非開(kāi)挖管道施工技術(shù)在農(nóng)村飲水安全工程中的應(yīng)用

高廣軍 黃海榮

（啟東市水務(wù)局，江蘇 南通 226200）

1 工程概況

啟東市農(nóng)村飲水安全工程總投資4.5億元，鋪設(shè)各類(lèi)管道長(zhǎng)達(dá)6800 km，安裝各類(lèi)表井30萬(wàn)座，涉及全市11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，297個(gè)行政村，直接受益農(nóng)村居民92萬(wàn)人。主體工程于2012年底全部完成，2013年6月實(shí)現(xiàn)了全市區(qū)域供水全覆蓋的目標(biāo)。針對(duì)啟東農(nóng)村居民住宅窕埭式分布的現(xiàn)狀，結(jié)合穿越河流、道路寬度、土質(zhì)等實(shí)際狀況，工程建設(shè)中因地制宜采用了多種非開(kāi)挖施工技術(shù)。

2 傳統(tǒng)施工方式的局限

（1）管道穿越等級(jí)河道。供水管道遇到穿越河道時(shí)，一種是采用傳統(tǒng)大開(kāi)挖方式，不但要先破壞河堤，還要對(duì)河道做引流，開(kāi)挖工程量大，難度大，產(chǎn)生的費(fèi)用也較高，且工期長(zhǎng)。另一種傳統(tǒng)的施工方式是隨橋敷設(shè)，前提是必須在合適的管位存在滿足荷載要求的橋梁，還要對(duì)橋梁進(jìn)行穩(wěn)定性檢測(cè)，對(duì)管道裸露部分進(jìn)行特殊處理，同樣會(huì)產(chǎn)生較高的費(fèi)用。

（2）管道穿越等級(jí)公路。國(guó)務(wù)院《城市道路管理?xiàng)l例》明文規(guī)定：“新建、擴(kuò)建、改建的城市道路交付使用后5年內(nèi)、大修的城市道路竣工后3年內(nèi)不得挖掘”。即使對(duì)農(nóng)村公路進(jìn)行開(kāi)挖，也同樣會(huì)使道路質(zhì)量變差、壽命縮短，而且容易造成交通堵塞，嚴(yán)重者還會(huì)伴有地下管線被挖壞的事故發(fā)生。

（3）管道穿越障礙物。管道施工中遇到一些要穿越的、但是跨度較大、埋層較深的障礙物時(shí)（如軍事掩體、電力方涵、污水方涵等），若從障礙物上方穿越則埋深不夠，若從障礙物下方通過(guò)，挖得太深危險(xiǎn)性大，且不易施工。

（4）管道穿越農(nóng)村埭路。啟東市農(nóng)村居民住宅呈獨(dú)特的窕埭式布局，“非”字型分布于埭路兩側(cè)，一般埭路中間位置有中心路連接南北埭路。農(nóng)村供水埭管鋪設(shè)時(shí)要貫穿中心路和進(jìn)宅道路，入戶(hù)管道鋪設(shè)時(shí)須頻繁貫穿埭路，如果都采用傳統(tǒng)的切割開(kāi)挖方式，勢(shì)必嚴(yán)重破壞已建中心路（埭路、進(jìn)宅路）的整體性。

3 非開(kāi)挖管道施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

（1）穿越主干道路不會(huì)阻礙周邊交通，不會(huì)破壞綠地、植被或影響居民的正常生活和工作環(huán)境，避免了傳統(tǒng)開(kāi)挖施工對(duì)居民生活和出行的干擾以及對(duì)交通、環(huán)境、周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響。

（2）穿越主干河流時(shí)，由于管線埋在河床以下3 m以上，地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少，從而起到自然防腐和保溫的作用，可保證管線使用時(shí)間比跨河拱管更長(zhǎng)。施工時(shí)無(wú)需在水面或水下作業(yè)，不影響河道通航，不損壞河道兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu)，且施工不受季節(jié)限制，施工周期短、人員少、成功率高、施工安全可靠。

（3）現(xiàn)代化的鉆進(jìn)設(shè)備穿越精度高，易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深，管線弧形敷設(shè)距離長(zhǎng)，完全可以滿足設(shè)計(jì)埋深要求，定向鉆進(jìn)甚至可以使管線根據(jù)導(dǎo)向儀指示繞過(guò)地下障礙物。

（4）設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)地速度快，施工場(chǎng)地可以靈活調(diào)整，并且施工占地少，施工建設(shè)速度快。尤其是在農(nóng)村道路白色化率較高的情況下采用非開(kāi)挖管道施工技術(shù)，相比切割破路開(kāi)挖造價(jià)明顯降低，同時(shí)可保證農(nóng)村道路的整體性，延長(zhǎng)使用壽命。

4 非開(kāi)挖管道施工技術(shù)的類(lèi)型

4.1 水平定向鉆進(jìn)法

水平定向鉆進(jìn)法在農(nóng)村飲水安全工程中，主要運(yùn)用于骨干河道、高速公路、重要建筑物等管道穿越施工，穿越長(zhǎng)度在50～200 m之間，一般是直徑在160～315 mm連接區(qū)域供水主干網(wǎng)至各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的主干輸水管道，管材選用SDR11PE100級(jí)管道。

4.1.1 工作原理

水平定向穿越是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行導(dǎo)向和探測(cè)，先鉆出一個(gè)與設(shè)計(jì)曲線相同的導(dǎo)向孔，然后再將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，把目標(biāo)管道回拖到擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中，完成管線穿越的施工過(guò)程。

4.1.2 施工工藝流程

（1）鉆導(dǎo)向孔。根據(jù)管線穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和地下泥漿馬達(dá)，開(kāi)動(dòng)泥漿泵對(duì)準(zhǔn)入土點(diǎn)進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下由鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)切削地層，不斷前進(jìn)，每鉆完一根鉆桿測(cè)量一次鉆頭的實(shí)際位置，以便及時(shí)調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計(jì)要求，如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個(gè)導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。

（2）擴(kuò)孔。農(nóng)村飲水安全工程設(shè)計(jì)管線口徑一般較小，施工單位使用小型鉆機(jī)作業(yè)，直徑160 mm管道一般不需要預(yù)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔回拖一次完成。對(duì)直徑200 mm以上的管道，需要進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，預(yù)擴(kuò)孔就是在導(dǎo)向孔完成后，將該鉆孔擴(kuò)大到合適的直徑以方便安裝目標(biāo)管道，擴(kuò)孔次數(shù)取決于最終成孔尺寸。

（3）管線回拖。地下孔經(jīng)過(guò)預(yù)擴(kuò)，達(dá)到了回拖要求之后，將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，從出土點(diǎn)開(kāi)始，一邊擴(kuò)孔一邊將管線回拖至入土點(diǎn)為止。由于擴(kuò)好的孔中充滿泥漿，所以產(chǎn)品管線在擴(kuò)好的孔中是處于懸浮狀態(tài)，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤(rùn)滑，這樣既減小了回拖阻力，又保護(hù)了管線防腐層。

4.1.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）管材選擇。啟東市農(nóng)村飲水安全工程中，水平定向穿越拖管均采用SDR11PE100級(jí)管道,并由國(guó)家級(jí)檢測(cè)中心按照GB/T13663-2000規(guī)范檢測(cè)合格。實(shí)際施工中，由于管徑160 mm以下的普通供水管道也采用PE管材質(zhì)，為防止用材混淆，采取監(jiān)理旁站制度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（2）焊接。由于在PE管回拉過(guò)程中，需要承受摩擦拖動(dòng)阻力、沿鉆道彎曲產(chǎn)生的“絞盤(pán)力”、流體動(dòng)力學(xué)拖力產(chǎn)生的流體阻力等形成的軸向拉伸應(yīng)力，所以對(duì)管材熱熔焊接要求非常高，必須按照規(guī)范進(jìn)行磨盤(pán)、對(duì)接、熱熔、控溫，確保焊接口光滑飽滿。拖管作業(yè)完成，經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)管道彈性恢復(fù)后，須立即進(jìn)行管道嚴(yán)密性試驗(yàn)。

（3）回拖?；赝现氨仨殢?fù)查管材的焊接質(zhì)量及搬運(yùn)過(guò)程中是否損傷?；赝蠒r(shí)密切注意孔內(nèi)情況，鉆機(jī)操作手應(yīng)密切注意控制鉆機(jī)的拉力和速度，確保回拖平衡，盡量避免發(fā)生卡管、鋪管受擠壓變形、泥漿滲出等事故。一旦發(fā)生事故切忌生拉硬拽，須分析原因，采取相應(yīng)的解決措施。

4.2 水平螺旋鉆進(jìn)法

水平螺旋鉆進(jìn)法在農(nóng)村飲水安全工程中，主要運(yùn)用于縣鄉(xiāng)公路、小型建筑物的管道穿越施工，穿越長(zhǎng)度在10～50 m之間，一般是直徑在90～110 mm之間連接鎮(zhèn)與村之間的輸水管道，選用SDR11 PE100級(jí)管道。

4.2.1 工作原理

水平螺旋鉆進(jìn)是通過(guò)連接鉆機(jī)的螺旋鉆桿向切削鉆頭傳遞鉆壓和扭矩來(lái)切削土屑，并將土屑排到工作坑，然后利用螺旋鉆桿將目標(biāo)PE管拖入孔洞中完成管道鋪設(shè)的施工過(guò)程。

4.2.2 施工工藝流程

（1）機(jī)座導(dǎo)軌。開(kāi)挖長(zhǎng)方形工作基坑，鋪設(shè)由兩根平行的箱型鋼結(jié)構(gòu)焊接在軌枕上制成的基坑導(dǎo)軌，確保螺旋鉆桿在工作坑中有一個(gè)穩(wěn)定的導(dǎo)向。

（2）鉆孔。確定管道中心線位置后，通過(guò)加長(zhǎng)連接螺旋鉆桿推動(dòng)鉆頭前行，直至鉆頭到達(dá)目的基坑，如果貫穿線路土質(zhì)比較堅(jiān)實(shí)，需要數(shù)次逐步更換大一號(hào)的鉆頭，重復(fù)鉆孔過(guò)程，直至管孔滿足目標(biāo)管道穿越要求。

（3）回拖。將已經(jīng)預(yù)制完成的目標(biāo)PE管固定在鉆頭一端，鉆機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)管道回拖。

4.2.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）軸線控制。螺旋鉆桿雖具有一定的方向控制能力，但不可控制鋪管方向，施工精度有限。因此，鉆機(jī)安裝時(shí)，必須仔細(xì)校正軸線、高程及坡度，使其符合管道設(shè)計(jì)軸線及坡度,否則難以保證成孔的軸線位置與設(shè)計(jì)一致。

（2）鉆速控制。應(yīng)根據(jù)土質(zhì)情況控制鉆孔速度，不能過(guò)快，以免土質(zhì)不均勻或遇到石塊時(shí)，軸線發(fā)生偏差。鉆孔時(shí)遇到小石塊可慢速鉆進(jìn)，將石塊擠向一側(cè)，遇到大石塊便只有退回鉆桿，換位鉆進(jìn)。

4.3 套管護(hù)壁水沖鉆進(jìn)法

套管護(hù)壁水沖鉆進(jìn)法在農(nóng)村飲水安全工程中，主要運(yùn)用于鄉(xiāng)村道路穿越施工，穿越長(zhǎng)度在5～10 m之間，一般是直徑63～90 mm之間連接村與組之間的配水管道，護(hù)壁套管采用普通無(wú)縫鋼管，穿越管道按設(shè)計(jì)要求使用普通PE100管。

4.3.1 工作原理

套管護(hù)壁水沖鉆進(jìn)是利用相對(duì)大口徑鋼管護(hù)壁，高壓水槍內(nèi)射掏土，邊引流邊頂進(jìn)，最終貫穿形成符合設(shè)計(jì)要求的管孔，退出護(hù)壁鋼管，穿入目標(biāo)PE管道的施工方式。

4.3.2 施工工藝流程

（1）基坑引流槽開(kāi)挖。在管槽一側(cè)垂直向開(kāi)挖泥水引流槽，引流槽底高程低于管槽20 cm，通向周邊河道等低洼地。

（2）高壓水槍沖泥?？梢圆捎酶邏呵逑窜?chē)的水沖槍?zhuān)瑖娮炜谥睆?～4 mm，射水壓力15 MPa，噴射時(shí)水沖槍伸入護(hù)壁管，通過(guò)高壓水力沖刷，排出泥水，實(shí)現(xiàn)護(hù)壁鋼管的頂進(jìn)。

（3）管道穿越。貫通后迅速拔出護(hù)壁鋼管，穿入預(yù)制完成的目標(biāo)PE管，防止孔洞坍塌。

4.3.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）套管跟進(jìn)定位。采用高壓水沖槍套管內(nèi)射水，可以進(jìn)行小范圍、大進(jìn)深、快速掏土，但必須控制好鋼套管的水平和垂直位置偏差，確保成形管孔的線型基本接近設(shè)計(jì)管線，同時(shí)要對(duì)鋼套管均勻加力及時(shí)跟進(jìn)，防止過(guò)分掏土出現(xiàn)空洞。

（2）管位修正。目標(biāo)PE管穿越后，進(jìn)行管位修正，并在道路兩側(cè)各預(yù)留足夠長(zhǎng)度的管道，便于后期的管道連接施工。

4.4 擠壓式頂管法

擠壓式頂管法在農(nóng)村飲水安全工程中運(yùn)用最為廣泛，主要是穿越寬度3～5 m的農(nóng)村埭路、居民進(jìn)宅水泥路，一般是管道直徑為50～63 mm到農(nóng)戶(hù)宅前的配水管，穿越管道按設(shè)計(jì)要求使用普通PE100管。

4.4.1 工作原理

擠壓式頂管法是由挖掘機(jī)推動(dòng)直徑稍大于目標(biāo)口徑的鋼棒，使頭部呈錐形的鋼棒在限位器中水平向前擠壓，直至貫穿成孔的穿越方法。

4.4.2 施工工藝及過(guò)程

（1）安裝限位器。在挖掘機(jī)工作臂一側(cè)的管槽中安裝前后雙孔限位裝置，用于穩(wěn)定鋼棒擠壓穿越過(guò)程中的方向，調(diào)整限位器位置，盡量使其中心線的走向和水平高程與設(shè)計(jì)管線保持一致。

（2）擠壓頂進(jìn)。挖掘機(jī)對(duì)鋼棒尾部徐徐加力，推動(dòng)鋼棒前行擠壓直至貫穿成孔。

（3）管道穿越。穿入目標(biāo)PE管道，調(diào)整道路兩側(cè)管道長(zhǎng)度。

4.4.3 質(zhì)量控制要點(diǎn)

擠壓式頂管法鋪管技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)單，不需要較高的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，施工成本低；缺點(diǎn)是：當(dāng)?shù)貙訔l件發(fā)生變化或遇到障礙物時(shí)，容易偏離設(shè)計(jì)方向，施工精度較低。因此，在施工時(shí)要求挖掘機(jī)操作手把握好挖機(jī)手臂的前推平穩(wěn)度，同時(shí)，關(guān)注路面是否出現(xiàn)隆起等變化情況。

5 結(jié)語(yǔ)

啟東市農(nóng)村飲水安全工程中采用的各種非開(kāi)挖管道施工技術(shù)，有的使用已經(jīng)被廣泛認(rèn)可的成熟施工機(jī)械，有的使用自制的施工機(jī)械或構(gòu)配件，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，從技術(shù)層面以及施工對(duì)農(nóng)村環(huán)境和道路的影響方面、施工經(jīng)濟(jì)層面都具有顯著優(yōu)勢(shì)，凸顯了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。