地箭式微型頂管施工技術(shù)的應(yīng)用

上海建工七建集團(tuán)有限公司，上海 200050

1 引言

常見的地下非開挖施工技術(shù)包含泥水平衡頂管、水平定向鉆（拖拉管）施工等，微型頂管技術(shù)（即地箭式工法）亦稱做二次頂管工法，技術(shù)成熟于德國與日本，是一種從地下鋪裝管道的技術(shù)，在避免對(duì)地上建筑物構(gòu)成破壞、不開挖地面情況下，首先利用液壓裝置將前導(dǎo)管按照設(shè)計(jì)軌跡推進(jìn)貫通，然后通過前導(dǎo)管（出土螺旋管）作為導(dǎo)體，在前導(dǎo)管（出土螺旋管）末端連接擴(kuò)孔切削頭并將擬鋪設(shè)的管道同時(shí)頂進(jìn)，最終完成管道鋪設(shè)的施工工藝。其又被分為標(biāo)準(zhǔn)地箭技術(shù)和改良式地箭技術(shù)，前者在管道頂進(jìn)過程中有排土步驟，后者則不需要排土。在國內(nèi)外地下非開挖管線敷設(shè)施工中得到了較為廣泛的應(yīng)用［1-3］。針對(duì)不同施工工況、地質(zhì)地貌以及不同的施工環(huán)境應(yīng)采用不同的施工方式及技術(shù)方法，對(duì)DN600 及以下管徑的污水管道施工微型頂管施工模式的選用，有著十分積極的意義。

2 技術(shù)特點(diǎn)

通過在地下非開挖管道工程標(biāo)準(zhǔn)及改良型地箭式微型頂管中，采取控制管道頂進(jìn)坡度、標(biāo)高，并進(jìn)行地下頂管施工，根據(jù)場地制約情況選用直徑2～3m 的環(huán)形鋼護(hù)筒圍護(hù)結(jié)構(gòu)，減小工作井基坑的施工難度及對(duì)周邊環(huán)境的不良影響，同時(shí)運(yùn)用止水鏡面框等措施，實(shí)現(xiàn)管道頂進(jìn)過程中對(duì)地下水土流失的控制，相對(duì)于傳統(tǒng)地下非開挖施工工藝（泥水平衡頂管、水平定向鉆工程等），具有施工周期短、工作井作業(yè)面小、施工便捷、需要人工較少、對(duì)周邊環(huán)境及既有管線影響小等特點(diǎn)。

3 適用范圍

地箭式微型頂管施工技術(shù)適用于對(duì)周邊環(huán)境及既有管線保護(hù)需求較高的城市排水、市政配套管線、地下非開挖施工等工程中的采用標(biāo)準(zhǔn)及改良型地箭式微型頂管工藝的直徑在DN600及以下的管道工程的施工。

4 工藝流程

現(xiàn)場勘測、頂力計(jì)算→鋼護(hù)筒井（工作、接收井）施工→安裝加固后靠背→架設(shè)機(jī)臺(tái)、安裝激光經(jīng)緯儀→頂進(jìn)箭頭及先導(dǎo)管→頂進(jìn)黑管→安裝機(jī)頭→混凝土管頂進(jìn)→拆除管路→窨井砌筑→拔除鋼護(hù)筒并灌砂回填。

4.1 鋼護(hù)筒井

對(duì)鋼護(hù)筒井的施工階段，則利用立式搖管機(jī)完成對(duì)各類直徑環(huán)形鋼護(hù)筒的搖管沉井施工，常用的鋼護(hù)筒直徑尺寸為Φ1890mm、Φ2090mm、Φ2590mm三種型號(hào)，均選用壁厚20mm的Q235B 鋼板制成，標(biāo)準(zhǔn)鋼護(hù)筒節(jié)每節(jié)高度為2m，刃腳節(jié)鋼護(hù)筒每節(jié)高度為1m，為減少鋼護(hù)筒在搖井下沉過程中的阻力，以及避免鋼護(hù)筒在搖井下沉?xí)r受地下不同土質(zhì)的干擾，刃腳節(jié)鋼護(hù)筒（最下節(jié)接土鋼護(hù)筒）接土一側(cè)需加工成鋸齒狀，鋸齒深度約10～20cm，可依據(jù)管節(jié)直徑及施工現(xiàn)場土質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)加工。

搖管機(jī)設(shè)備選用立式搖管機(jī)對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行下沉施工。施工前，由挖機(jī)將搖管機(jī)整體牽引到位（調(diào)整對(duì)齊搖管機(jī)圓心與井位中心），并進(jìn)行固定，利用液壓機(jī)及搖井機(jī)內(nèi)鋼護(hù)筒的箍鎖裝置，箍緊鋼護(hù)筒刃腳節(jié)并使其繞圓心做往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在搖井機(jī)液壓力及首節(jié)鋸齒鋼護(hù)筒共同作用下，實(shí)現(xiàn)鋼護(hù)筒對(duì)土體的切割，使得鋼護(hù)筒隨搖井機(jī)、液壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸沉入地下。在每一節(jié)鋼護(hù)筒完全進(jìn)入土體前，吊裝下一節(jié)鋼護(hù)筒并實(shí)施焊接，依此反復(fù)，直至護(hù)筒底部達(dá)到施工面后向下繼續(xù)插入標(biāo)高土體下約1～3m。并在之后完成井位土體開挖及封底施工。

4.2 設(shè)備安裝

在將推進(jìn)機(jī)臺(tái)吊入鋼護(hù)筒井內(nèi)后，根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙施放出管道中心軸線，在鋼筒軸線方向兩端做好標(biāo)記點(diǎn)，依據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高并通過鉛錘法安裝好底座槽鋼，槽鋼底與地板預(yù)留50cm空間，作為存儲(chǔ)地下水及少量泥沙的空間。底座槽鋼完成后，根據(jù)管道軸線安裝好底板及推進(jìn)臺(tái)。通過底板上的緊固螺栓固定好推進(jìn)臺(tái)。

推進(jìn)臺(tái)安裝完畢后，在機(jī)臺(tái)弧形后背與鋼筒井壁之間空隙用三角鐵焊接加固，確保在推進(jìn)過程中，機(jī)臺(tái)的穩(wěn)固性。根據(jù)管道軸線安裝好經(jīng)緯儀架，底座用快速水泥固定。把激光經(jīng)緯儀安裝在經(jīng)緯儀架上，通過調(diào)整經(jīng)緯儀架的高度控制管道高程，調(diào)整經(jīng)緯儀左右方向控制管道軸線。激光經(jīng)緯儀安裝完畢后，設(shè)置管道坡度。管道頂進(jìn)方向?yàn)樯掀聲r(shí)，坡度值為正數(shù)，反之為負(fù)數(shù)。

4.3 先導(dǎo)管頂進(jìn)

先導(dǎo)管的頂進(jìn)包含箭頭及導(dǎo)向管、內(nèi)推黑管、出土螺旋桿以及他們之間連接的變徑過渡接頭。激光經(jīng)緯儀架設(shè)完畢后，儀器設(shè)定好后開始先導(dǎo)管頂進(jìn)施工。先導(dǎo)管前端為導(dǎo)向箭頭，導(dǎo)向施工時(shí)，使經(jīng)緯儀目鏡十字絲中心位置照準(zhǔn)導(dǎo)向箭頭綠燈，當(dāng)發(fā)現(xiàn)十字絲中心偏離綠燈時(shí)，調(diào)整導(dǎo)向箭頭前端斜面方向，通過推進(jìn)臺(tái)的頂進(jìn)進(jìn)行糾偏。導(dǎo)向管按照激光經(jīng)緯儀設(shè)定坡度頂進(jìn)進(jìn)入接收井后，卸下導(dǎo)向箭頭，開始連接黑管。如遇地層含砂量大的地層，黑管頂進(jìn)過程中需在過渡接頭處加裝注水孔，起到注漿減阻的作用。

4.4 管材頂進(jìn)

黑管頂進(jìn)入接收坑后，將頂進(jìn)機(jī)頭安裝好，緩慢推進(jìn)洞內(nèi)，待機(jī)頭局部進(jìn)洞穩(wěn)固后，安裝機(jī)頭所用的高壓水管。

管道頂進(jìn)過程中，根據(jù)推力的大小，適時(shí)控制推進(jìn)速度，保證推力在一定范圍內(nèi)。當(dāng)施工頂進(jìn)距離較長，土層含砂量大時(shí)，在管道推進(jìn)過程中，砂層粘附于管道外壁，造成“抱管”現(xiàn)象，推進(jìn)阻力將變大。針對(duì)此種地質(zhì)特點(diǎn)，可使用非開挖施工專用的添加劑與清水配置成推進(jìn)泥漿，達(dá)到潤滑管道外壁，防止砂層粘附，降低管道在砂層中的阻力，減小推力的目的。

同時(shí)在頂進(jìn)先導(dǎo)管及管材的過程中，因管道出入洞口的位置會(huì)存在水土流失的現(xiàn)象，故需加裝鏡面框設(shè)施（環(huán)形鋼片+橡膠+緊固螺栓），以控制井內(nèi)流水流砂等泥土流失現(xiàn)象。

4.5 先導(dǎo)管拆除

管材頂進(jìn)過程中，每節(jié)先導(dǎo)管的頂進(jìn)需要對(duì)頂進(jìn)油缸進(jìn)行推進(jìn)及回縮的操作，并在每一節(jié)先導(dǎo)管頂進(jìn)完成后，安裝對(duì)應(yīng)長度的液壓油管及高壓水管。并且在每頂進(jìn)1m 后，于接收井內(nèi)接收并拆除對(duì)應(yīng)長度先導(dǎo)管，依次循環(huán)完成整個(gè)頂管施工過程。

頂進(jìn)機(jī)頭推進(jìn)過程中，在接收井進(jìn)行黑管及導(dǎo)向管拆除，泥漿隨管道頂進(jìn)送出到達(dá)接收內(nèi)，泥漿外棄需要泥漿車配合運(yùn)出。管道頂進(jìn)施工結(jié)束后，兩端管頭懸空部分，用磚塊或木方支撐，防止出現(xiàn)“磕頭”現(xiàn)象。

4.6 窨井砌筑

在頂管完成后，澆筑窨井墊層及基礎(chǔ)，并進(jìn)行管道流槽的澆筑及施工，并在井底管道口上方50cm 處切割鋼護(hù)筒，以便后期拔除（由于管道橫穿而未拔出的鋼護(hù)筒遺留在地下）。

窨井砌筑宜由下而上依次收口砌筑，可視深度情況由四九墻→三七墻→二四墻過渡，在井身砌筑完成后，對(duì)鋼護(hù)筒進(jìn)行拔除，并在拔除的同時(shí)，向基坑內(nèi)回填砂，并灌水沖實(shí)。在完成所有回填以及鋼護(hù)筒拔除的施工后進(jìn)行窨井井座的施工。

5 結(jié)語

地箭式微型頂管施工技術(shù)適用于DN600 及以下的管道工程的施工，周期短、工作井作業(yè)面小、施工便捷、需要人工較少、對(duì)周邊環(huán)境及既有管線影響小，對(duì)周邊環(huán)境及既有管線保護(hù)需求較高的城市排水、市政配套管線、地下非開挖施工等是一項(xiàng)優(yōu)選的非開挖工藝。