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)保設施建設項目規(guī)劃用地主要包括居住用地、村莊建設用地、商業(yè)服務業(yè)設施用地和公共管理設施用地等，服務面積約50.7km2，新建污水管道總長約186.646km，管徑為300～1 000mm。由于污水管網改造建設多處于居民村落建設用地中，接駁點多處于市政道路之上，受制因素諸多，施工精度、質量要求高，因此，需改進傳統(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技術。

2 施工重難點

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

2)本工程多處施工區(qū)段屬軟土層，常規(guī)暗挖技術在軟土層中施工時，如果不采取相關應對措施，管道安裝易發(fā)生偏差，且糾偏困難，難以滿足施工進度及質量要求。

3)傳統(tǒng)的實壁管生產工藝復雜，需真空吸塑水冷成型，由于內外冷卻不均勻，管壁內部易形成應力，存在徑向變形外力，易導致管材破裂，且影響回擴拉頂施工標高控制精度。

3 施工方案對比

3.1 開槽支護明挖施工法

開槽支護明挖施工法工藝流程為：①通過采取破除路面、設置支護結構、降水、基坑底土體加固等措施進行溝槽開挖；②基槽清理及管道安裝；③回填路基并壓實，做好路面水穩(wěn)層；④恢復路面。作為傳統(tǒng)的施工方法，工藝簡單，技術相對成熟，施工安全和質量易保證，但對周邊環(huán)境和交通的影響大，引起大量拆遷，難以應用于重要的交通要道，且現(xiàn)場施工受天氣情況影響較大。

3.2 頂管施工法

頂管施工法通過借助工作井內的后背墻作用力、頂進設備的頂力和中繼站的推力，克服頂進管道與環(huán)境土體間的摩擦力，將設計管道通過掘進機頭頂入土體設計軌道路徑中，并將土方運走。不斷重復管道頂進施工，將掘進機頭從工作井穿越土層，頂推至接收井內吊起，最終實現(xiàn)多節(jié)管道埋設于兩井的設計標高之間。作為市政管道施工核心技術，頂管施工法具有可穿越公路、鐵路、河流等障礙物，且不對交通進行隔斷，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。但應用于疏松土壤土質時，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和水文地質勘察資料，否則當施工過程中遇到相對惡劣的土層時，難以穿越及糾偏，工程造價偏高。

3.3 牽引管施工法

牽引管施工法采用導向鉆進技術，通過地表儀器接收導向鉆進鉆頭的相關鉆進參數信號，由平行定向鉆機實現(xiàn)鉆孔鉆進的軌道控制，按照管道設計軌跡，先完成先導孔施工，再根據鋪設要求的口徑進行回拉擴孔，直至孔徑符合要求，最后將管道拉入孔內，牽引施工，直至完成管道鋪設。牽引管施工法具有運行穩(wěn)定、施工質量可靠、施工速度快、造價低、占用場地少、噪聲小等優(yōu)點。但施工過程中存在諸多問題，如回拖管道過程中存在多種阻力，包括管道孔內自身摩擦阻力；管道在導向孔段易產生彈性變形，對孔壁產生附加阻力；回拖過程中堆積在管道端部的泥渣產生隨回拖管道長度增加而增大的阻力；鉆孔施工時可能出現(xiàn)卡鉆、鉆頭脫落和鉆桿折斷等問題。

3.4 非開挖管道拉頂鋪設技術

非開挖管道拉頂鋪設技術根據設計圖紙開挖微型工作井和接收井，并布置拉頂鉆機和頂進設備；采用拉頂鉆機導向鉆孔，導向孔施工完畢后，利用拉頂鉆機主拉力與頂進設備輔頂力邊擴孔邊拉頂管道，并通過泥漿管向擴孔內壁噴射觸變泥漿，實現(xiàn)非開挖管道鋪設施工。該技術具有工序少、拉頂標高控制要求高、作業(yè)面操作可控度高和施工質量有保障等特點，適用于微型管道施工，進、出場速度快，現(xiàn)場布置可靈活調整，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

通過綜合對比分析，結合工程實際情況與目標要求，為更好地保證工程安全、質量、進度，以質量安全關鍵技術突破和質量科學理論實踐為核心，本工程采用非開挖管道拉頂鋪設技術。

4 施工設備

施工設備根據拉頂管道所需拉頂力選擇，為更好地發(fā)揮技術優(yōu)勢，選用YZ-480型福龍鉆進行拉頂鋪設施工。福龍鉆為齒輪齒條給進結構，采用電控開式液壓系統(tǒng)(柱塞變量泵+柱塞變量馬達)，使其在變量控制裝置的作用下可根據實際需求在一定范圍內調整輸出特性，達到恒流、恒壓、恒速等，具有顯著的節(jié)能效果。設備動力強勁，性能穩(wěn)定可靠，操作方便、靈活，效率高。發(fā)動機功率為194kW，最大輸出扭矩為23 500N·m，鉆機回拖力為520kN，鉆進給進力為520kN，入射角為12°～20°，泥漿泵最高壓力為9MPa，最大回擴孔徑為1 200mm。

5 工藝原理

非開挖管道拉頂鋪設施工將拉頂鉆機設置在地面上，微型工作井內僅設置頂進設備(見圖1)。鋪設管道過程中主要通過拉頂鉆機主拉力拉動管道，輔以頂進設備的頂進力推動管道，因此工作井內采用小型頂進設備。微型工作井容積小，挖掘量低，施工周期短，工作井挖掘施工對路面及土層的破壞小，可盡量避免施工對周圍管線、結構物及交通路況的影響，解決了常規(guī)頂管因場地限制無法開挖工作井的難題。此外，由于拉頂鉆機設置在地面上，大大降低了施工過程中埋機頭開天窗的風險，施工對土層擾動小，排泥漿量少，具有施工安全、可靠、方便的特點。擴孔、清孔、拉頂管道同步進行，提高施工效率，降低施工成本，縮短施工工期。

圖1 拉頂鋪設施工示意

采用液壓先導導向鉆進技術，在穿井過程中自動獲取地層信息，方便進行鉆桿校核、限位，導向鉆桿實時拉力確保了其在導向孔中保持拉直狀態(tài)，有效確保管道鋪設的水平度，實現(xiàn)了管道鋪設標高控制要求，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)的不均勻沉降問題。

非開挖管道拉頂鋪設技術采用雙密封自鎖承插接口的復合實壁管作為拉頂管材，自密封接頭，自鎖死，無須用電，防滲、防震，消除了材料內部應力，大大提高了標高控制精度。

6 關鍵技術與操作要點

6.1 工作井和接收井開挖

根據施工要求測量放線，開挖微型工作井和接收井。

6.2 拉頂鉆機和相關頂進設備布置

1)做好施工部署，拉頂鉆機布置在接收井一側的地面上，頂進設備布置在工作井內。

2)配合拉頂鉆機使用的配件包括導向鉆桿、可安裝于導向鉆桿末端的導向鉆頭及擴孔鉆頭，導向鉆桿內布置泥漿管，擴孔鉆頭上設有連通泥漿管的噴漿孔。頂進設備包括液壓傳動系統(tǒng)和水平設置的液壓頂桿，液壓頂桿受液壓傳動系統(tǒng)驅動，可向接收井方向水平頂進。

6.3 導向鉆孔

根據設定的鉆孔路徑和電子測向儀實時監(jiān)測結果，利用拉頂鉆機的導向鉆頭，由拉頂鉆機附近地面向接收井下部斜向鉆引入孔，繼續(xù)利用拉頂鉆機的導向鉆頭由接收井下部向工作井下部沿水平方向鉆導向孔。

6.4 安裝擴孔鉆頭

導向鉆孔完成后，在工作井內拉頂鉆機導向鉆桿上安裝擴孔鉆頭，在擴孔鉆頭前端安裝1塊封管板，封管板上開有排泥孔。向工作井內吊入1根拉頂施工管道，使管道置于頂進設備液壓頂桿前端，管道前端與擴孔鉆頭前端的封管板連接固定。

6.5 擴孔、清孔、拉頂管道

啟動拉頂鉆機和頂進設備，利用拉頂鉆機的主拉力與頂進設備的輔頂力邊擴孔邊拉頂管道。擴孔拉頂過程中，泥土由封管板的排泥孔進入管道內，采用清孔器排入工作井內，實現(xiàn)清孔。由拉頂鉆機通過泥漿管向擴孔內壁噴射護壁泥漿，管道大部分進入導向孔時停止拉頂鉆機和頂進設備作業(yè)，將液壓頂桿端松離管道。

6.6 循環(huán)拉頂管道施工

向工作井內吊入新管道，將該管道置于頂進設備液壓頂桿前端，管道前端與已拉頂入導向孔內的前1根管道端連接。啟動拉頂鉆機和頂進設備，利用拉頂鉆機的主拉力與頂進設備的輔頂力邊擴孔邊拉頂管道。擴孔拉頂過程中，泥土由封管板排泥孔進入管道內，采用清孔器排入工作井內，實現(xiàn)清孔，并由拉頂鉆機通過泥漿管向擴孔內壁噴射護壁泥漿，管道大部分進入導向孔時停止拉頂鉆機和頂進設備作業(yè)，將液壓頂桿端松離管道。重復拉頂管道施工，將多根管道依次拉頂至導向孔內，直至導向孔內鋪滿端部依次連接的管道，第1根管道前端位于接收井內，最后1根管道末端位于工作井內。

6.7 場地清理

拆除管道前端連接的封管板，撤離拉頂鉆機及配件、頂進設備、排泥泵，清理施工場地，完成管道拉頂施工。

7 結語

普寧市環(huán)保設施建設工程暗挖施工過程中，針對施工作業(yè)面小、管道易發(fā)生偏差、管道材料內部應力影響標高精度控制等難題，采用非開挖管道拉頂鋪設技術，并與傳統(tǒng)暗挖施工技術進行對比分析。工程實踐表明，非開挖管道拉頂鋪設技術提高了施工效率，確保了施工安全，節(jié)約了施工成本，達到良好施工效果，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技術適用于砂土、黏土地層和大部分非硬巖地區(qū)，對卵石層的適用性需作進一步研究。