿越不少的公路、鐵路和河流。長沙市的液化氣石油管道工程和天然氣管道工程,也有不少的管道需穿越鐵路、公路、市政道路、河流等。如此大規(guī)模的管線鋪設(shè)工程量為非開挖技術(shù)提供了巨大的市場。
鑒于,這項(xiàng)綠色施工技術(shù)在我國正處于高速推廣的階段,因此,在引進(jìn)推廣中出現(xiàn)了一些需要盡快完善的問題,引以思考。
首先,是城市管網(wǎng)的檔案建設(shè)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上非開挖技術(shù)進(jìn)步的要求。過去我們有城市檔案,但總的來說既不齊全,也不準(zhǔn)確。剛開始非開挖單位還去規(guī)劃部門購買管線圖,后來發(fā)現(xiàn)已有管線在圖紙上記錄基本不齊全,標(biāo)注粗糙,尺寸不詳,幾乎無法利用。最后,只得主要靠利用管線探測技術(shù)來查清已有地下管線的坐標(biāo)、高程。而管線探測目前也是處在前進(jìn)探討階段,尤其是非金屬管線包括鋼筋混凝土管道幾乎一般小型探管儀器都難以探測,以致釀成經(jīng)常打壞各種地下管線的惡性事故。長沙晚報(bào)都曾有報(bào)道,打壞一根燃?xì)夤艿阑蜃詠硭艿?旋即就會殃及附近成百上千居民斷水、斷氣,投訴市長辦公電話。至于打壞軍用光纜、國防光纜、長途通信光纜其影響也是可想而知的。
為此,作者建議兩點(diǎn):其一,向廣州等先進(jìn)城市學(xué)習(xí),立即著手開啟“數(shù)字市政”工程,建立以城市供水、排水、燃?xì)狻⒐饫|、電纜、路橋設(shè)施為主線的空間地理信息系統(tǒng)(GIS)。實(shí)現(xiàn)各種地下管線“家底”的信息化。當(dāng)然,GIS系統(tǒng)的建立不僅是為了非開挖施工技術(shù)的運(yùn)用,也大大提升了整個(gè)城市的抗風(fēng)險(xiǎn)能力,一旦發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情,在很短時(shí)間內(nèi)就可以找準(zhǔn)險(xiǎn)情發(fā)生的位置、地點(diǎn)、程度,一方面出動應(yīng)急搶險(xiǎn)方案,一方面及時(shí)組織疏散居民、學(xué)校等人群密集的地方,以減少事故的傷害。
加上近幾年來大量的非開挖鋪管施工完畢后既無竣工資料又無檔案登記,許多同行專家楸心地將錯(cuò)綜復(fù)雜又無檔案記錄的地下管線喻為“地下迷宮”、“地下污染”。再不盡快加強(qiáng)管理,更可怕的災(zāi)害甚至災(zāi)難都會不斷的出現(xiàn),建議政府有關(guān)部門進(jìn)快進(jìn)行有序管理。
其二,對非開挖技術(shù)專業(yè),目前國家既無行業(yè)管理,又沒有正式的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范,也無專業(yè)資質(zhì)管理,也無工商注冊登記。據(jù)不確切估計(jì)全國將近有60%非開挖施工單位,文化技術(shù)專業(yè)知識偏低,不管誰,買臺國產(chǎn)機(jī)子就可以承攬業(yè)務(wù)。建設(shè)行政主管部門應(yīng)盡快實(shí)行有序行業(yè)管理,含工商法人注冊登記、資質(zhì)考核、人員上崗培訓(xùn)與資格證發(fā)放,編制全國統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范,使原本先進(jìn)的綠色建筑技術(shù)非開挖技術(shù)迅速發(fā)揚(yáng)光大,造福城市,造福人民。
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