淺談輸水管道工程中頂管與拉管工藝比較

龐傳山

（陜西省水利工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司 陜西 西安 710032）

1 工程簡況

陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃工程是為解決革命老區(qū)陜西定邊、甘肅環(huán)縣和寧夏鹽池、同心等縣部分地區(qū)農(nóng)村供水困難，防治地方病，發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉，改善生態(tài)而興建的一項(xiàng)供水工程。定邊供水續(xù)建工程是陜甘寧鹽環(huán)定揚(yáng)黃續(xù)建工程陜西專用部分，工程主要內(nèi)容為：新建供水支管8條，總長151km，支管加壓泵站11座，水廠1座，新建各種蓄水池容積49萬m3。定邊供水工程的等級為Ⅲ等，續(xù)建工程所涉及的主要建筑物為4級，臨時(shí)建筑物為5級。

但在施工過程中，供水管道就遇到了古長城、鐵路、國道及其他障礙物穿越問題，為保證工程質(zhì)量，能順利穿越工程障礙物，同時(shí)減少對外圍環(huán)境的影響，需要采用非開挖方式進(jìn)行地下管道施工。非開挖方式就是不開挖地表或以最小的地表開挖量進(jìn)行各種管道或管線探測、檢查、鋪設(shè)、更換及修復(fù)的施工技術(shù)。在定邊供水續(xù)建工程非開挖施工中采用了頂管施工與拉管施工的穿越方式，本文在結(jié)合工程實(shí)際情況下，分別針對頂管與拉管不同特點(diǎn)簡單闡述工藝差異。

2 頂管與拉管工藝原理比較

（1）頂管穿越施工設(shè)備主要包括千斤頂、高壓液壓站、風(fēng)鎬、工具管、頂鐵及全站儀等。頂管施工顧名思義就是通過頂進(jìn)的方法進(jìn)行管道安裝施工。施工前開挖工作坑，工作坑的深度由設(shè)計(jì)管底高程和基礎(chǔ)厚度確定，即管底高程加上軌道及基礎(chǔ)厚度，就是坑底高程，在挖工作坑時(shí),后背的原土層不得破壞，要有充分的強(qiáng)度，在頂進(jìn)中能承受液壓千斤頂?shù)淖畲蠓醋饔昧Χ黄茐?。將液壓頂進(jìn)設(shè)備及施工靠背安裝就位，鋪設(shè)重型鐵軌，安裝頂鐵包括環(huán)形頂鐵，方頂鐵和橫鐵，頂鐵安裝應(yīng)平直，頂進(jìn)時(shí)嚴(yán)防偏心，以免頂鐵崩出傷人。吊裝頂進(jìn)套管，操作人員進(jìn)入套管內(nèi)挖土外運(yùn)，必須在規(guī)定的范圍內(nèi)開挖，不得超挖，管底土基弧度在135°范圍內(nèi)嚴(yán)禁開挖，一定要保持管壁與原土層表面吻合。利用液壓千斤頂頂推前進(jìn)，每頂進(jìn)一定行程，退回頂缸，然后加入頂鐵及套管繼續(xù)頂進(jìn)，作業(yè)時(shí)應(yīng)堅(jiān)持連續(xù)循環(huán)作業(yè)，若頂進(jìn)間隔時(shí)間過長，土拱容易下塌，并在正常頂進(jìn)1m～3m時(shí)就應(yīng)測量一次，管線位置發(fā)生偏移時(shí)，要及時(shí)采取校正措施。當(dāng)套管頂進(jìn)至對面接收坑時(shí)，套管穿越完畢，拆除頂進(jìn)設(shè)備，清理套管內(nèi)余土，將頂管機(jī)等設(shè)備調(diào)離運(yùn)走，然后牽引主管進(jìn)套管。

（2）拉管主要設(shè)備包括采用鋪管鉆機(jī)、導(dǎo)向儀、控向儀、擴(kuò)孔鉆頭及循環(huán)泥漿攪拌系統(tǒng)等。拉管通常是一端由定向鉆頭鉆到另一端，然后再拉回一管道來實(shí)現(xiàn)非開挖拉管，施工過程分為下降、水平、上升三個(gè)階段。施工前做好導(dǎo)向孔軌跡的設(shè)計(jì)，導(dǎo)向孔是擴(kuò)孔拉管的母線，也是最終形成的管線孔，同時(shí)安放鋪管鉆機(jī)到位，配置造壁性能良好，潤滑和降低扭矩的泥漿。施工過程根據(jù)測量定位的軸線，路面上部采用等導(dǎo)航設(shè)備控制鉆頭的方向和深度，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)軸線形成一條直徑約為100mm的圓孔通道，孔道中心線即為所需鋪設(shè)管道的中心線，操作定向鉆機(jī)鉆進(jìn)，開鉆時(shí)采用輕壓慢轉(zhuǎn)，進(jìn)人平直段采用輕壓快轉(zhuǎn)以保持鉆具的導(dǎo)向性和穩(wěn)定性。導(dǎo)向孔完成后，對工作坑入土口、接收坑出土口的標(biāo)高和方位進(jìn)行復(fù)核，確保按設(shè)計(jì)軸線成孔，然后卸下起始桿和導(dǎo)向鉆頭，換回?cái)U(kuò)鉆頭進(jìn)行回?cái)U(kuò)?；?cái)U(kuò)過程中始終保持合適的泥漿量，并分3次～5次完成，最后一次回?cái)U(kuò)采用相應(yīng)的擠擴(kuò)式鉆頭壁固并使鉆孔直徑滿足拖管管徑要求。待擴(kuò)孔結(jié)束后回拖管材進(jìn)行穿越，管材要一次性拖入已成形的孔洞中，中途盡量避免停頓，以減小回拖的阻力。

3 頂管與拉管工藝比較

由于施工工藝的不同，本文主要從穿越的建筑物特性、管材性質(zhì)、覆土及管徑、過程控制、施工進(jìn)度及工程造價(jià)等方面存在的差異進(jìn)行分析。

3.1 穿越的建筑物特性

對于重要建筑物來說，基礎(chǔ)沉陷帶來的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的，特別是文物古跡保護(hù)工作。頂管施工采用的是邊頂進(jìn)邊開挖的施工方式，管頂以上超挖量為15mm，管道下部135°內(nèi)嚴(yán)禁開挖；而拉管施工是在鉆頭擴(kuò)孔過程對土體擾動(dòng)較大，并在擴(kuò)孔后才進(jìn)行回拖管材施工，從而造成整體施工面內(nèi)空腔。雖采取泥漿中加入固化劑護(hù)壁的措施，仍存在空腔內(nèi)塌陷的可能。因此對于重要建筑物來說，考慮其重要性應(yīng)采用頂管施工工藝。

3.2 管材性質(zhì)

頂管施工的管材為剛性材料，抗壓力大的鋼管、混凝土管材、球墨鑄鐵管道、石棉水泥管道、陶土管和塑料管等；而拉管在材質(zhì)應(yīng)施工要求應(yīng)滿足高韌性，抗拉能力強(qiáng)，抗刮痕能力好且要求環(huán)剛度在8kN/m2以上的鋼管或PE管材。

3.3 穿越時(shí)覆土及管徑

頂管施工工藝的覆土厚度一般為大于3m，為便于人工掘進(jìn)施工管徑應(yīng)在600mm以上宜采用。拉管施工工藝最小覆土要求一般為1.5m，管徑一般小于600mm。

3.4 過程控制

頂管施工過程是逐節(jié)安裝推進(jìn)，可采用全站儀在工作坑內(nèi)對每節(jié)頂進(jìn)前，進(jìn)行復(fù)測校整，施工控制方便，且完成清理余土后，進(jìn)行主管材的牽引穿越施工。主管材的管徑一般遠(yuǎn)小于套管管徑，在頂管的套管內(nèi)有可調(diào)整的施工空間。而拉管是在路面上采用控向儀等導(dǎo)航設(shè)備控制鉆頭的方向和深度，當(dāng)施工現(xiàn)場有干擾時(shí)，如無線電發(fā)射臺、輸電線路、變壓器等將影響手持式控向儀的測量精度,在擴(kuò)管之后直接將整體管道一次性回拖穿越，回拖管道過程無法進(jìn)行施工調(diào)整。

3.5 施工進(jìn)度

頂管施工主要分為外套管的頂管施工及內(nèi)管安裝調(diào)整工作，安裝頂進(jìn)設(shè)備之后，吊裝一節(jié)管道至調(diào)整好的軌道上，在頂管施工過程主要采用液壓千斤頂進(jìn)與人工前段掘進(jìn)相結(jié)合。每節(jié)管道如此反復(fù)施工，并在完成頂管后才進(jìn)行主管材安裝，施工周期較長。而拉管工程在拉管道機(jī)械安裝到位，主要采用拉管機(jī)在導(dǎo)向儀的指引下穿越，擴(kuò)孔過程是更換擴(kuò)孔鉆頭，利用導(dǎo)向鉆機(jī)回拉鉆桿進(jìn)行擴(kuò)孔，最后可將整體連接好的主管道利用拉管機(jī)直接回拖穿越。整個(gè)過程采用機(jī)械與儀器配合，并且管道穿越一次結(jié)束，大大節(jié)省了施工時(shí)間?？紤]施工進(jìn)度比較，宜采用拉管施工工藝。

3.6 工程造價(jià)

頂管施工工藝需要套管及主管材同時(shí)穿越，且套管的管徑較大，采用人工掘進(jìn)與半機(jī)械化施工，功效較低費(fèi)用較高。而拉管施工工藝可直接讓主管道穿越，并且利用機(jī)械化施工功效較高，頂管施工費(fèi)用相當(dāng)于兩倍以上的拉管施工費(fèi)用。在工程造價(jià)方面，宜采用拉管施工工藝。

4 結(jié)語

非開挖地下管線施工廣泛用于各類管線穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、湖泊，以及在市區(qū)、古跡保護(hù)區(qū)、農(nóng)作物或植被保護(hù)區(qū)等進(jìn)行污水、自來水、煤氣、電力、電訊、石油、天然氣等地下管線的施工，其技術(shù)特點(diǎn)具有不污染環(huán)境、不影響交通、施工周期短、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，已越來越受到人們的關(guān)注。

在非開挖地下管線施工中對比上述分析來看，頂管施工工藝主要是在施工可靠性、安全性以及管材的要求上優(yōu)于拉管施工工藝，且施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完善，便于施工控制操作。隨著社會科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，施工技術(shù)的逐步完善以及新型材料的不斷出現(xiàn)，拉管施工在可靠性、安全性方面有著較大的提升空間，同時(shí)拉管施工在施工進(jìn)度及工程造價(jià)上有著明顯的優(yōu)勢，所以在其地下管道施工中具有較強(qiáng)的推廣意義。陜西水利