非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)在城鎮(zhèn)環(huán)保設(shè)施改造中的應(yīng)用

邱俊新

(廣東省第四建筑工程有限公司，廣東 廣州 510100)

1 工程概況

普寧市環(huán)保設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃用地主要包括居住用地、村莊建設(shè)用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地和公共管理設(shè)施用地等，服務(wù)面積約50.7km2，新建污水管道總長(zhǎng)約186.646km，管徑為300～1 000mm。由于污水管網(wǎng)改造建設(shè)多處于居民村落建設(shè)用地中，接駁點(diǎn)多處于市政道路之上，受制因素諸多，施工精度、質(zhì)量要求高，因此，需改進(jìn)傳統(tǒng)的頂管施工法和牽引管施工法，采用非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)。

2 施工重難點(diǎn)

1)本工程污水管網(wǎng)建設(shè)與改造多處于居民村落建設(shè)用地中，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)面狹小，限制了大型工作井的開挖及大型設(shè)備的使用，且周邊地下管線眾多、布置復(fù)雜，對(duì)施工造成一定影響。因此，管道施工開挖須適應(yīng)場(chǎng)地條件。

2)本工程多處施工區(qū)段屬軟土層，常規(guī)暗挖技術(shù)在軟土層中施工時(shí)，如果不采取相關(guān)應(yīng)對(duì)措施，管道安裝易發(fā)生偏差，且糾偏困難，難以滿足施工進(jìn)度及質(zhì)量要求。

3)傳統(tǒng)的實(shí)壁管生產(chǎn)工藝復(fù)雜，需真空吸塑水冷成型，由于內(nèi)外冷卻不均勻，管壁內(nèi)部易形成應(yīng)力，存在徑向變形外力，易導(dǎo)致管材破裂，且影響回?cái)U(kuò)拉頂施工標(biāo)高控制精度。

3 施工方案對(duì)比

3.1 開槽支護(hù)明挖施工法

開槽支護(hù)明挖施工法工藝流程為：①通過(guò)采取破除路面、設(shè)置支護(hù)結(jié)構(gòu)、降水、基坑底土體加固等措施進(jìn)行溝槽開挖；②基槽清理及管道安裝；③回填路基并壓實(shí)，做好路面水穩(wěn)層；④恢復(fù)路面。作為傳統(tǒng)的施工方法，工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)成熟，施工安全和質(zhì)量易保證，但對(duì)周邊環(huán)境和交通的影響大，引起大量拆遷，難以應(yīng)用于重要的交通要道，且現(xiàn)場(chǎng)施工受天氣情況影響較大。

3.2 頂管施工法

頂管施工法通過(guò)借助工作井內(nèi)的后背墻作用力、頂進(jìn)設(shè)備的頂力和中繼站的推力，克服頂進(jìn)管道與環(huán)境土體間的摩擦力，將設(shè)計(jì)管道通過(guò)掘進(jìn)機(jī)頭頂入土體設(shè)計(jì)軌道路徑中，并將土方運(yùn)走。不斷重復(fù)管道頂進(jìn)施工，將掘進(jìn)機(jī)頭從工作井穿越土層，頂推至接收井內(nèi)吊起，最終實(shí)現(xiàn)多節(jié)管道埋設(shè)于兩井的設(shè)計(jì)標(biāo)高之間。作為市政管道施工核心技術(shù)，頂管施工法具有可穿越公路、鐵路、河流等障礙物，且不對(duì)交通進(jìn)行隔斷，可有效改善地面沉降，將施工引起的粉塵及噪聲污染控制在最小水平的優(yōu)勢(shì)。但應(yīng)用于疏松土壤土質(zhì)時(shí)，施工精度不足，易引發(fā)地面沉降。頂管施工前須有詳盡的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘察資料，否則當(dāng)施工過(guò)程中遇到相對(duì)惡劣的土層時(shí)，難以穿越及糾偏，工程造價(jià)偏高。

3.3 牽引管施工法

牽引管施工法采用導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)，通過(guò)地表儀器接收導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆頭的相關(guān)鉆進(jìn)參數(shù)信號(hào)，由平行定向鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)鉆孔鉆進(jìn)的軌道控制，按照管道設(shè)計(jì)軌跡，先完成先導(dǎo)孔施工，再根據(jù)鋪設(shè)要求的口徑進(jìn)行回拉擴(kuò)孔，直至孔徑符合要求，最后將管道拉入孔內(nèi)，牽引施工，直至完成管道鋪設(shè)。牽引管施工法具有運(yùn)行穩(wěn)定、施工質(zhì)量可靠、施工速度快、造價(jià)低、占用場(chǎng)地少、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。但施工過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，如回拖管道過(guò)程中存在多種阻力，包括管道孔內(nèi)自身摩擦阻力；管道在導(dǎo)向孔段易產(chǎn)生彈性變形，對(duì)孔壁產(chǎn)生附加阻力；回拖過(guò)程中堆積在管道端部的泥渣產(chǎn)生隨回拖管道長(zhǎng)度增加而增大的阻力；鉆孔施工時(shí)可能出現(xiàn)卡鉆、鉆頭脫落和鉆桿折斷等問(wèn)題。

3.4 非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)

非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙開挖微型工作井和接收井，并布置拉頂鉆機(jī)和頂進(jìn)設(shè)備；采用拉頂鉆機(jī)導(dǎo)向鉆孔，導(dǎo)向孔施工完畢后，利用拉頂鉆機(jī)主拉力與頂進(jìn)設(shè)備輔頂力邊擴(kuò)孔邊拉頂管道，并通過(guò)泥漿管向擴(kuò)孔內(nèi)壁噴射觸變泥漿，實(shí)現(xiàn)非開挖管道鋪設(shè)施工。該技術(shù)具有工序少、拉頂標(biāo)高控制要求高、作業(yè)面操作可控度高和施工質(zhì)量有保障等特點(diǎn)，適用于微型管道施工，進(jìn)、出場(chǎng)速度快，現(xiàn)場(chǎng)布置可靈活調(diào)整，可有效提高施工效率，降低施工成本，縮短施工工期。

3.5 方案比選

通過(guò)綜合對(duì)比分析，結(jié)合工程實(shí)際情況與目標(biāo)要求，為更好地保證工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度，以質(zhì)量安全關(guān)鍵技術(shù)突破和質(zhì)量科學(xué)理論實(shí)踐為核心，本工程采用非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)。

4 施工設(shè)備

施工設(shè)備根據(jù)拉頂管道所需拉頂力選擇，為更好地發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，選用YZ-480型福龍鉆進(jìn)行拉頂鋪設(shè)施工。福龍鉆為齒輪齒條給進(jìn)結(jié)構(gòu)，采用電控開式液壓系統(tǒng)(柱塞變量泵+柱塞變量馬達(dá))，使其在變量控制裝置的作用下可根據(jù)實(shí)際需求在一定范圍內(nèi)調(diào)整輸出特性，達(dá)到恒流、恒壓、恒速等，具有顯著的節(jié)能效果。設(shè)備動(dòng)力強(qiáng)勁，性能穩(wěn)定可靠，操作方便、靈活，效率高。發(fā)動(dòng)機(jī)功率為194kW，最大輸出扭矩為23 500N·m，鉆機(jī)回拖力為520kN，鉆進(jìn)給進(jìn)力為520kN，入射角為12°～20°，泥漿泵最高壓力為9MPa，最大回?cái)U(kuò)孔徑為1 200mm。

5 工藝原理

非開挖管道拉頂鋪設(shè)施工將拉頂鉆機(jī)設(shè)置在地面上，微型工作井內(nèi)僅設(shè)置頂進(jìn)設(shè)備(見(jiàn)圖1)。鋪設(shè)管道過(guò)程中主要通過(guò)拉頂鉆機(jī)主拉力拉動(dòng)管道，輔以頂進(jìn)設(shè)備的頂進(jìn)力推動(dòng)管道，因此工作井內(nèi)采用小型頂進(jìn)設(shè)備。微型工作井容積小，挖掘量低，施工周期短，工作井挖掘施工對(duì)路面及土層的破壞小，可盡量避免施工對(duì)周圍管線、結(jié)構(gòu)物及交通路況的影響，解決了常規(guī)頂管因場(chǎng)地限制無(wú)法開挖工作井的難題。此外，由于拉頂鉆機(jī)設(shè)置在地面上，大大降低了施工過(guò)程中埋機(jī)頭開天窗的風(fēng)險(xiǎn)，施工對(duì)土層擾動(dòng)小，排泥漿量少，具有施工安全、可靠、方便的特點(diǎn)。擴(kuò)孔、清孔、拉頂管道同步進(jìn)行，提高施工效率，降低施工成本，縮短施工工期。

圖1 拉頂鋪設(shè)施工示意

采用液壓先導(dǎo)導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)，在穿井過(guò)程中自動(dòng)獲取地層信息，方便進(jìn)行鉆桿校核、限位，導(dǎo)向鉆桿實(shí)時(shí)拉力確保了其在導(dǎo)向孔中保持拉直狀態(tài)，有效確保管道鋪設(shè)的水平度，實(shí)現(xiàn)了管道鋪設(shè)標(biāo)高控制要求，有效克服了傳統(tǒng)牽引管在軟土層施工中易發(fā)生偏差且糾偏較困難的問(wèn)題。本方法在軟土地基中可采用排漿施工(排漿量為75%)，使管道外壁與土體密實(shí)接觸，有效避免傳統(tǒng)水泥頂管施工完成后出現(xiàn)的不均勻沉降問(wèn)題。

非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)采用雙密封自鎖承插接口的復(fù)合實(shí)壁管作為拉頂管材，自密封接頭，自鎖死，無(wú)須用電，防滲、防震，消除了材料內(nèi)部應(yīng)力，大大提高了標(biāo)高控制精度。

6 關(guān)鍵技術(shù)與操作要點(diǎn)

6.1 工作井和接收井開挖

根據(jù)施工要求測(cè)量放線，開挖微型工作井和接收井。

6.2 拉頂鉆機(jī)和相關(guān)頂進(jìn)設(shè)備布置

1)做好施工部署，拉頂鉆機(jī)布置在接收井一側(cè)的地面上，頂進(jìn)設(shè)備布置在工作井內(nèi)。

2)配合拉頂鉆機(jī)使用的配件包括導(dǎo)向鉆桿、可安裝于導(dǎo)向鉆桿末端的導(dǎo)向鉆頭及擴(kuò)孔鉆頭，導(dǎo)向鉆桿內(nèi)布置泥漿管，擴(kuò)孔鉆頭上設(shè)有連通泥漿管的噴漿孔。頂進(jìn)設(shè)備包括液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和水平設(shè)置的液壓頂桿，液壓頂桿受液壓傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，可向接收井方向水平頂進(jìn)。

6.3 導(dǎo)向鉆孔

根據(jù)設(shè)定的鉆孔路徑和電子測(cè)向儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果，利用拉頂鉆機(jī)的導(dǎo)向鉆頭，由拉頂鉆機(jī)附近地面向接收井下部斜向鉆引入孔，繼續(xù)利用拉頂鉆機(jī)的導(dǎo)向鉆頭由接收井下部向工作井下部沿水平方向鉆導(dǎo)向孔。

6.4 安裝擴(kuò)孔鉆頭

導(dǎo)向鉆孔完成后，在工作井內(nèi)拉頂鉆機(jī)導(dǎo)向鉆桿上安裝擴(kuò)孔鉆頭，在擴(kuò)孔鉆頭前端安裝1塊封管板，封管板上開有排泥孔。向工作井內(nèi)吊入1根拉頂施工管道，使管道置于頂進(jìn)設(shè)備液壓頂桿前端，管道前端與擴(kuò)孔鉆頭前端的封管板連接固定。

6.5 擴(kuò)孔、清孔、拉頂管道

啟動(dòng)拉頂鉆機(jī)和頂進(jìn)設(shè)備，利用拉頂鉆機(jī)的主拉力與頂進(jìn)設(shè)備的輔頂力邊擴(kuò)孔邊拉頂管道。擴(kuò)孔拉頂過(guò)程中，泥土由封管板的排泥孔進(jìn)入管道內(nèi)，采用清孔器排入工作井內(nèi)，實(shí)現(xiàn)清孔。由拉頂鉆機(jī)通過(guò)泥漿管向擴(kuò)孔內(nèi)壁噴射護(hù)壁泥漿，管道大部分進(jìn)入導(dǎo)向孔時(shí)停止拉頂鉆機(jī)和頂進(jìn)設(shè)備作業(yè)，將液壓頂桿端松離管道。

6.6 循環(huán)拉頂管道施工

向工作井內(nèi)吊入新管道，將該管道置于頂進(jìn)設(shè)備液壓頂桿前端，管道前端與已拉頂入導(dǎo)向孔內(nèi)的前1根管道端連接。啟動(dòng)拉頂鉆機(jī)和頂進(jìn)設(shè)備，利用拉頂鉆機(jī)的主拉力與頂進(jìn)設(shè)備的輔頂力邊擴(kuò)孔邊拉頂管道。擴(kuò)孔拉頂過(guò)程中，泥土由封管板排泥孔進(jìn)入管道內(nèi)，采用清孔器排入工作井內(nèi)，實(shí)現(xiàn)清孔，并由拉頂鉆機(jī)通過(guò)泥漿管向擴(kuò)孔內(nèi)壁噴射護(hù)壁泥漿，管道大部分進(jìn)入導(dǎo)向孔時(shí)停止拉頂鉆機(jī)和頂進(jìn)設(shè)備作業(yè)，將液壓頂桿端松離管道。重復(fù)拉頂管道施工，將多根管道依次拉頂至導(dǎo)向孔內(nèi)，直至導(dǎo)向孔內(nèi)鋪滿端部依次連接的管道，第1根管道前端位于接收井內(nèi)，最后1根管道末端位于工作井內(nèi)。

6.7 場(chǎng)地清理

拆除管道前端連接的封管板，撤離拉頂鉆機(jī)及配件、頂進(jìn)設(shè)備、排泥泵，清理施工場(chǎng)地，完成管道拉頂施工。

7 結(jié)語(yǔ)

普寧市環(huán)保設(shè)施建設(shè)工程暗挖施工過(guò)程中，針對(duì)施工作業(yè)面小、管道易發(fā)生偏差、管道材料內(nèi)部應(yīng)力影響標(biāo)高精度控制等難題，采用非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)，并與傳統(tǒng)暗挖施工技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。工程實(shí)踐表明，非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)提高了施工效率，確保了施工安全，節(jié)約了施工成本，達(dá)到良好施工效果，可為類似工程提供參考。作為新型施工工藝，非開挖管道拉頂鋪設(shè)技術(shù)適用于砂土、黏土地層和大部分非硬巖地區(qū)，對(duì)卵石層的適用性需作進(jìn)一步研究。