非開挖技術在水利工程中的應用

吳伙平

摘 要：金山區朱涇鎮2017年都市現代農業示范項目農田水利配套工程有工期短、任務重，施工強度大的特點。為保證在倒虹吸施工過程中不影響現有河流的正常運行，且定向鉆穿越河道時覆蓋層薄，為保證該方案的可行性，在施工前進行了非開挖技術施工方案的技術研討，為后續的實施保駕護航。

關鍵詞：非開挖;定向鉆;水利工程

一、工程概況

1、工程概況

金山區朱涇鎮2017年都市現代農業示范項目農田水利配套工程主要位于上海市金山區朱涇鎮五龍村內，東至石臼浦地帶，西至惠高涇地帶，北至新涇河地帶。

本工程施工內容包括：新建灌溉泵站4座、灌溉管道15799米、襯砌明溝19101米、倒虹吸5座、閥門井84座、過路管27座、混凝土道路15749平方米，平整土地2391畝，以及配套給水栓、排水口等。

2、地質條件

根據地勘報告，工程地質為濱海平原地貌類型，濱海平原地貌區地層分布相對穩定。現場勘察深度（最大孔深為35.0m）范圍內揭露的地基土為第四紀全新世和晚更新世Q43～Q32的沉積層，主要由回填土、粉質土、淤泥質粉土、粘性土等組成。根據地勘報告結果表明，場地判定為不液化場地，可不考慮地基土的液化影響。

工程環境為Ⅲ類環境，場地內地下水及地表水對混凝土基礎具有輕微腐蝕性，在長期浸泡環境條件下，地下水及地表水對鋼筋混凝土中的鋼筋有微腐蝕性。在干濕交替環境條件下，地下水和地表水對鋼筋混凝土中的鋼筋有微腐蝕性;地下水及地表水對鋼結構有弱腐蝕性。地基土對混凝土有微腐蝕性。

二、倒虹吸施工屬性

根據設計要求，本次施工倒虹吸5座，管道為PE材質管道，管道直徑φ750，施工長度為：21.1+河底寬（詳見下表）。其施工主要工程量如下：

定向鉆施工典型斷面圖

三、施工方法

1、施工設備

DX730型水平定向鉆機、配套鉆桿、200kw型發電機、35KW型泥漿泵、水罐車、硼潤土。

2、穿越施工流程

測量放樣→確定鉆機位置→現場鉆機調試→導向孔施工→擴孔施工→洗孔施工→管線回拖作業→場地清理。

3、測量放樣

按照交樁成果報告，項目部測量員進行交樁成果的復核，在滿足測量規范后上報復核測量成果。根據施工圖紙管線特征控制坐標輸入設備中，保證鉆機入土點和出土點的中心線一致。

4、定向鉆施工

（1）鉆機及配套設備就位

入土點確定后，鉆孔鉆機安放在需穿越的中心線位置，進行鉆機的調試工作。在調試結束后進行體統的連接和鉆機的試運轉。確保準確無誤后進行鉆進工作。

（2）測量控向參數

根據施工管線的特性和鉆機的操作規程，進行軸線位置坐標的核對，檢查軸線是否一致。同時在軸線特征點位置加密測點，每個特征點不少于4個控制坐標，在直線段可不進行加密控制測點。施工過程中及時做好施工記錄，將實測坐標與控制坐標作有效對比，取兩者有效的平均值作控制值，入土時鉆進角度為12度。能滿足成型的軸線符合設計要求。

在正式施工前，結合地勘報告做好地下物的探摸工作，確保在穿越軸線位置無地下障礙物，如軸線位置存在障礙物且不能完成清障工作，將及時與設計單位溝通商討變更方案。

（3）泥漿添加劑用量計算

估算公式：V=（π/4）×D2×L×系數;

T= t×V

符號說明：

V：需用泥漿體積也相當于全部穿越工程中需用的水量，單位：m3;

D：擴孔直徑，單位：m;

L：從入土點到出土點的穿越長度（米），系數：1～5（根據土質、管徑、長度、回擴次數等選用）

T：添加劑總用量，單位：kg;

T：每立方米水中加入的泥漿添加劑參考用量，單位：kg;

1）擴孔用水量：V1=0.4252×π/4×23.3×3=23.33m3

2）清孔用水量：V2= V1×0.5=11.67m3

3）膨潤土：40×（V1+V2）=1400Kg;每立方水添加40 Kg膨潤土

4）化學泥漿：2×（V1+V2）=70 Kg;每立方水添加2 Kg高分子聚合物

（4）泥漿配制

由于穿越經過地層主要是河床底部。施工過程中對泥漿的配比要求非常高，為避免鉆進過程中因泥漿的配比不能滿足施工要求而造成的施工質量事故。為此在施工過程中將采取如下施工措施：

1）施工過程中所需的用水量全部采用就近的市政管網中的自來水，施工現場設置儲水池，制漿過程中的用水從儲水池中直接取用，在施工前委托檢測單位對水質進行檢測，達到標準后進行使用，保證施工用水的安全。

2）泥漿的配置按照試驗時確定的配比進行制漿，在施工現場安裝泥漿配合比單告示牌。根據不同的地質狀況，調整膨潤土和添加劑的參量，保證配置的泥漿適合現場的不同地質的要求。

3）為避免因膨潤土水化時間不足導致泥漿的性能不能滿足實驗室配合比的要求，為此在施工現場增加膨潤土水化裝置。在泥漿配置完成后泥漿輸入泥漿的儲存箱，用于后續的施工中。

4）為保證泥漿不外流，不污染周邊的環境，在鉆進的施工現場和管線的拼接組裝現場各設置若干個泥漿回收箱。廢棄的泥漿全部輸送至泥漿回收箱，根據現場的實際情況經過泥漿回收系統進行再次的利用，施工完成后泥漿按照處置要求進行集中的處置排放。

（5）鉆機試鉆

鉆機開鉆前，做好設備的安裝和調試工作，保證在施工過程中正常運轉。第一根鉆桿和鉆頭安裝結束后，按照施工圖紙和有關的施工驗收規范進行驗收，驗收合格后進行第一次的試鉆工作。在試鉆過程中檢查設備是否正常運轉，檢查無誤后即可正常的鉆進工作。

（6）鉆導向孔

在鉆進過程中實時關注設備的運行情況，如發生異常及時進行分析，選擇適宜的鉆頭和導向板或者地下泥漿馬達。開啟泥漿泵，在鉆頭的帶動下進行鉆頭的潤滑，不斷的切削地層，從而不斷的鉆進前行。在鉆桿完成一個工作行程后，及時測量鉆頭位置防止出現偏差過大，如偏差超過施工規范采取必要的糾偏措施。如此重復工作，直至鉆頭出現在預定的出土位置，完成整個導向孔的施工作業。

導向孔施工完成后，更換鉆頭進行擴孔和管道的回拖工作。鉆機控向設備引用英國公司生產的MGS定向系統。在施工過程中未防止導向孔與設計軸線發生偏移，在必要的時候可采用人工磁場，保證軸線精度滿足設計要求。

（7）預擴孔

本工程管線直徑750mm，在回拖管線進行預擴孔施工，預擴孔直徑為950mm。

在管線回拖時，將擴孔器、回拖活節和PE管線連接牢固。在開始回拖工作時，鉆機轉盤帶動鉆桿旋轉后退，邊擴孔邊回拖。管線在活結的連接下，不隨鉆桿旋轉。管線四周的泥漿的包裹下處于懸浮狀態。泥漿在旋轉過程中起到潤滑、扇熱和減小回拖阻力，同時又能有效保護管線的防腐層

回拖管線時，先將擴孔工具和管線連接好，然后，開始回拖作業，并由鉆機轉盤帶動鉆桿旋轉后退，進行擴孔回拖，產品管線在回拖過程中是不旋轉的，由于擴好的孔中充滿泥漿，所以產品管線在擴好的孔中是處于懸浮狀態，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，同時又很好地保護了管線的保護層。

（8）回拖管線。

進入回拖階段后，一次連接好回拖設備和管線。啟動回拖作業后因連續進行，避免因停工造成的回拖阻力過大。在施工過程中為防止保護管線的防腐層受到破壞，將采取必要的以下措施：

1）管線回拖，在施工現場開挖溝底寬1.5m，深度1.5m，注水深度1.0米的發送溝。在開挖過程中計算好坡度，確保管線平緩進入。

2）回拖過程中采用潤滑性較好的泥漿，既能起到泥土與管線的潤滑作用，減小回拖阻力，同時將鉆頭摩擦產生的熱量通過泥漿散發。保護了管線保護層的同時又增加了鉆頭工作的穩定性。

四、非開挖施工成果

經過一系列的精心組織施工，合理安排施工機械和人員，我標段按照合同節點提前2天完成倒虹吸施工任務。用目前已非常成熟的施工工藝，避免了常規明挖施工需斷流施工和土方處置的缺點，同時現場文明施工對周邊的影響降至最低。快速高效完成5座倒虹吸施工，在最短的時間內改善周邊農業生產用水，得到了上級單位和群眾的一致好評。

五、結語

非開挖施工技術在水利工程中應用實例偏少，但在市政工程中該施工技術已非常成熟。在施工工況改變的情況下，施工前認真進行技術研討分析，本工程倒虹吸的順利實施，為水利工程穿越土層薄、含水率大的非開挖技術的提供了一個成功的參考案例。