陳偉鵬

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，排水工程的非開挖施工工藝有機(jī)械頂管[1]、螺旋二次頂管[2]和水平定向鉆[3]常規(guī)工藝。但應(yīng)用在小管徑排水管道施工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不同的困擾：

傳統(tǒng)頂管多為泥水平衡頂管，一般的頂進(jìn)管徑≥D 800，較少應(yīng)用于小管徑管道頂進(jìn)。實(shí)施時(shí)須建大直徑臨時(shí)支擋結(jié)構(gòu)（工作井、接收井），一方面對(duì)施工場(chǎng)地有一定要求，另一方面臨時(shí)結(jié)構(gòu)無(wú)法長(zhǎng)期使用且造價(jià)高。而且頂管在流砂地質(zhì)頂進(jìn)容易發(fā)生偏移，過(guò)程糾偏困難。在復(fù)雜的地下環(huán)境或突變的地質(zhì)中，頂管機(jī)容易遇地下障礙物或孤石而卡機(jī)，難以退出且影響工期。

螺旋二次頂管適用小管徑＜D 800 管道施工，同樣須建工作井、接收井，并且先導(dǎo)管頂進(jìn)、送土螺旋管回收，后排水管道頂進(jìn)作二次頂管。施工效率低，頂進(jìn)距離短（一般在60 m 內(nèi)）。頂進(jìn)機(jī)頭遇軟土層易下沉，遇卵石層易上爬，遇兩側(cè)軟硬土層易跑偏，在小口徑排水管施工中少有應(yīng)用。

近年來(lái)水平定向鉆多用于小管徑排水管過(guò)路、過(guò)河段短距離敷設(shè)施工。具有施工所需空間小，地面施工便捷，遇障礙物可在地表處理，埋設(shè)管道接頭少且熱熔連接整體性強(qiáng)，工期快，造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)被逐漸推廣。但實(shí)際施工中存在以下問(wèn)題：（1）由于擴(kuò)孔孔徑大導(dǎo)致管道敷設(shè)標(biāo)高控制不準(zhǔn)確；（2）由于拖拉阻力大導(dǎo)致管道敷設(shè)距離短且管道容易軸向變形；（3）淤泥或砂性地質(zhì)中洞口止水困難。較少應(yīng)用于長(zhǎng)距離排水管的施工。

后經(jīng)以下幾個(gè)方面改良：（1）擴(kuò)孔鉆頭帶導(dǎo)流槽，拉管時(shí)通過(guò)拉管帽開孔使泥漿流入管道，保持內(nèi)外壓力平衡，減少摩擦力和阻力，不易拉死管和破壞管結(jié)構(gòu)。管道懸浮在孔道中心流水標(biāo)高誤差小。技術(shù)升級(jí)后稱為導(dǎo)漿拉管技術(shù)；（2）減小擴(kuò)孔孔徑，加密導(dǎo)向控制點(diǎn)，通過(guò)先做控制井后導(dǎo)向拉管，工藝改良后可用于長(zhǎng)距離排水管敷設(shè)；（3）設(shè)計(jì)“井內(nèi)滿水牽引加水下堵漏”的措施克服在不良地質(zhì)（淤泥或砂層）下施工。在傳統(tǒng)定向鉆基礎(chǔ)上改進(jìn)了工藝—導(dǎo)漿拉管[4]，發(fā)展成整套管、井施工技術(shù)，解決軟土地基小管徑排水管的非開挖施工問(wèn)題。

1 工藝介紹

1.1 導(dǎo)漿拉管工藝

（1）先實(shí)施檢查井的施工，作為排水管敷設(shè)的標(biāo)高控制井。工作井根據(jù)地勘情況，地質(zhì)良好、地下水位低則采用逆作法施工，完工后內(nèi)砌檢查井。砂層或淤泥不良地質(zhì)、地下水豐富則采用帶水沉井法施工。

（2）工作坑開挖，開展導(dǎo)向鉆孔。為提高標(biāo)高控制精度，加密導(dǎo)孔控制點(diǎn)，對(duì)鉆頭定位要求每3 m 測(cè)量一次深度。如實(shí)際位置及深度偏離計(jì)劃軌跡需糾偏時(shí)，應(yīng)再進(jìn)行加密測(cè)量（間隔為1 m）。控制鉆桿軌跡走向，按設(shè)計(jì)高程導(dǎo)向，順利穿過(guò)各檢查井管孔。

（3）擴(kuò)孔施工，管道回拖導(dǎo)漿拉管。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告確定擴(kuò)孔器，擴(kuò)孔同時(shí)注入泥漿。根據(jù)旋轉(zhuǎn)和回拉的壓力反饋逐步加大擴(kuò)孔孔徑，維持一定泥漿壓力和流速。孔徑不宜過(guò)大，滿足管道回拖不卡鉆即可。一般擴(kuò)孔后環(huán)隙不超25 mm，避免完工后環(huán)隙引起的地面沉降。

（4）管道回拖完成后，對(duì)檢查井內(nèi)泥漿進(jìn)行清水置換。底部抽取泥漿，上部注入清水，最后封堵洞口縫隙。

（5）縫隙封堵后，排干井內(nèi)清水，割除井內(nèi)管道上部作流槽。對(duì)管道清洗并采用內(nèi)滲法檢驗(yàn)。合格后對(duì)定向鉆造斜段注漿處理，避免產(chǎn)生地面沉降。檢查井安裝蓋板，恢復(fù)路面。

1.2 頂拉管工藝

后因施工現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)一些受場(chǎng)地限制而無(wú)法雙邊造斜牽引的問(wèn)題，發(fā)展出一種可單邊造斜的定向鉆工藝—先導(dǎo)頂拉管[5]。

該工藝先采用定向鉆技術(shù)導(dǎo)向管道敷設(shè)軌跡，后通過(guò)地面定向鉆機(jī)提供前進(jìn)拉力和扭矩，帶動(dòng)地下掘進(jìn)機(jī)克服迎面阻力和切削扭矩。同時(shí)利用工作井內(nèi)千斤頂提供前進(jìn)的頂力，克服通過(guò)鉆桿傳遞的設(shè)備余力。實(shí)現(xiàn)非開挖下各種復(fù)雜土體破碎同時(shí)精準(zhǔn)敷設(shè)管道。

（1）施工先做檢查井后定向?qū)Э足@進(jìn)。同樣把檢查井作為標(biāo)高控制井，鉆桿通過(guò)井管孔和加密導(dǎo)孔控制點(diǎn)的約束，實(shí)現(xiàn)管道準(zhǔn)確地敷設(shè)。與導(dǎo)漿拉管一次拖管穿過(guò)多個(gè)檢查井的區(qū)別：頂拉管工藝是在全線末端的檢查井開始裝管頂拉，待兩井段頂拉完成后，則從前一個(gè)井重新裝管頂拉前一段。依次操作穿過(guò)全線檢查井，每個(gè)井均可裝管頂拉，如圖1 所示。因此單次敷設(shè)長(zhǎng)度比導(dǎo)漿拉管長(zhǎng)。

圖1 頂拉管工藝示意圖

（2）其中回拉和頂進(jìn)方式分別與傳統(tǒng)牽引管和泥水平衡頂管類同。不同的是頂拉管采用柔性密封自鎖接口實(shí)壁管，集中了牽引管和頂管管材的優(yōu)點(diǎn)：首先，其為柔性材質(zhì)且強(qiáng)度高，滿足受拉、受壓工況，對(duì)地質(zhì)不均勻沉降的適應(yīng)性強(qiáng)；其次，具有雙密封接頭（鋸形密封齒和橡膠圈，見圖2），隨頂壓自緊鎖死，抗壓抗拉抗剪，達(dá)到防滲防震要求；最后，管道輕質(zhì)，管節(jié)最小長(zhǎng)度僅0.5～1m，便于在小空間下管安裝。

圖2 柔性密封自鎖接口的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和實(shí)物圖

2 工程實(shí)例

2.1 概況

中山市產(chǎn)業(yè)平臺(tái)（民眾園）建設(shè)項(xiàng)目幸福大道新建800 m DN 500 污水管，埋深約4～5 m，位于淤泥質(zhì)土層。由于地質(zhì)條件差，雨季地表水下滲后，淤泥呈流塑狀，主管的支護(hù)開挖出現(xiàn)槽底隆起、支護(hù)樁踢腳變形等不安全問(wèn)題。經(jīng)試驗(yàn)分析后決定采用導(dǎo)漿拉管工藝施工主管。此外，因現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地受限，接戶管的管槽開挖一側(cè)鄰近項(xiàng)目施工便道，另一側(cè)臨近施工中的廠區(qū)。為不中斷便道通行，同時(shí)要克服廠區(qū)無(wú)法提供牽引所需雙邊造斜空間，接戶管調(diào)整采用頂拉管工藝施工。本工程關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)具體如下。

2.2 標(biāo)高控制井

主管單次拉管長(zhǎng)度為200 m，全長(zhǎng)分4 次操作，4段拉管之間設(shè)置轉(zhuǎn)接井（內(nèi)尺寸＞2 m）銜接。同時(shí)結(jié)合污水檢查井最大間距規(guī)定，主管每50 m 設(shè)置檢查井。接戶井則為頂管工作井，井內(nèi)頂進(jìn)和裝管所需，內(nèi)尺寸＞2 m。

以上轉(zhuǎn)接井、檢查井、工作井均為工藝標(biāo)高控制井，在淤泥含潛水地質(zhì)下采用帶水沉井法[6]實(shí)施。沉井形式采用圓形，具有受力均勻、出土方便、不易傾斜、下沉易控的優(yōu)點(diǎn)。沉井按永久排水結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，不另設(shè)井中井，節(jié)省造價(jià)。最終統(tǒng)一設(shè)計(jì)為表1兩種尺寸的控制井。

表1 標(biāo)高控制井尺寸表

2.3 地基處理和止水措施

淤泥地質(zhì)下，采用高壓旋噴樁作沉井底軟基處理。樁徑0.5 m，間距1～1.2 m，實(shí)樁長(zhǎng)5～10 m，復(fù)合地基承載力＞100 kPa，如圖3 所示。此外，地面鉆機(jī)也需作基礎(chǔ)處理，采用2 m×1.5 m×1.5 m 混凝土塊固定。

導(dǎo)漿拉管中擴(kuò)孔回拉管和頂拉管中頂管的進(jìn)、出井前，均需在井內(nèi)定位開孔。為維持該過(guò)程的井外泥水平衡，保障井內(nèi)臨時(shí)作業(yè)安全。在井外洞口左右1 m 范圍施打2 排高壓旋噴樁止水，樁直徑0.5 m，樁間搭接0.15 m，實(shí)樁長(zhǎng)為管徑上下1 m 范圍，如圖3 所示。

圖3 沉井地基處理和止水措施（單位：mm）

由于頂拉管需要全過(guò)程在工作井內(nèi)裝管、頂進(jìn)，為進(jìn)一步維持井外泥水平衡，保障井內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)安全。在井內(nèi)進(jìn)、出洞方向增設(shè)密封板止水，如圖4所示。

圖4 帶密封倉(cāng)密封板

2.4 管材選擇

導(dǎo)漿拉管宜選用實(shí)壁管，一方面內(nèi)外壁光滑減少拉管阻力，另一方面整體性強(qiáng)、環(huán)剛度好、自帶柔性且抗拉強(qiáng)度大。主管管材采用牽引專用PE 100 聚乙烯實(shí)壁管，電熱熔連接并切除接口內(nèi)翻邊[7]。管材環(huán)剛度≥12.5 kN/m2，SDR 值為17，含硅量3%～5%，要求符合《非開挖工程用聚乙烯管》（CJ/T 358—2019）[8]標(biāo)準(zhǔn)。

頂拉管為前拉后頂方式，管道經(jīng)傳力桿鎖緊形成一個(gè)整體，利于管道糾偏扶正。因此接戶管搭配使用承插口實(shí)壁管，柔性密封承插自鎖連接。管材環(huán)剛度≥12.5 kN/m2，要求符合《柔性密封自鎖接口聚乙烯纏繞實(shí)壁排水管及配件》（T/GD STT 1—2020）[9]。

2.5 工藝流程

本工程工藝流程和施工組織分別如圖5 和圖6所示。軟基處理與沉井預(yù)制可以同時(shí)實(shí)施，主管的導(dǎo)漿拉管與接戶管的頂拉管可以同步施工，節(jié)省工期，利于工程推進(jìn)。

圖5 工程工藝流程圖

圖6 工程施工組織圖

導(dǎo)漿拉管受單次允許最長(zhǎng)拉管距離限制，長(zhǎng)距離污水管敷設(shè)采用分次分段拉管。要求每段拉管采取同一方向?qū)Э祝藦呐潘较虻纳嫌瓮掠毋@孔。相鄰兩段拉管的平面中心線須錯(cuò)開一定安全距離，如圖3 所示，完工后管道通過(guò)轉(zhuǎn)接井內(nèi)設(shè)置流槽銜接。

2.6 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

上述兩種工藝完工后管道的允許偏差按《給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50268—2008）[10]規(guī)定執(zhí)行。管道水平軸線偏差小于±100 mm，管內(nèi)底高程偏差控制+20 mm、-30 mm，管道橢圓度不超過(guò)1%。最后采用內(nèi)滲法結(jié)合CCTV 檢測(cè)作密閉性檢查。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 支護(hù)明挖與新型定向鉆對(duì)比

以本工程實(shí)例，對(duì)選用支護(hù)明挖、導(dǎo)漿拉管、頂拉管在施工造價(jià)和工期方面作簡(jiǎn)單對(duì)比，見表2。

表2 導(dǎo)漿拉管、頂拉管和支護(hù)明挖對(duì)比表

支護(hù)明挖主要因?yàn)槿€施打拉森鋼板樁止水止泥，同時(shí)管槽底須作拋填方式軟基處理，最終總造價(jià)較高。相比下，非開挖工藝僅在控制井處采取樁處理，即使控制井尺寸較大，綜合分?jǐn)偤竺垦用坠艿朗┕ぴ靸r(jià)較低。而頂拉管由于工藝所需使用高強(qiáng)度、短管管材，管材單價(jià)、安裝人工和整體工期均比導(dǎo)漿拉管工藝高。

3.2 導(dǎo)漿拉管、頂拉管的應(yīng)用

傳統(tǒng)定向鉆工藝存在標(biāo)高控制不準(zhǔn)、拉管阻力大距離短、管道易變形、洞口止水困難、環(huán)隙大易造成地面沉降，不適用于長(zhǎng)距離、對(duì)標(biāo)高控制精準(zhǔn)的排水管道施工。

導(dǎo)漿拉管工藝充分考慮到軟土地質(zhì)的管、井施工銜接問(wèn)題，在拉管減阻、標(biāo)高控制、止水措施、造斜加固等方面改進(jìn)。已在珠三角地區(qū)得到驗(yàn)證和推廣應(yīng)用，適合淤泥地質(zhì)、地下水高、明挖困難條件下長(zhǎng)距離、小口徑排水管的高效施工。

頂拉管工藝融合了傳統(tǒng)定向鉆和泥水平衡頂管的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件，便于管道準(zhǔn)確定位與糾偏，僅需入土段造斜空間。適用于長(zhǎng)距離、場(chǎng)地受限無(wú)雙邊造斜空間的排水管施工。