殷明浩

廣州市市政集團有限公司 廣東 廣州 510060

拉頂管施工技術(shù)的應用，可用于對城市污水管網(wǎng)工程在盡量減少對現(xiàn)有設施及交通損壞的情況下進行改造更新或新增污水管網(wǎng)，一方面能有效減少施工的問題、安全隱患，另一方面可較大提高施工效率。拉頂管施工技術(shù)的應用還可以加強各類風險的預防，一定程度上減少了隱藏的風險，促使城市污水管網(wǎng)工程的建設，朝著更科學的方向發(fā)展，整體上為城市建設提效增值。但是，該項技術(shù)的應用，要通過專業(yè)的技術(shù)團隊開展作業(yè)，故需努力建設高素質(zhì)的施工作業(yè)隊伍。

1 拉頂管施工技術(shù)概述

1.1 頂管技術(shù)

該項技術(shù)主要是用于市政工程項目當中的施工技術(shù)，具體表現(xiàn)為非開挖掘進式的管道鋪設技術(shù)。頂管技術(shù)的應用，有效地減少了對周圍環(huán)境及現(xiàn)有道路交通的影響，不僅施工場地需求較小，因在施工噪音比較低而對周邊居民的生產(chǎn)生活影響甚小[1]。頂管技術(shù)的應用，還可以深入地下開展作業(yè)，相對于明挖埋管而言，具有能大大減少挖方量及填方量等優(yōu)點，將極大提高經(jīng)濟效益。然而，頂管技術(shù)的應用，由于施工時長較大，一定程度會導致工程的造價比較高。

1.2 拉管技術(shù)

該項技術(shù)的應用，主要是通過非開槽的方式逐節(jié)安放管道，然后利用定向鉆機鉆孔的方法，在鉆進前端通過拖拉機械在鉆頭切削土及泥漿護壁之下的拉力作用，將管道逐節(jié)接長拖拉過來，一般情況下使用了一次性管道焊接成型的方法來作業(yè)，由此在保證施工質(zhì)量的前提下也能有效地提高施工效率。

2 拉頂管施工技術(shù)在污水管網(wǎng)工程中的應用

2.1 工程概況

本項目起點位于汕頭市與潮州市交界處的葫蘆市，樁號為K130+287，終點位于與金湖路交叉路口，樁號為K137+591，途經(jīng)汕頭市葫蘆市、月浦、西隴、中岐、下岐、新鄉(xiāng)等村鎮(zhèn)，路線全長7.304km。工程范圍：建設內(nèi)容主要包括完善道路配套設施、拆除部分路段側(cè)分帶、對路幅進行微調(diào)整、設置自行車道于人行道上，對輔道、機動車道橋頭引道進行調(diào)坡處理、完善排水系統(tǒng)、新增污水系統(tǒng)、人行道及道路沿線風貌等進行品質(zhì)提升改造。

2.2 排污工程

項目設計在沿線道路兩側(cè)輔道增設DN400--DN1200縱向污水管道，收集規(guī)劃區(qū)域污水排至下游惠來路的污水干管，最終排入北軸污水處理廠處理；設計對管徑大于DN800的采用鋼板樁支護明挖方案，對管徑小于DN800的采用機械拉頂管方案。綜合拉頂管設計方案，項目污水系統(tǒng)設置補充了污水管線縱斷面設計；施工前期加強了現(xiàn)狀道路沿線排水管、排水箱涵、供水干管等管線的調(diào)查，加強了道路集排水方案的論證，合理選擇污水管的設置位置。

2.3 施工管材的選擇

現(xiàn)階段的拉頂管施工，應充分把握好污水管材標準要求。比較常見的頂管施工管材是鋼筋混凝土管，該材質(zhì)的管材實際應用中能獲得更長的使用壽命，同時在施工工藝及操作便利性中較有保證，相對于非開挖埋管污水管頂進接口質(zhì)量控制有較好效果。另外，HPDE管材在頂拉管施工有廣泛應用，該類型的管材不僅具有較好的環(huán)保特點，同時由于該類管材本身具有的韌性，允許管道路徑存在一定的曲率變化，特別適用于埋深較深、需規(guī)避障礙物多及管道線路有曲率要求等污水管布設中使用。

拉頂管的施工工藝，可分為管道頂進與先導鉆頭后拉管兩種施工工藝，故應綜合管徑大小、地質(zhì)情況、管道節(jié)段長度及埋深等多方面因素，結(jié)合施工空間和施工工期的要求，進行管材的選擇。在管材的選擇方面，應更多考慮施工可行性及污水管道連接密封性，要確保管材的整體剛度滿足污水管道長期工作使用要求。拉頂管的發(fā)展過程中已有相關(guān)科技公司，開發(fā)出柔性密封自鎖承接插口實壁管。該類型的原材應用，一端為承口，另一端是插口，不僅對其他管材的優(yōu)點有效的融合，還在缺點上作了有效的規(guī)避。比如，該實壁管材易接功能相對突出，施工作業(yè)時不用熱熔連接，不需要通過電容連接，在井下的水環(huán)境施工方面不受影響，接口采用多道環(huán)形緊扣連接表現(xiàn)出緊密的狀態(tài)，工后管節(jié)出現(xiàn)滲漏的情況較少，質(zhì)量保證率高[2]。

2.4 工藝原理

拉管技術(shù)的作業(yè)原理，主要是通過先導式定向鉆頭，導向鉆頭在儀器控制下，較精確地確定管道的標高和管道的軌跡，鉆頭到達接管井后，然后利用拉管設備根據(jù)管道大小更換相應的回旋鉆頭并連接管節(jié)（除首節(jié)外，此后各管節(jié)一般采用液壓頂推套管連接。），在回旋鉆削土、漿液護壁及拉力的共同作用下，按原頂進軌跡逐節(jié)拉管至接收井。區(qū)別于傳統(tǒng)的先導式拉管施工工藝，整個拖拉管施工過程中拉力保持Fl＞0的狀態(tài)，只要施加足夠拉力同時以漿液護壁與潤滑減少管節(jié)與周邊土的摩擦力，該工藝的頂拉管便能適用于在管徑的更大、施工管段長度更長的管道敷設施工。

圖1 拉頂管施工原理示意圖

2.5 施工步驟

拉頂管的作業(yè)，主要是通過五個步驟順序來進行的，分別是前期準備、制作沉井、定向鉆導向、管節(jié)安裝、管道頂拉。施工過程中，每一個步驟都有其相應的規(guī)范及要求，具體如下：

第一，前期準備。該階段的工作主要通過前期的一系列準備，包括地質(zhì)物探、地下管線走向、地質(zhì)情況及地下水情況等進行詳細勘探，一方面以設計最佳的道線走向以規(guī)避障礙物或減少對現(xiàn)有管線或結(jié)構(gòu)物的破壞；另一方面為后續(xù)的連續(xù)施工做好較完備的預案；以進一步提高拉頂管的可靠性。拉頂管施工前還應加強施工物探和管線情況的技術(shù)交底，故需加強污水管網(wǎng)工程的基礎(chǔ)信息收集，以便正式施工前能順利開展。所有非明挖敷設管道的施工工藝，在管道鋪設的過程中均不允許長時間暫停，一管段間需連續(xù)一次性施工完成。主要原因是管道鋪設過程中，若因障礙物而長時間暫停，缺少流動的漿液減阻，已頂拉段管節(jié)或回旋鉆頭的周邊土體會重新建立力學平衡并向管周擠壓與增大接觸面，頂拉施工將無法重啟。而通過前期物探工作的準備，取得各管線單位的管網(wǎng)走向數(shù)據(jù)，并對施工人員作施工前技術(shù)交底，進一步優(yōu)化施作管道線路，將能大大減少施工過程可能遇到的困難。

第二，制作沉井。污水管節(jié)間及污水井對防滲漏均有較高的要求，因此制作沉井質(zhì)量有較高的要求。首先，一般情況下，城市污水管埋深均較深且比雨水管深，相應的沉井深度也較深。拉頂管在拉力與頂力的共同作用下，一次性拉頂管段的施工長度可通過多個井位。故施工前需根據(jù)管徑及管線走向，在沉井中相應的預留開口，以便管節(jié)的穿過，但預留開口不宜過大或過小，以適宜為好。過大不利于污水管與沉井開口間的止水而致密封性差；過小將不利于管節(jié)安裝或通過，將可能損壞管節(jié)或產(chǎn)生卡管現(xiàn)象。本工程使用管徑為400~800mm，節(jié)長80cm,預制沉井內(nèi)徑為規(guī)格為1800mm或2000mm，沉井施工完成后應復測沉底標高、開孔坐標等，同時進行止水。

第三，定向鉆導向施工。拉頂管的施工體系中，定向鉆導向施工是核心組成部分，應根據(jù)物探成果及施工圖紙要求綜合確定管道路線。并就按預定的路線進行導向施工，使定向鉆桿分別穿過起始井直到結(jié)束井。定向鉆導向的作業(yè)模式，可根據(jù)實際施工要求進行多元化的選擇?？刹捎每觾?nèi)導向的方式，該方法需要制作工作井，鉆桿從工作井內(nèi)沿著既定管道路線鉆進并通個導向儀對鉆頭方向進行控制。此方法的鉆頭標高準確度高。此外，在空間或地形條件限制情況下，可采用地面制造斜坡導向鉆進的方法，一般設備置于管道路線同一直線上，并將設備平放于起始井后方適當距離的地面上，利用導向鉆頭與地面形成一定夾角（一般要求小于45℃為宜）鉆進土層，設備與起始井的距離應保證鉆頭從地面到達起始井前，具有足夠長度空間進行調(diào)整鉆桿，使鉆桿能平直通過沉井預留開口。該方法不僅能有效的節(jié)約施工場地的空間，而且施工效率較高，但對控制鉆頭標高難度較大。

第四，管節(jié)安裝。拉頂管在污水管節(jié)拉頂?shù)臅r候，可以一次性穿過多個檢查井，不僅施工效率高，而且可減少鉆機設備的移動次數(shù)與降低地面占用頻次。從結(jié)束井往起始井方向，以兩井間為一井段，逐個井段進行拉頂管施工。管節(jié)安裝主要控制管節(jié)接口質(zhì)量，并在漿液護壁及潤滑的作用下，一次性地在盡可能短的時間內(nèi)完成一個井段的管節(jié)拉頂施工。

第五，管道頂拉。污水管道施工中管道頂拉作業(yè)是最為關(guān)鍵的工序，按預定導向管道路線鉆桿到達結(jié)束井后，鉆頭更換成與管徑相配的回旋鉆頭，再接管節(jié)連接器及管節(jié)，設備端注入提前制備的泥漿或其他漿液，回旋鉆擴孔并拖拉管道，并逐節(jié)吊裝管節(jié)及頂進，推動管道前進。在漿液潤滑減摩及回旋鉆擴孔拉管的共同作用下，管道可順利通過兩井段。根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，HPDE管在傳力桿鎖緊之下會產(chǎn)生預應力作用，此時已頂進段管道可近似地看作為一整個剛性體。由于有回旋鉆與管節(jié)連接器間有源源不斷的泥漿或漿液填充，已頂進的管道與其周邊土體會形成薄層泥漿皮，將有利于管段在拖拉頂進期間的潤滑減阻。實踐證明，不同的地質(zhì)采用不同的回旋鉆頭形式，收到的效果也截然不同。

圖2 回旋鉆頭

圖3 管節(jié)連接器

3 拉頂管施工技術(shù)在污水管網(wǎng)工程中的應用效果分析

本次拉頂管施工工藝在汕頭市省道233線潮汕路(金湖路-潮州交界)地方配套品質(zhì)提升改造工程勘察設計施工總承包項目的實際應用取得了良好的效果，不僅大大縮短了施工工期、保證了施工質(zhì)量及規(guī)避了采用深基坑明挖的施工危險性，同時也大大降低了工程造價，整體效益顯著。通過收集，就明挖埋管與拉頂管施工工藝進行相關(guān)指標對比，具體如下：

3.1 如何施工能收到更好的經(jīng)濟效益

經(jīng)濟效益好，面對現(xiàn)階段絕大多數(shù)城市道路及各管網(wǎng)已現(xiàn)初步成形，再進行污水管網(wǎng)新建或改造，相對于埋管深度大于3米的污水管敷設來說，采用傳統(tǒng)的明挖埋管施工往往需要大面積采用鋼板樁支護等安全措施，有時難以避免地破壞現(xiàn)狀地下管線，也會造成對現(xiàn)有道路進行破壞同時產(chǎn)生新的環(huán)保問題等。在綜合對比明挖埋管及拉頂管施工兩種不同的施工工藝來說，當?shù)刭|(zhì)為砂性土或淤泥質(zhì)土等無大塊石頭且均勻性較好的土層時，采用拉頂管施工能收到更好的經(jīng)濟效益。

表1 兩種施工工藝相關(guān)指標對比表

3.2 如何施工質(zhì)量高

污水管道敷設施工，對比拉頂管施工及明挖埋管兩種施工工藝，完工后進行CCTV檢測結(jié)果可得，由于拉頂管施工過程中，管節(jié)間在傳力桿拉力的作用下形成類似剛性體的管段，管周除相對均勻的土壓力外，無其他額外能促使管段變形的力，故完工后污水管道的流水面起優(yōu)較低，管節(jié)間連接效果更有保證，施工質(zhì)量也就更高。而明挖埋管施工質(zhì)量則不然，除了難以保證管段間地基承載力的均勻性外，還受回填效果的影響，且以上不利因素難以人為控制。

3.3 施工安全性高

污水管網(wǎng)絕大多數(shù)布設于城市道路兩側(cè)或之下，埋深較深且往往超過3米，此時明挖基坑屬危險性較大工程。如果周邊為建筑物或正在通行的道路，還需要增加其他基坑支護等安全措施，否則施工安全難以保證[3]。而拉頂管施工，由于其工藝特點，只需提前做好對現(xiàn)狀管線物探并確定各管網(wǎng)保護方案，進而可確定最佳的管線路線方案，拉頂管施工便能全面正常開展。除沉井內(nèi)有限空間作業(yè)屬危險較大工程外，基本無其他安全隱患。而有限空間作業(yè)只要按安全規(guī)范做好通風等安全措施，安全隱患皆可有效地規(guī)避。

4 總結(jié)

該施工工藝在汕頭市省道233線潮汕路(金湖路-潮州交界)地方配套品質(zhì)提升改造工程勘察設計施工總承包項目中應用的實踐效果可以看出，拉頂管施工技術(shù)在城市污水管網(wǎng)施工中的有效應用，對城市污水管網(wǎng)工程的發(fā)展產(chǎn)生了有效的促進作用，不僅施工質(zhì)量、施工安全有更多的保障，同時相對于傳統(tǒng)明挖埋管經(jīng)濟效益大為增加且施工環(huán)保問題更少，而這正是回歸工程建設增值的主旨所在。因此，在城市污水管網(wǎng)新建或更新工程當中，在適當?shù)牡刭|(zhì)條件的情況下，拉頂管施工技術(shù)皆值得設計和施工優(yōu)先考慮與使用的。