淺談輸水管道工程中頂管與拉管工藝比較

龐傳山

（陜西省水利工程建設監理有限責任公司 陜西 西安 710032）

1 工程簡況

陜甘寧鹽環定揚黃工程是為解決革命老區陜西定邊、甘肅環縣和寧夏鹽池、同心等縣部分地區農村供水困難，防治地方病，發展農業灌溉，改善生態而興建的一項供水工程。定邊供水續建工程是陜甘寧鹽環定揚黃續建工程陜西專用部分，工程主要內容為：新建供水支管8條，總長151km，支管加壓泵站11座，水廠1座，新建各種蓄水池容積49萬m3。定邊供水工程的等級為Ⅲ等，續建工程所涉及的主要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。

但在施工過程中，供水管道就遇到了古長城、鐵路、國道及其他障礙物穿越問題，為保證工程質量，能順利穿越工程障礙物，同時減少對外圍環境的影響，需要采用非開挖方式進行地下管道施工。非開挖方式就是不開挖地表或以最小的地表開挖量進行各種管道或管線探測、檢查、鋪設、更換及修復的施工技術。在定邊供水續建工程非開挖施工中采用了頂管施工與拉管施工的穿越方式，本文在結合工程實際情況下，分別針對頂管與拉管不同特點簡單闡述工藝差異。

2 頂管與拉管工藝原理比較

（1）頂管穿越施工設備主要包括千斤頂、高壓液壓站、風鎬、工具管、頂鐵及全站儀等。頂管施工顧名思義就是通過頂進的方法進行管道安裝施工。施工前開挖工作坑，工作坑的深度由設計管底高程和基礎厚度確定，即管底高程加上軌道及基礎厚度，就是坑底高程，在挖工作坑時,后背的原土層不得破壞，要有充分的強度，在頂進中能承受液壓千斤頂的最大反作用力而不破壞。將液壓頂進設備及施工靠背安裝就位，鋪設重型鐵軌，安裝頂鐵包括環形頂鐵，方頂鐵和橫鐵，頂鐵安裝應平直，頂進時嚴防偏心，以免頂鐵崩出傷人。吊裝頂進套管，操作人員進入套管內挖土外運，必須在規定的范圍內開挖，不得超挖，管底土基弧度在135°范圍內嚴禁開挖，一定要保持管壁與原土層表面吻合。利用液壓千斤頂頂推前進，每頂進一定行程，退回頂缸，然后加入頂鐵及套管繼續頂進，作業時應堅持連續循環作業，若頂進間隔時間過長，土拱容易下塌，并在正常頂進1m～3m時就應測量一次，管線位置發生偏移時，要及時采取校正措施。當套管頂進至對面接收坑時，套管穿越完畢，拆除頂進設備，清理套管內余土，將頂管機等設備調離運走，然后牽引主管進套管。

（2）拉管主要設備包括采用鋪管鉆機、導向儀、控向儀、擴孔鉆頭及循環泥漿攪拌系統等。拉管通常是一端由定向鉆頭鉆到另一端，然后再拉回一管道來實現非開挖拉管，施工過程分為下降、水平、上升三個階段。施工前做好導向孔軌跡的設計，導向孔是擴孔拉管的母線，也是最終形成的管線孔，同時安放鋪管鉆機到位，配置造壁性能良好，潤滑和降低扭矩的泥漿。施工過程根據測量定位的軸線，路面上部采用等導航設備控制鉆頭的方向和深度，嚴格按設計軸線形成一條直徑約為100mm的圓孔通道，孔道中心線即為所需鋪設管道的中心線，操作定向鉆機鉆進，開鉆時采用輕壓慢轉，進人平直段采用輕壓快轉以保持鉆具的導向性和穩定性。導向孔完成后，對工作坑入土口、接收坑出土口的標高和方位進行復核，確保按設計軸線成孔，然后卸下起始桿和導向鉆頭，換回擴鉆頭進行回擴。回擴過程中始終保持合適的泥漿量，并分3次～5次完成，最后一次回擴采用相應的擠擴式鉆頭壁固并使鉆孔直徑滿足拖管管徑要求。待擴孔結束后回拖管材進行穿越，管材要一次性拖入已成形的孔洞中，中途盡量避免停頓，以減小回拖的阻力。

3 頂管與拉管工藝比較

由于施工工藝的不同，本文主要從穿越的建筑物特性、管材性質、覆土及管徑、過程控制、施工進度及工程造價等方面存在的差異進行分析。

3.1 穿越的建筑物特性

對于重要建筑物來說，基礎沉陷帶來的危害是相當嚴重的，特別是文物古跡保護工作。頂管施工采用的是邊頂進邊開挖的施工方式，管頂以上超挖量為15mm，管道下部135°內嚴禁開挖；而拉管施工是在鉆頭擴孔過程對土體擾動較大，并在擴孔后才進行回拖管材施工，從而造成整體施工面內空腔。雖采取泥漿中加入固化劑護壁的措施，仍存在空腔內塌陷的可能。因此對于重要建筑物來說，考慮其重要性應采用頂管施工工藝。

3.2 管材性質

頂管施工的管材為剛性材料，抗壓力大的鋼管、混凝土管材、球墨鑄鐵管道、石棉水泥管道、陶土管和塑料管等；而拉管在材質應施工要求應滿足高韌性，抗拉能力強，抗刮痕能力好且要求環剛度在8kN/m2以上的鋼管或PE管材。

3.3 穿越時覆土及管徑

頂管施工工藝的覆土厚度一般為大于3m，為便于人工掘進施工管徑應在600mm以上宜采用。拉管施工工藝最小覆土要求一般為1.5m，管徑一般小于600mm。

3.4 過程控制

頂管施工過程是逐節安裝推進，可采用全站儀在工作坑內對每節頂進前，進行復測校整，施工控制方便，且完成清理余土后，進行主管材的牽引穿越施工。主管材的管徑一般遠小于套管管徑，在頂管的套管內有可調整的施工空間。而拉管是在路面上采用控向儀等導航設備控制鉆頭的方向和深度，當施工現場有干擾時，如無線電發射臺、輸電線路、變壓器等將影響手持式控向儀的測量精度,在擴管之后直接將整體管道一次性回拖穿越，回拖管道過程無法進行施工調整。

3.5 施工進度

頂管施工主要分為外套管的頂管施工及內管安裝調整工作，安裝頂進設備之后，吊裝一節管道至調整好的軌道上，在頂管施工過程主要采用液壓千斤頂進與人工前段掘進相結合。每節管道如此反復施工，并在完成頂管后才進行主管材安裝，施工周期較長。而拉管工程在拉管道機械安裝到位，主要采用拉管機在導向儀的指引下穿越，擴孔過程是更換擴孔鉆頭，利用導向鉆機回拉鉆桿進行擴孔，最后可將整體連接好的主管道利用拉管機直接回拖穿越。整個過程采用機械與儀器配合，并且管道穿越一次結束，大大節省了施工時間?？紤]施工進度比較，宜采用拉管施工工藝。

3.6 工程造價

頂管施工工藝需要套管及主管材同時穿越，且套管的管徑較大，采用人工掘進與半機械化施工，功效較低費用較高。而拉管施工工藝可直接讓主管道穿越，并且利用機械化施工功效較高，頂管施工費用相當于兩倍以上的拉管施工費用。在工程造價方面，宜采用拉管施工工藝。

4 結語

非開挖地下管線施工廣泛用于各類管線穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、湖泊，以及在市區、古跡保護區、農作物或植被保護區等進行污水、自來水、煤氣、電力、電訊、石油、天然氣等地下管線的施工，其技術特點具有不污染環境、不影響交通、施工周期短、綜合成本低等優點，已越來越受到人們的關注。

在非開挖地下管線施工中對比上述分析來看，頂管施工工藝主要是在施工可靠性、安全性以及管材的要求上優于拉管施工工藝，且施工技術標準完善，便于施工控制操作。隨著社會科學技術的進步，施工技術的逐步完善以及新型材料的不斷出現，拉管施工在可靠性、安全性方面有著較大的提升空間，同時拉管施工在施工進度及工程造價上有著明顯的優勢，所以在其地下管道施工中具有較強的推廣意義。陜西水利