淺談定向頂管（拖管）施工在道路給排水中的應用

陳興文　鄧鳳英

摘要：隨著城市的發(fā)展，市政給排水的問題也日益突出，有些建好不久的市政道路路面進行破路面開挖實施管道敷設(shè)，造成交通擁擠、影響美觀等問題。定向頂管施工可以避免開挖，縮短施工工期，施工安全且節(jié)約成本。文章介紹了定向頂管施工應用條件、頂進方法的選擇、施工機械的選擇、泥漿配合比參數(shù)等幾個方面。

關(guān)鍵詞：給排水管道；定向頂管施工；施工機械

中圖分類號：U447文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）12-0133-02

一、應用條件

（一）管道所處土層

定向頂管（拖管）施工適用于殘積黏性土層或全風化巖層，且無障礙物。

（二）管材選擇

1．拖拉用的管材宜采用高密度聚乙烯平壁管或無縫鋼管，管材的強度須滿足施工及使用階段的荷載要求。

2．高密度聚乙烯平壁管的物理性能應符合下列規(guī)定：

短期彈性模量：≥800MPa

抗拉強度標準值：≥19MPa

環(huán)剛度：≥8kN/m²

斷裂伸長率：≥150%

管材允許的拖拉應力按12 MPa控制。

3．鋼管性能應符合下列規(guī)定：

壁厚：≥5mm屈服強度：≥210MPa

抗拉強度：≥415Mpa

二、頂進方法的選擇

管道頂進方法的選擇，應根據(jù)管道所處土層性質(zhì)、管徑、地下水位、附近地上與地下建筑物、構(gòu)筑物和各種設(shè)施等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定，并應符合下列規(guī)定：

在黏性土或砂性土層，且無地下水影響時，宜采用手掘式或機械挖掘式頂管法；當土質(zhì)為砂礫土時，可采用具有支撐的工具管或注漿加固土層的措施；在軟土層且無障礙物的條件下，管頂以上土層較厚時，宜采用擠壓式或網(wǎng)格式頂管法；在殘積黏性土層或全風化巖層且無障礙物的條件下，宜采用水平定向頂管（拖管）法，即導向鉆進法，導向鉆進法屬于微型隧道技術(shù)中的一種，其原理是：使用水平定向鉆機進行穿越施工，工作過程是通過導向儀進行導向和探測，先鉆出一個與設(shè)計曲線相同的導向孔，然后再將導向孔擴大，把設(shè)計管線回拖到擴大了的導向孔中，完成管線穿越。施工過程一般分為三個階段：第一階段是從始發(fā)坑，按照設(shè)計曲線盡可能準確地鉆一個導向孔：第二階段是導向孔鉆至目標坑后，將導向孔進行擴孔；第三階段是采用液壓裝置將設(shè)計管線（一般為PE管道或者鋼管）沿著擴大了的導向孔回拖，完成管線穿越工作，詳見圖1：

三、定向頂管施工

（一）工作井施工

首先施工入出土點兩個工作井，工作井的長度和寬度根據(jù)所選機型確定，工作井的深度根據(jù)管道的高程確定。鉆機就位準備工作完畢進入導向。

（二）定向?qū)蚴┕?/p>

首先確定管材穿越的位置及線路，設(shè)立多個坐標點進行導向，把探棒裝入鉆桿前的導向頭內(nèi)，通過探棒發(fā)射信號數(shù)據(jù)到地面的接收器，由地面接收器發(fā)射到鉆機的顯示屏。司鉆手根據(jù)顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)進行鉆進(導向手與地下的導向頭同步跟蹤)，導向手根據(jù)接收器顯示的數(shù)據(jù)通過對講機指揮司鉆手按確定的坐標及線路隨時調(diào)整鉆頭角度進行鉆進，導向鉆進鉆桿起始傾斜角度控制在7°~9°之間，保證鉆進軸線方向符合圖紙設(shè)計要求。導向鉆進過程中隨時查看鉆孔返回泥漿情況，根據(jù)返漿判斷地層含沙等情況，隨時調(diào)整泥漿配制比例，保證鉆進的正常施工。直到出土為止導向完成，此時導向孔直徑約為鉆桿直徑+Φ100mm。

（三）回擴施工

導向完成開始擴孔（擴孔器為擠壓式），從孔徑（鉆桿直徑+Φ100mm）擴至孔徑為（管徑+Φ300mm），回擴球頭依次循環(huán)回擴擴孔同時注入化學泥漿（即膨潤土等）以進行護壁，以提高成孔率及防止孔塌并起到潤滑作用，同時進、出入工作基坑進行排漿（擴孔采取24小時不間斷作業(yè)）直至擴孔完成。

因該地層為土層，回擴時應注意泥漿比例的調(diào)整，保證不出現(xiàn)塌孔及斷孔的現(xiàn)象發(fā)生。回擴過程中鉆桿采用車輛拖運周轉(zhuǎn)?；財U過程中應保證鉆桿供應及時，無意外情況盡量不中斷施工。為使擴孔達到要求要進行多次洗孔直到成孔，頂管前成孔系數(shù)必須符合施工要求，尤其泥漿配制應滿足施工工藝要求，以減少管道回拖時摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)的增加。

（四）管線回拖施工

回拖是定向穿越的最后一步，也是最為關(guān)鍵的一步，在回拖時采用的方式是:等于管徑大小的擴孔器+回拖萬向節(jié)+管材穿越管線。在回拖時進行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成阻力增大。管線回拖前仔細檢查各連接部位的牢固，并在回拖萬向節(jié)和回拖管道之間增加兩個抗拖力U型卸扣，便于調(diào)整在回拖過程中的角度。

管道從進口拖入時，若管道的長度為50~80m左右，不需要其他機械進行施工配合可由鉆機自行拖拉。

若管道的長度>80m，現(xiàn)場應配備吊車進行施工配合，將管道吊起順入孔內(nèi)，待順入長度達到50m～80m左右，方可進行鉆機自行拖拉。

拖管時，管道下面每10m長左右均勻布設(shè)特制滑輪，作為管道拖動時的軸承作用，以減少磨阻力。當管道較長又受到道路場地的限制，管道隨著道路的彎曲放置，在彎曲的內(nèi)側(cè)，隨著彎曲均勻設(shè)置鋼管，鋼管采用金剛鉆孔立在道路上，外套大一規(guī)格的套管，拖管時擋住管道并隨著管道的移動轉(zhuǎn)動。配備多臺吊車把管道吊起并推動，減輕管道的重量。

（五）竣工驗收

管道拖管完成后，應立即組織甲方及監(jiān)理等單位進行竣工驗收。

四、施工機械的選用

按照回拖力計算公式計算如下：

F=｜(P0-P1)｜×I×ρ

F─管壁與孔壁間的摩擦力(kV)；

ρ─土與管壁間的摩擦系數(shù)(0·2～0·6)；

P0─管子每米長的重量；

P1─管子每米所受的浮力；

I─鋪管長度。

P1在未入孔之前，沒有浮力。

在孔洞中，P1=π×D2×λ/4。

λ─泥漿比重：膨潤土配置的泥漿1.02～1.03，化學聚合物配置的泥漿。

經(jīng)計算管重G=P0×I，定向拖管工程用于穿越施工的設(shè)備選用大于G+F水平定向鉆機就完全可以滿足施工的需要。

五、泥漿配比理論參數(shù)

泥漿配制：在鉆機開鉆前，提前采集水樣，進行含鹽量pH的分析檢驗，要求含鹽量（NaCl）<1%，含鈣量（Ca++）<120mg/L，檢查水樣合格后進行泥漿的配制，另外配制泥漿的水質(zhì)不能是受管（拖管）施工在道路給排水中的應用。

受到污染的臟水，必須采用干凈的水配制泥漿。泥漿是由水、膨潤土及各類添加劑（包括：濾餅劑、增黏劑、潤滑劑、護壁劑、堵漏劑等）組成，泥漿粘度應根據(jù)地質(zhì)情況和管徑大小確定，泥漿黏度值可根據(jù)下表規(guī)定選取。泥漿黏度宜用馬氏漏斗測量，每兩小時測一次。

六、結(jié)語

定向頂管（拖管）成功實施，為今后較大管徑、長距離的給排水管道施工創(chuàng)造了有利條件。它與傳統(tǒng)的頂管相比具有施工工期短、一次拖管距離長、適用各種管徑、機械化程度高、施工誤差小等優(yōu)點。定向頂管（拖管）施工也受到一些條件限制，要求施工現(xiàn)場必須有充足的水源以保證定向頂管施工在導向階段、擴孔階段、拖管階段整個作業(yè)的需要；要求在進行拖管前必須把管道一次焊接成型，當管道較長時需要較大的施工場地進行焊接施工和安放。定向頂管（拖管）施工也存在一定的風險，特別是在管線回拖施工的過程中，可能造成管道斷裂在孔中無法拖出的問題，值得我們進一步去思考和探索。