王 馳 劉志鋒

燃?xì)夤芫W(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,是跟隨城市發(fā)展而不斷發(fā)展和完善的一支主動(dòng)脈,主要埋設(shè)于城市各條道路的地下。按照傳統(tǒng),地下管線的鋪設(shè)采用開(kāi)槽埋管的施工技術(shù),對(duì)地面交通影響較大,同時(shí)給市民工作、生活帶來(lái)許多不便,特別在人口稠密的城市和交通擁擠的地區(qū)以及不允許開(kāi)挖的地段,這個(gè)矛盾就更加突出。而非開(kāi)挖技術(shù)(Trenchless Technolog,簡(jiǎn)稱TT),是指在不開(kāi)挖和少開(kāi)挖地表的條件下探測(cè)、檢查、修復(fù)、更換和鋪設(shè)各種地下公用設(shè)施(管道和電纜)的任何一種技術(shù)和方法。非開(kāi)挖技術(shù)起源于日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家,在國(guó)外已廣泛使用并逐步成熟,20世紀(jì)80年代我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)此技術(shù)和設(shè)備,現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)也已逐漸普及。

非開(kāi)挖技術(shù)主要用于管線鋪設(shè)、管線更換和管線修復(fù)三大類。管道不開(kāi)槽施工方法有很多種,主要有頂管法、氣動(dòng)矛鋪管法、夯管錘鋪管法、導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管法等。本文主要就頂管施工法和導(dǎo)向鉆進(jìn)法進(jìn)行探討。

1 頂管施工法

頂管施工法是借助于主頂油缸以及中繼間的頂進(jìn)力將機(jī)頭和緊隨其后的若干節(jié)管節(jié)頂出,穿越土層形成一道不開(kāi)挖的地下管道或通道,從而達(dá)到鋪設(shè)管道的目的。適用管徑較大,一般不小于600 mm。

1.1 特點(diǎn)

1)相比開(kāi)挖敷設(shè)技術(shù),投資和工期將大大節(jié)省;2)可以降低噪聲,減少粉塵,減輕對(duì)周?chē)h(huán)境的干擾和破壞;3)只開(kāi)挖工作坑和接收坑占地面積小,對(duì)地面交通干擾小;4)不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用;5)可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道,可以安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物;6)適用大口徑的管道;7)需要詳細(xì)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探資料;8)設(shè)備的專用性較高,工程對(duì)設(shè)備的依靠程度較大;9)地下的不確定性使其具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。

1.2 設(shè)備

頂管施工設(shè)備主要由頂管機(jī)、頂進(jìn)設(shè)備系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)及導(dǎo)軌、靠背等輔助設(shè)備組成。

1.3 施工方法

1.3.1 人員準(zhǔn)備

其作業(yè)班的核心人員有三個(gè):土建技術(shù)人員,負(fù)責(zé)測(cè)量、記錄和全面管理;機(jī)修工,負(fù)責(zé)機(jī)頭內(nèi)的操作;電工,負(fù)責(zé)主頂油泵的操作。其他輔助人員為8人～10人。

1.3.2 頂管出洞

出洞要求頂管機(jī)和管道既要能從工作井內(nèi)穿過(guò)出洞口進(jìn)入土中并沿設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn),又要求井外泥水不能流入井內(nèi),故要求工作井出洞口安裝可靠的密封裝置,一般是在洞口預(yù)埋鋼環(huán)或螺栓,用鋼環(huán)夾壓橡膠止水圈制成。橡膠圈內(nèi)徑略小于管節(jié)外徑,緊緊地包裹住管子外壁,阻止泥水流入井內(nèi)。

出洞頂進(jìn)時(shí),一定要不斷地測(cè)量,保證機(jī)頭和第一節(jié)管子位置正確。出洞和初頂時(shí),機(jī)頭和后續(xù)幾節(jié)管子用螺桿連成整體,這在約束導(dǎo)向能力很差的軟土中尤為重要。

1.3.3 頂進(jìn)與糾偏

頂進(jìn)應(yīng)與管外圍注漿同步進(jìn)行,其原則是先注漿,后頂進(jìn),隨頂進(jìn),隨注漿,以保證管外圍充滿泥漿套,充分發(fā)揮減阻和支承作用。頂進(jìn)速度一般為3 cm/min～4 cm/min,最大不超過(guò)5 cm/min。頂進(jìn)施工應(yīng)嚴(yán)格控制前5 m管道的頂進(jìn)偏差,其左右及高程偏差均不能超過(guò)0.5 cm。管道頂進(jìn)到離工作井井壁50 cm時(shí),應(yīng)停止頂進(jìn),使千斤頂回程,安裝下一管節(jié)并加頂鐵,然后繼續(xù)頂進(jìn)。

糾偏是頂管的重要工作,關(guān)系到整個(gè)工程的成敗。管道頂進(jìn)中發(fā)現(xiàn)管道偏移要立即采取措施糾正。要依照“隨偏隨糾,在頂進(jìn)過(guò)程中糾偏,一次糾偏量不能過(guò)大”的原則。頂進(jìn)糾偏可采取調(diào)整糾偏千斤頂?shù)霓k法,進(jìn)行編組操作。如同時(shí)有高程和方向偏差,則應(yīng)先糾正偏差大的一面。發(fā)生較大偏差應(yīng)分析發(fā)展趨勢(shì),采用分次逐步糾正,勤調(diào)微糾。當(dāng)頂管機(jī)頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí),可采取在管內(nèi)的相反方向增加壓重塊或在中間站提供旋轉(zhuǎn)糾正力矩等方法糾正。

1.3.4 頂進(jìn)出土

頂進(jìn)管節(jié)的方向和標(biāo)高控制,主要取決于挖土操作,頂管工作面上的挖土質(zhì)量不僅影響頂進(jìn)效率,更重要的是影響質(zhì)量控制。因此,熟練的操作工是重要的技術(shù)力量。

挖土應(yīng)本著“勤挖、勤出、勤頂”的原則操作,在該掘進(jìn)機(jī)前艙安裝有土壓表,通過(guò)掘進(jìn)機(jī)前土壓的變化控制出土及頂進(jìn)。

1.3.5 管道安裝

套管頂進(jìn)完成后即可進(jìn)行燃?xì)夤艿赖陌惭b工作,如為鋼管將鋼管均分成2節(jié),截成6 m一根(能放入工作井內(nèi)),管道用起重設(shè)備吊入井內(nèi)配合安裝,架在鋼制的滑輪架子上,焊接完成后前拉后頂進(jìn)入套管內(nèi),支架作為永久性支架留在混凝土管內(nèi)。

2 導(dǎo)向鉆進(jìn)法

導(dǎo)向鉆進(jìn)法是利用導(dǎo)向鉆桿進(jìn)行地下鉆進(jìn),通過(guò)回?cái)U(kuò)成型管道孔,并利用鉆桿回拖拉入管道達(dá)到不開(kāi)挖鋪設(shè)管道的方法。適用管徑較小,一般在400 mm以下。

2.1 特點(diǎn)

1)無(wú)需開(kāi)槽,可實(shí)現(xiàn)穿越施工,速度快,效率高;2)導(dǎo)向儀導(dǎo)向,躲避障礙,準(zhǔn)確率高;3)操作簡(jiǎn)便,施工安全性好;4)不用開(kāi)挖操作坑,成本低,經(jīng)濟(jì)效益顯著;5)施工場(chǎng)地要求簡(jiǎn)單,對(duì)周?chē)h(huán)境影響和破壞很小;6)導(dǎo)向探測(cè)與管線探測(cè)相結(jié)合,適合復(fù)雜地層條件下施工;7)適合小管徑的PE管施工。

2.2 設(shè)備

導(dǎo)向鉆進(jìn)設(shè)備主要由導(dǎo)航系統(tǒng)、鉆機(jī)、泥漿攪拌系統(tǒng)和附屬設(shè)備組成。

2.3 施工方法

2.3.1 人員組成

采用導(dǎo)向鉆機(jī)鋪設(shè)地下燃?xì)夤芫€作業(yè)面比較小,操作簡(jiǎn)單,一般只需機(jī)手1人,輔助人員4名～5名即可完成施工作業(yè)。

2.3.2 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)

利用造斜和穩(wěn)斜原理,在地面導(dǎo)航儀引導(dǎo)下,以一定角度入土鉆進(jìn)一定距離后又以一定角度出土,施工前要對(duì)地下資料進(jìn)行詳細(xì)的了解,根據(jù)地層情況,選擇并設(shè)計(jì)出導(dǎo)向孔軌跡曲線,考慮好鉆進(jìn)角度和出鉆角度。在鉆孔時(shí)按照地質(zhì)構(gòu)造的不同制定出合理的泥漿配比方案,規(guī)定在不同的地質(zhì)情況下選用不同的泥漿配方,在造斜段使用的泥漿中添加適量的潤(rùn)滑劑,降低孔壁的摩擦系數(shù),從而可以防止鉆具粘卡。鉆導(dǎo)向孔時(shí)要求應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)曲線鉆進(jìn),在鉆進(jìn)過(guò)程中要用導(dǎo)向儀對(duì)鉆頭的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,控制好鉆進(jìn)方向?？叵蛟O(shè)備宜采用有纜控向系統(tǒng),以提高鉆進(jìn)的準(zhǔn)確性。

2.3.3 擴(kuò)孔

根據(jù)鋪設(shè)管線的直徑、材料、地層等因素選擇擴(kuò)孔的最大孔徑、擴(kuò)孔級(jí)序和擴(kuò)孔方式。一般采用逐級(jí)擴(kuò)孔,最終孔徑比預(yù)鋪管孔徑大100 mm。多級(jí)擴(kuò)孔時(shí)擴(kuò)孔器后端仍然要連接鉆桿,以便下線擴(kuò)孔。在回?cái)U(kuò)過(guò)程中與鉆進(jìn)過(guò)程中一樣,始終都要進(jìn)行注漿。

2.3.4 管道回拖

擴(kuò)孔完畢即可采用前拉后頂?shù)姆椒ㄟM(jìn)行回拖管道,拖管采用專門(mén)的回拖器,回拖拉頭類型有壓力密封式和專用于定向鉆進(jìn)的改進(jìn)型拉頭?；赝蠒r(shí)擴(kuò)孔器隨鉆桿旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔,同時(shí)采用邊打泥漿邊旋轉(zhuǎn)回拖的方法。管道通過(guò)拉頭前的旋轉(zhuǎn)接頭保持不旋轉(zhuǎn),在最后一級(jí)擴(kuò)孔的同時(shí)管道被回拖至孔內(nèi)。

3 非開(kāi)挖法的經(jīng)濟(jì)效益分析

1)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響較小:傳統(tǒng)開(kāi)挖施工法對(duì)居民正常生活的干擾,對(duì)交通、環(huán)境、周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響較大,非開(kāi)挖施工技術(shù)的應(yīng)用正好解決了此矛盾。2)解決了大開(kāi)挖法不能施工地段的情況:在穿越河流、湖泊、重要交通干線、重要建筑物的地下管線,大開(kāi)挖技術(shù)往往無(wú)法滿足施工要求,非開(kāi)挖技術(shù)可從其下方穿越鋪設(shè),并可將管線設(shè)計(jì)在工程量最小的最佳地點(diǎn)穿過(guò)。3)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益較好:在相同的情況下,非開(kāi)挖管線鋪設(shè)、更換、修復(fù)的成本均低于開(kāi)挖施工法,且管徑越大、埋深越大時(shí)越明顯。4)加快了工程施工進(jìn)度:非開(kāi)挖技術(shù)的實(shí)施,可以加快工程進(jìn)度,縮短施工周期。非開(kāi)挖技術(shù)是科技發(fā)展的產(chǎn)物,工藝上有其先進(jìn)性和優(yōu)越性,在繁華市區(qū)、管線埋深較大和特殊情況下(如穿越公路、鐵路、河流、建筑物等),非開(kāi)挖施工法是開(kāi)挖施工法極好的替代方法,蘭州城市燃?xì)夤芫W(wǎng)建設(shè)中運(yùn)用了該技術(shù),取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

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