陳興文　鄧?guó)P英

摘要：隨著城市的發(fā)展，市政給排水的問(wèn)題也日益突出，有些建好不久的市政道路路面進(jìn)行破路面開挖實(shí)施管道敷設(shè)，造成交通擁擠、影響美觀等問(wèn)題。定向頂管施工可以避免開挖，縮短施工工期，施工安全且節(jié)約成本。文章介紹了定向頂管施工應(yīng)用條件、頂進(jìn)方法的選擇、施工機(jī)械的選擇、泥漿配合比參數(shù)等幾個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：給排水管道；定向頂管施工；施工機(jī)械

中圖分類號(hào)：U447文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）12-0133-02

一、應(yīng)用條件

（一）管道所處土層

定向頂管（拖管）施工適用于殘積黏性土層或全風(fēng)化巖層，且無(wú)障礙物。

（二）管材選擇

1．拖拉用的管材宜采用高密度聚乙烯平壁管或無(wú)縫鋼管，管材的強(qiáng)度須滿足施工及使用階段的荷載要求。

2．高密度聚乙烯平壁管的物理性能應(yīng)符合下列規(guī)定：

短期彈性模量：≥800MPa

抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：≥19MPa

環(huán)剛度：≥8kN/m²

斷裂伸長(zhǎng)率：≥150%

管材允許的拖拉應(yīng)力按12 MPa控制。

3．鋼管性能應(yīng)符合下列規(guī)定：

壁厚：≥5mm屈服強(qiáng)度：≥210MPa

抗拉強(qiáng)度：≥415Mpa

二、頂進(jìn)方法的選擇

管道頂進(jìn)方法的選擇，應(yīng)根據(jù)管道所處土層性質(zhì)、管徑、地下水位、附近地上與地下建筑物、構(gòu)筑物和各種設(shè)施等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

在黏性土或砂性土層，且無(wú)地下水影響時(shí)，宜采用手掘式或機(jī)械挖掘式頂管法；當(dāng)土質(zhì)為砂礫土?xí)r，可采用具有支撐的工具管或注漿加固土層的措施；在軟土層且無(wú)障礙物的條件下，管頂以上土層較厚時(shí)，宜采用擠壓式或網(wǎng)格式頂管法；在殘積黏性土層或全風(fēng)化巖層且無(wú)障礙物的條件下，宜采用水平定向頂管（拖管）法，即導(dǎo)向鉆進(jìn)法，導(dǎo)向鉆進(jìn)法屬于微型隧道技術(shù)中的一種，其原理是：使用水平定向鉆機(jī)進(jìn)行穿越施工，工作過(guò)程是通過(guò)導(dǎo)向儀進(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，把設(shè)計(jì)管線回拖到擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中，完成管線穿越。施工過(guò)程一般分為三個(gè)階段：第一階段是從始發(fā)坑，按照設(shè)計(jì)曲線盡可能準(zhǔn)確地鉆一個(gè)導(dǎo)向孔：第二階段是導(dǎo)向孔鉆至目標(biāo)坑后，將導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔；第三階段是采用液壓裝置將設(shè)計(jì)管線（一般為PE管道或者鋼管）沿著擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔回拖，完成管線穿越工作，詳見圖1：

三、定向頂管施工

（一）工作井施工

首先施工入出土點(diǎn)兩個(gè)工作井，工作井的長(zhǎng)度和寬度根據(jù)所選機(jī)型確定，工作井的深度根據(jù)管道的高程確定。鉆機(jī)就位準(zhǔn)備工作完畢進(jìn)入導(dǎo)向。

（二）定向?qū)蚴┕?/p>

首先確定管材穿越的位置及線路，設(shè)立多個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)向，把探棒裝入鉆桿前的導(dǎo)向頭內(nèi)，通過(guò)探棒發(fā)射信號(hào)數(shù)據(jù)到地面的接收器，由地面接收器發(fā)射到鉆機(jī)的顯示屏。司鉆手根據(jù)顯示屏上顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行鉆進(jìn)(導(dǎo)向手與地下的導(dǎo)向頭同步跟蹤)，導(dǎo)向手根據(jù)接收器顯示的數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)講機(jī)指揮司鉆手按確定的坐標(biāo)及線路隨時(shí)調(diào)整鉆頭角度進(jìn)行鉆進(jìn)，導(dǎo)向鉆進(jìn)鉆桿起始傾斜角度控制在7°~9°之間，保證鉆進(jìn)軸線方向符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。導(dǎo)向鉆進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)查看鉆孔返回泥漿情況，根據(jù)返漿判斷地層含沙等情況，隨時(shí)調(diào)整泥漿配制比例，保證鉆進(jìn)的正常施工。直到出土為止導(dǎo)向完成，此時(shí)導(dǎo)向孔直徑約為鉆桿直徑+Φ100mm。

（三）回?cái)U(kuò)施工

導(dǎo)向完成開始擴(kuò)孔（擴(kuò)孔器為擠壓式），從孔徑（鉆桿直徑+Φ100mm）擴(kuò)至孔徑為（管徑+Φ300mm），回?cái)U(kuò)球頭依次循環(huán)回?cái)U(kuò)擴(kuò)孔同時(shí)注入化學(xué)泥漿（即膨潤(rùn)土等）以進(jìn)行護(hù)壁，以提高成孔率及防止孔塌并起到潤(rùn)滑作用，同時(shí)進(jìn)、出入工作基坑進(jìn)行排漿（擴(kuò)孔采取24小時(shí)不間斷作業(yè)）直至擴(kuò)孔完成。

因該地層為土層，回?cái)U(kuò)時(shí)應(yīng)注意泥漿比例的調(diào)整，保證不出現(xiàn)塌孔及斷孔的現(xiàn)象發(fā)生?；?cái)U(kuò)過(guò)程中鉆桿采用車輛拖運(yùn)周轉(zhuǎn)?；?cái)U(kuò)過(guò)程中應(yīng)保證鉆桿供應(yīng)及時(shí)，無(wú)意外情況盡量不中斷施工。為使擴(kuò)孔達(dá)到要求要進(jìn)行多次洗孔直到成孔，頂管前成孔系數(shù)必須符合施工要求，尤其泥漿配制應(yīng)滿足施工工藝要求，以減少管道回拖時(shí)摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)的增加。

（四）管線回拖施工

回拖是定向穿越的最后一步，也是最為關(guān)鍵的一步，在回拖時(shí)采用的方式是:等于管徑大小的擴(kuò)孔器+回拖萬(wàn)向節(jié)+管材穿越管線。在回拖時(shí)進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成阻力增大。管線回拖前仔細(xì)檢查各連接部位的牢固，并在回拖萬(wàn)向節(jié)和回拖管道之間增加兩個(gè)抗拖力U型卸扣，便于調(diào)整在回拖過(guò)程中的角度。

管道從進(jìn)口拖入時(shí)，若管道的長(zhǎng)度為50~80m左右，不需要其他機(jī)械進(jìn)行施工配合可由鉆機(jī)自行拖拉。

若管道的長(zhǎng)度>80m，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備吊車進(jìn)行施工配合，將管道吊起順入孔內(nèi)，待順入長(zhǎng)度達(dá)到50m～80m左右，方可進(jìn)行鉆機(jī)自行拖拉。

拖管時(shí)，管道下面每10m長(zhǎng)左右均勻布設(shè)特制滑輪，作為管道拖動(dòng)時(shí)的軸承作用，以減少磨阻力。當(dāng)管道較長(zhǎng)又受到道路場(chǎng)地的限制，管道隨著道路的彎曲放置，在彎曲的內(nèi)側(cè)，隨著彎曲均勻設(shè)置鋼管，鋼管采用金剛鉆孔立在道路上，外套大一規(guī)格的套管，拖管時(shí)擋住管道并隨著管道的移動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。配備多臺(tái)吊車把管道吊起并推動(dòng)，減輕管道的重量。

（五）竣工驗(yàn)收

管道拖管完成后，應(yīng)立即組織甲方及監(jiān)理等單位進(jìn)行竣工驗(yàn)收。

四、施工機(jī)械的選用

按照回拖力計(jì)算公式計(jì)算如下：

F=｜(P0-P1)｜×I×ρ

F─管壁與孔壁間的摩擦力(kV)；

ρ─土與管壁間的摩擦系數(shù)(0·2～0·6)；

P0─管子每米長(zhǎng)的重量；

P1─管子每米所受的浮力；

I─鋪管長(zhǎng)度。

P1在未入孔之前，沒(méi)有浮力。

在孔洞中，P1=π×D2×λ/4。

λ─泥漿比重：膨潤(rùn)土配置的泥漿1.02～1.03，化學(xué)聚合物配置的泥漿。

經(jīng)計(jì)算管重G=P0×I，定向拖管工程用于穿越施工的設(shè)備選用大于G+F水平定向鉆機(jī)就完全可以滿足施工的需要。

五、泥漿配比理論參數(shù)

泥漿配制：在鉆機(jī)開鉆前，提前采集水樣，進(jìn)行含鹽量pH的分析檢驗(yàn)，要求含鹽量（NaCl）<1%，含鈣量（Ca++）<120mg/L，檢查水樣合格后進(jìn)行泥漿的配制，另外配制泥漿的水質(zhì)不能是受管（拖管）施工在道路給排水中的應(yīng)用。

受到污染的臟水，必須采用干凈的水配制泥漿。泥漿是由水、膨潤(rùn)土及各類添加劑（包括：濾餅劑、增黏劑、潤(rùn)滑劑、護(hù)壁劑、堵漏劑等）組成，泥漿粘度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況和管徑大小確定，泥漿黏度值可根據(jù)下表規(guī)定選取。泥漿黏度宜用馬氏漏斗測(cè)量，每?jī)尚r(shí)測(cè)一次。

六、結(jié)語(yǔ)

定向頂管（拖管）成功實(shí)施，為今后較大管徑、長(zhǎng)距離的給排水管道施工創(chuàng)造了有利條件。它與傳統(tǒng)的頂管相比具有施工工期短、一次拖管距離長(zhǎng)、適用各種管徑、機(jī)械化程度高、施工誤差小等優(yōu)點(diǎn)。定向頂管（拖管）施工也受到一些條件限制，要求施工現(xiàn)場(chǎng)必須有充足的水源以保證定向頂管施工在導(dǎo)向階段、擴(kuò)孔階段、拖管階段整個(gè)作業(yè)的需要；要求在進(jìn)行拖管前必須把管道一次焊接成型，當(dāng)管道較長(zhǎng)時(shí)需要較大的施工場(chǎng)地進(jìn)行焊接施工和安放。定向頂管（拖管）施工也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在管線回拖施工的過(guò)程中，可能造成管道斷裂在孔中無(wú)法拖出的問(wèn)題，值得我們進(jìn)一步去思考和探索。