1.非开挖技术的发展及气动锤、夯管锤等工法的优势1.1国外非开挖技术发展现状由于非开挖技术具有不污染环境、不影响交通、施工周期短、综合成本低的特点，进几十年来，非开挖技术已经成为发达国家地下管线工程的一个新技术增长点。

在西方发达国家中，目前非开挖设备制造商和材料供应商达400多家，各种非开挖设备制造施工方法达百余种。

1.2国内非开挖技术的发展与现状我国非开挖技术的发展可分为两个阶段，即1953～1985年的传统的非开挖技术阶段， 1985至今的现代非开挖技术阶段。

进入现代非开挖技术阶段，顶管技术有了较大发展，引入了中继间顶管技术、触变泥浆技术及土压、泥水平衡技术；水平定向钻进和导向钻进施工有了更广范的应用；气动矛法、夯管法、水平螺旋钻进法、水平钻进法、冲击钻进法等各种非开挖技术在不同施工条件下发挥着各自的优势作用。

1.3 非开挖管道施工（气动锤、夯管锤等工法）与普通顶管施工方法比较，有以下优势：1.3.1无需后背力，利用压缩空气夯进管材。

1.3.2占用工作井（坑）面积小，节省施工费用。

1.3.3施工速度快，夯进管材每小时10米左右。

1.3.4施工方法安全，无需施工人员在工作井（坑）内作业。

1.3.5遇特殊土质，如砂卵石、流砂、地下水等，对夯管施工法无任何影响。

1.3.6管材出土方便，小口径利用压缩空气一次排土，大口径可采取人工出土。

1.3.7工程费用低，与普通顶管施工方法比较，工程费用接近。

1.3.8非开挖管道施工可在火车、汽车等车辆不减速、江河不断流的正常状况下施工，因此具有很高的环境效益和社会经济效益。

2.夯管施工原理及技术特点2.1工作原理：夯管施工法是指用夯锤（低频、大冲击的气动冲击器）将待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。

施工时，夯管锤的冲击力直接作用在钢管的后端，通过钢管传递到前端的管鞋上切削土体，并克服土层与钢管的摩擦阻力，使钢管不断进入土层。

随着钢管的前进，被切削的土芯进入钢管内。

待钢管到达目标坑后，将钢管内的土用压气或高压水排出，而钢管则留在孔内。

有时为了减少管内壁与土的摩擦阻力，在施工过程中夯入一节钢管后，间断地将管内的土排出。

2.2夯管法的优缺点及适用范围2.2.1夯管法的优点是：⑴对地面的干扰极小；⑵对土层的扰动小；⑶设备简单、投资小，施工成本底。

2.2.2夯管法的缺点是：⑴不易控制施工方向；⑵不适用于含大卵砾石的地层。

2.2.3夯管法的适用范围：⑴管径为50～2000mm；⑵管线长度为20～80m；⑶管材为钢套管；⑷适用于不含大砂卵石的各种地层，包括含水地层。

2.3德国TT公司TAURUS350夯管锤夯管工法简介2.3.1TAURUS型夯管锤夯管工法特点：⑴排土锥体和套插锥体及冲击件将力全部传到钢管上。

⑵用气压干斤顶来进行精确的轴向定位。

⑶安装有加强切割力的切削环。

⑷标准的施工用空气压缩机做为驱动装置。

⑸夯进钢管后利用空气压力或水压力，或两种力同时使用将土排出管外，或在夯完后由人工将管道内土清除。

2.3.2TAURUS型夯管锤技术性能(见下表1)：3.杨庄大街2003配合道路燃气管线首钢段夯管工程实例3.1工程简介：3.1.1本工程为杨庄大街2003配合道路燃气管线工程，本段起点位于首钢特钢公司院内，终点位于杨庄路口，与燃气管线T2点相接，全长67m。

夯管下穿杨庄大街，因管线需避开雨水沟及在建的热力工程，标高控制在杨庄大街热力外线工程结构底面以下1.5米，设计燃气管径为φ300。

夯管工程施工平面示意图见图3。

3.1.2拟采用TT350夯管锤进行施工，夯击套管采用DN700螺旋钢管，外防腐采用环氧粉末喷涂，管节每段长6m，在燃气管道和夯击钢管之间铺设一根φ529防腐管，夯钢管和防腐管之间注水泥浆填充密实，见燃气管线剖面示意图4。

3.2土层地质条件：杨庄路地区地质情况自上到下为：地表下1～2m，为杂填土及粘土层，2m以下为砂卵石层，铺设管道层卵石含量为60～80％，该地区施工深度范围内无地下水。

3.3工程特点、难点3.3.1依照设计图纸给出的燃气管线标高采用φ720×12无缝钢管进行施工，在燃气管道和夯击钢管之间铺设一根φ529×8防腐管。

3.3.2施工地质情况为砂卵石，管道埋置较深，土层摩擦阻力大。

如何在砂卵石土质中夯进钢制管道，确保其管线位置在允许误差范围内是本工程的重点。

3.3.3本段地下管线较多，因此在施工前期应对施工现场进行严格的物探勘测，以保证现况管线的安全及施工顺利进行。

3.4 夯管施工技术3.4.1施工准备：⑴进场前，对本段进行详细的管线探测，了解管线位置，以防止在施工中与其他未知管线冲突,并在此基础上进一步对现场情况进行详细的调查。

⑵测量放线：放出具体工作坑、接收坑的平面和标高位置。

⑶对施工场地按照市政标准围挡形式进行围挡，保证施工及交通安全。

3.4.2总体施工安排施工时先施作工作坑，立龙门架5T电葫芦出土。

由于在施工路线上可能有地下管线相交，所以采用人工开挖。

工作坑挖成后，进行测量，铺设导轨，铺设长度为9米，各项指标达到设计要求。

管节、夯管锤就位，准备夯进。

全部67米钢管施作完成后，进行接收坑的开挖，清理现场，为后序施工做好准备。

3.4.3工期计划施工准备3天；工作井15天；夯管8天；防腐管铺设3天；尾工及验收3天；计38天。

3.4.4施工主要机械设备及仪器(见表2)3.4.5工作井设计及布置：⑴工作井布置：本工程设计从杨庄大街下部穿过，夯击一根长度为67米φ720的无缝钢管，始发点工作坑设在首钢特钢公司院内，始发工作井长度L＝钢管长度＋夯管锤长度＋（0.5～1m）＝6+2.341＋（0.5～1m）＝8.841～9.341m，取9.0m；始发工作井宽度B＝钢管直径＋（1.5m×2）＝0.72+3＝3.72m，取4.0m；故始发工作井尺寸为9m*4m*10.22m，因施工场地范围狭窄，拟在竖井施工完毕后施作一段3～5米的隧道以利于夯管施工，接收工作坑一座设在T2点以东处与在建工程延长线相接，接收坑的大小为4m *4m *10.22m。

⑵工作井施工：施工地层为砂卵石，工作坑采用钢格栅+网喷支护，采用C25 混凝土，厚度30cm；网片采用φ6、150×150mm；连接筋采用φ20螺纹钢，长度0.8米，间距1米，梅花型布置。

因地质较差，为防止施工中塌方等情况的发生，采用跟踪注浆等措施进行土体加固。

3.4.6夯管锤施工工艺（见图7所示）。

3.4.7夯管锤施工⑴施工准备①基准的设置：将水准点、高程等各项基准引至工作坑中，做出明显的标识，并予以保护。

依据设计要求计算Ф720mm钢管管底高程，制作导轨，在实施过程当中确保各高程点经核对闭合后方可施工。

②导轨的铺设：铺设I20a工字钢，工字钢间距为800厘米，在工字钢上稳两条由I22a工字钢特制导轨，并用顶丝调平,使高度误差小于3毫米,采用地脚+焊接固定，使导轨高程与设计一致。

③下管及接口：采用16吨吊车下管，在整个吊装过程中，采用尼龙吊带吊装，确保外顶进方法。

由于顶进管材口径较大，为了顺利顶进，采用一台德国TT公司TAURUS350夯管锤，配备瑞典ATLAS公司XAMS355MD型21立方米空气压缩机作为动力顶进，在整个顶进过程中，为了确保目标的准确性，采取边夯进边排土的方法，尤其在夯进第一根钢管时，每2米测量一次，并与设计要求对照比较，做好相应的各种记录，有问题即使采取纠正措施。

⑵夯管锤施工①在工作场地整理完毕，工作条件均具备后，按照设计顺序准确安装夯管锤机座与钢管导轨，孔位对正，安装牢固，管路连接准确无误。

②调试空压机，检查调试后准备夯进。

严格按照机械使用规范，由专人施作，作好机械的保养工作，保证机械的正常使用。

③导向、对中、安平仪器严格遵守使用技术规程，正确安装，细心调试，直到精度测量误差达到规范要求为止。

④监控、测量人员要严格遵守测试技术规范，准确测量各项参数，（如深度、轨迹方向等）及时与司夯员联系沟通，确保夯进施工准确无误。

⑤由于孔位要求严格，在第一根管节夯进过程中一定要控制夯进参数，切削头入孔时先降低气压及夯进速度，待套管入孔一定深度无偏移后恢复正常值，以确保夯进精度、速度。

并且在夯进施工中若有不利偏向要及时进行纠正，纠偏遵守“勤纠少纠”的原则。

⑶夯进①安装夯管锤，调试空压机气压，准备夯进施工；一根夯进完毕马上组织焊接，焊接完毕后继续夯进。

②在每一根钢管夯进过程中，都必须严格控制夯进参数,夯进初期较为困难并会影响后续管节的夯进精度，所以前6米钢管采用低气压缓慢夯进，待夯入6米后恢复正常气压继续夯进。

③在夯进过程中，及时对既有轨面进行沉降观测，作好记录，以便采取相应措施。

⑷工艺上的技术保证措施①由于管材自重及管内土的重量，造成钢管在夯进过程中有下倾的趋势，为了保证夯管施工的质量，根据土质情况，在制作导轨时，可以做成一定的斜度，前端高，（斜度为3厘米/14米。

）根据土质情况，确定在夯进过程中的设备参数，同时在钢管外表涂腊或者加注泥浆减少摩擦阻力。

②为了顺利夯进和保证钢管不发生变形，在钢管前、末端外壁加焊一圈加强护套，其厚度与夯进钢管厚度一致，可用所夯钢管切割后焊接，其宽度不小于25厘米。

③在每处接口部分均匀焊接10块100×200mm菱形块，以增加焊接的强度。

④在钢管焊缝处，要对焊缝进行处理，应把焊缝打平减小钢管与土体的摩擦力。

3.4.8管节的连接每节钢管长为6m，管头加焊切削环刀，便于通过密实土层；管节间采用坡口满焊连接（坡口坡度55±5°，留出2±1mm不剖，焊接强度达到与管材等强度），焊缝要求饱满、焊高达到规范要求，详见图8。

3.4.9夯管施工中沉降控制措施⑴在地面沿燃气管轴线方向每10米布设一点，然后24小时进行观测，记录数据。

⑵在钢套管施工时，管内渣土在钢管的前端留出3m范围的土，不能取完，以防止管前端土塌方引起地面沉降。

3.4.10夯管施工中纠偏措施⑴在发生误差时，在钢管预留土端焊一块钢板，根据力学原理与钢套管外壁成30°角，起到纠偏作用。

⑵本工程设计单根管长为6米，减小钢管焊缝的数量，起到纠偏作用。

⑶在钢管前端一周范围内焊上钢板，起到纠偏作用。

3.4.11管内出土采用人工取土，即每节钢管夯进完毕进行人工管内取土，每次取土时在管口处预留3m左右防止管口处因夯击力较大土体产生松动造成坍塌。

3.4.12防腐套管的铺设防腐套管在夯管完成后进行铺设，铺设时根据标高要求设计滑动支架，采用千斤顶或人工配合倒链完成。

支架需要达到防腐要求。

3.4.13施工监测⑴监测目的：为保证施工期间竖井结构和地面建筑物的安全、掌握施工中土体、支护系统及结构的稳定性及安全性，在施工全过程中进行监控量测，通过监测数据的反馈及时调整支护参数和施工方案，确定后续工序安排；同时经过量测数据的分析处理和必要计算，将其结果反馈到夯管工程中，也是验证施工设计合理的最有效方法。