非開挖技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

吳伙平

摘 要：金山區(qū)朱涇鎮(zhèn)2017年都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范項目農(nóng)田水利配套工程有工期短、任務(wù)重，施工強度大的特點。為保證在倒虹吸施工過程中不影響現(xiàn)有河流的正常運行，且定向鉆穿越河道時覆蓋層薄，為保證該方案的可行性，在施工前進行了非開挖技術(shù)施工方案的技術(shù)研討，為后續(xù)的實施保駕護航。

關(guān)鍵詞：非開挖;定向鉆;水利工程

一、工程概況

1、工程概況

金山區(qū)朱涇鎮(zhèn)2017年都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范項目農(nóng)田水利配套工程主要位于上海市金山區(qū)朱涇鎮(zhèn)五龍村內(nèi)，東至石臼浦地帶，西至惠高涇地帶，北至新涇河地帶。

本工程施工內(nèi)容包括：新建灌溉泵站4座、灌溉管道15799米、襯砌明溝19101米、倒虹吸5座、閥門井84座、過路管27座、混凝土道路15749平方米，平整土地2391畝，以及配套給水栓、排水口等。

2、地質(zhì)條件

根據(jù)地勘報告，工程地質(zhì)為濱海平原地貌類型，濱海平原地貌區(qū)地層分布相對穩(wěn)定?，F(xiàn)場勘察深度（最大孔深為35.0m）范圍內(nèi)揭露的地基土為第四紀全新世和晚更新世Q43～Q32的沉積層，主要由回填土、粉質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉土、粘性土等組成。根據(jù)地勘報告結(jié)果表明，場地判定為不液化場地，可不考慮地基土的液化影響。

工程環(huán)境為Ⅲ類環(huán)境，場地內(nèi)地下水及地表水對混凝土基礎(chǔ)具有輕微腐蝕性，在長期浸泡環(huán)境條件下，地下水及地表水對鋼筋混凝土中的鋼筋有微腐蝕性。在干濕交替環(huán)境條件下，地下水和地表水對鋼筋混凝土中的鋼筋有微腐蝕性;地下水及地表水對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。地基土對混凝土有微腐蝕性。

二、倒虹吸施工屬性

根據(jù)設(shè)計要求，本次施工倒虹吸5座，管道為PE材質(zhì)管道，管道直徑φ750，施工長度為：21.1+河底寬（詳見下表）。其施工主要工程量如下：

定向鉆施工典型斷面圖

三、施工方法

1、施工設(shè)備

DX730型水平定向鉆機、配套鉆桿、200kw型發(fā)電機、35KW型泥漿泵、水罐車、硼潤土。

2、穿越施工流程

測量放樣→確定鉆機位置→現(xiàn)場鉆機調(diào)試→導(dǎo)向孔施工→擴孔施工→洗孔施工→管線回拖作業(yè)→場地清理。

3、測量放樣

按照交樁成果報告，項目部測量員進行交樁成果的復(fù)核，在滿足測量規(guī)范后上報復(fù)核測量成果。根據(jù)施工圖紙管線特征控制坐標輸入設(shè)備中，保證鉆機入土點和出土點的中心線一致。

4、定向鉆施工

（1）鉆機及配套設(shè)備就位

入土點確定后，鉆孔鉆機安放在需穿越的中心線位置，進行鉆機的調(diào)試工作。在調(diào)試結(jié)束后進行體統(tǒng)的連接和鉆機的試運轉(zhuǎn)。確保準確無誤后進行鉆進工作。

（2）測量控向參數(shù)

根據(jù)施工管線的特性和鉆機的操作規(guī)程，進行軸線位置坐標的核對，檢查軸線是否一致。同時在軸線特征點位置加密測點，每個特征點不少于4個控制坐標，在直線段可不進行加密控制測點。施工過程中及時做好施工記錄，將實測坐標與控制坐標作有效對比，取兩者有效的平均值作控制值，入土時鉆進角度為12度。能滿足成型的軸線符合設(shè)計要求。

在正式施工前，結(jié)合地勘報告做好地下物的探摸工作，確保在穿越軸線位置無地下障礙物，如軸線位置存在障礙物且不能完成清障工作，將及時與設(shè)計單位溝通商討變更方案。

（3）泥漿添加劑用量計算

估算公式：V=（π/4）×D2×L×系數(shù);

T= t×V

符號說明：

V：需用泥漿體積也相當于全部穿越工程中需用的水量，單位：m3;

D：擴孔直徑，單位：m;

L：從入土點到出土點的穿越長度（米），系數(shù)：1～5（根據(jù)土質(zhì)、管徑、長度、回擴次數(shù)等選用）

T：添加劑總用量，單位：kg;

T：每立方米水中加入的泥漿添加劑參考用量，單位：kg;

1）擴孔用水量：V1=0.4252×π/4×23.3×3=23.33m3

2）清孔用水量：V2= V1×0.5=11.67m3

3）膨潤土：40×（V1+V2）=1400Kg;每立方水添加40 Kg膨潤土

4）化學泥漿：2×（V1+V2）=70 Kg;每立方水添加2 Kg高分子聚合物

（4）泥漿配制

由于穿越經(jīng)過地層主要是河床底部。施工過程中對泥漿的配比要求非常高，為避免鉆進過程中因泥漿的配比不能滿足施工要求而造成的施工質(zhì)量事故。為此在施工過程中將采取如下施工措施：

1）施工過程中所需的用水量全部采用就近的市政管網(wǎng)中的自來水，施工現(xiàn)場設(shè)置儲水池，制漿過程中的用水從儲水池中直接取用，在施工前委托檢測單位對水質(zhì)進行檢測，達到標準后進行使用，保證施工用水的安全。

2）泥漿的配置按照試驗時確定的配比進行制漿，在施工現(xiàn)場安裝泥漿配合比單告示牌。根據(jù)不同的地質(zhì)狀況，調(diào)整膨潤土和添加劑的參量，保證配置的泥漿適合現(xiàn)場的不同地質(zhì)的要求。

3）為避免因膨潤土水化時間不足導(dǎo)致泥漿的性能不能滿足實驗室配合比的要求，為此在施工現(xiàn)場增加膨潤土水化裝置。在泥漿配置完成后泥漿輸入泥漿的儲存箱，用于后續(xù)的施工中。

4）為保證泥漿不外流，不污染周邊的環(huán)境，在鉆進的施工現(xiàn)場和管線的拼接組裝現(xiàn)場各設(shè)置若干個泥漿回收箱。廢棄的泥漿全部輸送至泥漿回收箱，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況經(jīng)過泥漿回收系統(tǒng)進行再次的利用，施工完成后泥漿按照處置要求進行集中的處置排放。

（5）鉆機試鉆

鉆機開鉆前，做好設(shè)備的安裝和調(diào)試工作，保證在施工過程中正常運轉(zhuǎn)。第一根鉆桿和鉆頭安裝結(jié)束后，按照施工圖紙和有關(guān)的施工驗收規(guī)范進行驗收，驗收合格后進行第一次的試鉆工作。在試鉆過程中檢查設(shè)備是否正常運轉(zhuǎn)，檢查無誤后即可正常的鉆進工作。

（6）鉆導(dǎo)向孔

在鉆進過程中實時關(guān)注設(shè)備的運行情況，如發(fā)生異常及時進行分析，選擇適宜的鉆頭和導(dǎo)向板或者地下泥漿馬達。開啟泥漿泵，在鉆頭的帶動下進行鉆頭的潤滑，不斷的切削地層，從而不斷的鉆進前行。在鉆桿完成一個工作行程后，及時測量鉆頭位置防止出現(xiàn)偏差過大，如偏差超過施工規(guī)范采取必要的糾偏措施。如此重復(fù)工作，直至鉆頭出現(xiàn)在預(yù)定的出土位置，完成整個導(dǎo)向孔的施工作業(yè)。

導(dǎo)向孔施工完成后，更換鉆頭進行擴孔和管道的回拖工作。鉆機控向設(shè)備引用英國公司生產(chǎn)的MGS定向系統(tǒng)。在施工過程中未防止導(dǎo)向孔與設(shè)計軸線發(fā)生偏移，在必要的時候可采用人工磁場，保證軸線精度滿足設(shè)計要求。

（7）預(yù)擴孔

本工程管線直徑750mm，在回拖管線進行預(yù)擴孔施工，預(yù)擴孔直徑為950mm。

在管線回拖時，將擴孔器、回拖活節(jié)和PE管線連接牢固。在開始回拖工作時，鉆機轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)后退，邊擴孔邊回拖。管線在活結(jié)的連接下，不隨鉆桿旋轉(zhuǎn)。管線四周的泥漿的包裹下處于懸浮狀態(tài)。泥漿在旋轉(zhuǎn)過程中起到潤滑、扇熱和減小回拖阻力，同時又能有效保護管線的防腐層

回拖管線時，先將擴孔工具和管線連接好，然后，開始回拖作業(yè)，并由鉆機轉(zhuǎn)盤帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)后退，進行擴孔回拖，產(chǎn)品管線在回拖過程中是不旋轉(zhuǎn)的，由于擴好的孔中充滿泥漿，所以產(chǎn)品管線在擴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滑，同時又很好地保護了管線的保護層。

（8）回拖管線。

進入回拖階段后，一次連接好回拖設(shè)備和管線。啟動回拖作業(yè)后因連續(xù)進行，避免因停工造成的回拖阻力過大。在施工過程中為防止保護管線的防腐層受到破壞，將采取必要的以下措施：

1）管線回拖，在施工現(xiàn)場開挖溝底寬1.5m，深度1.5m，注水深度1.0米的發(fā)送溝。在開挖過程中計算好坡度，確保管線平緩進入。

2）回拖過程中采用潤滑性較好的泥漿，既能起到泥土與管線的潤滑作用，減小回拖阻力，同時將鉆頭摩擦產(chǎn)生的熱量通過泥漿散發(fā)。保護了管線保護層的同時又增加了鉆頭工作的穩(wěn)定性。

四、非開挖施工成果

經(jīng)過一系列的精心組織施工，合理安排施工機械和人員，我標段按照合同節(jié)點提前2天完成倒虹吸施工任務(wù)。用目前已非常成熟的施工工藝，避免了常規(guī)明挖施工需斷流施工和土方處置的缺點，同時現(xiàn)場文明施工對周邊的影響降至最低。快速高效完成5座倒虹吸施工，在最短的時間內(nèi)改善周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水，得到了上級單位和群眾的一致好評。

五、結(jié)語

非開挖施工技術(shù)在水利工程中應(yīng)用實例偏少，但在市政工程中該施工技術(shù)已非常成熟。在施工工況改變的情況下，施工前認真進行技術(shù)研討分析，本工程倒虹吸的順利實施，為水利工程穿越土層薄、含水率大的非開挖技術(shù)的提供了一個成功的參考案例。