非開挖拉管在污水管道工程中的應用

陸帥君

福建省水利水電工程局有限公司（362000）

1 工程概況

科院路輔道和慢行系統(tǒng)(非機動和人行道鋪裝)市政化改造項目位于石井鎮(zhèn)中心區(qū)域，為南北向主干道。道路起點位于現(xiàn)狀科院南路（省道S201南側(cè)約 800 m），向北依次與省道 S201、賢林大道、城市聯(lián)盟高速及橫一路相交，終點與現(xiàn)狀院小路銜接（樁號 K3+654.54）路線全長約 3.65 km。

工程主要建設內(nèi)容包括道路范圍內(nèi)的道路工程、交通工程、橋梁工程、照明工程、管線綜合以及綠化工程。輔道鋪裝面積為 63 557 m2，橋梁面積為2 800 m2，非機動車道面積為17 250 m2，人行道面積為17 520 m2，側(cè)分帶面積為 36 519 m2；開挖土石方量為161 024.7 m3，棄運土方量為 104 751 m3。

場地原始地貌以跨越?jīng)_洪積階地為主，部分位于殘坡積臺地。沿線地形起伏變化較大，地勢整體呈由南側(cè)臺地向北側(cè)沖洪積階地微傾的趨勢。本工程沿線地勢較緩，主要為村莊和山地，其中村莊范圍地勢比較平坦，標高在20～30 m之間。沿線分布有較多的石材堆場，局部尚有少量廠房分布；局部跨越零星池塘或原溝渠，主要為灌溉用池塘或溝渠，個別為石材加工廠開挖形成的石粉沉淀池。

2 地質(zhì)情況

依據(jù)《公路工程抗震設計規(guī)范》（JTJ 004—89），結合地區(qū)工程實踐經(jīng)驗，綜合評價擬建場地的場地土總體屬于Ⅲ類土。場地路基土在地面下20 m深度范圍內(nèi)的等效剪切波速 Vse取各土層平均波速經(jīng)驗值。根據(jù)估算結果，擬建道路工程場地土在殘坡積臺地路段屬中硬場地土；在沖洪積階地路段屬中軟場地土。依據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設計規(guī)范》，擬建道路建筑場地類別屬Ⅱ類，場地特征周期為0.45 s。特殊性土對基坑的穩(wěn)定性存在不利影響，滑、塌現(xiàn)象不存在，主要影響基坑坑壁防護。

3 氣候、氣象條件

項目區(qū)地處南亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)，氣候曖熱濕潤，夏無酷暑，冬短無嚴寒，季風明顯，臺風活動頻繁。根據(jù)南安氣象站統(tǒng)計資料分析，南安市多年平均氣溫為 21.0℃，極端最高氣溫為38.5℃（1989年7月13日），極端最低氣溫為-1.0℃（1999年12月23日）；年平均日照時數(shù)為1 830 h；全年基本無霜，有霧天數(shù)為8.5 d，其中以 3月份最多；多年平均風速為1.6 m/s，全年主導風向為 ENE，其次為 E、SSW、NNE，最大風速為 22.3 m/s，大風天數(shù)為47 d，其中 4-11月常受強風襲擊，最大風力達 12級，登陸臺風往往帶來狂風暴潮，破壞力極大。南安市南部多年平均降雨量為1 100～1 600 mm，降雨量平均為1 584 mm，年降雨天數(shù)在138.9 d左右。降雨量在時空分布上不均，由西北部山區(qū)（平均降雨量為1 600 mm）向東南部沿海（平均降雨量為1 100 mm）遞減；從年內(nèi)變化上看，降水主要集中在每年的3-9月，占全年降雨量的 84.5%；從年際變化上看，最大年份降雨量是最小年份降雨量的3.20倍左右，兩者相差極大。年平均氣溫在20多度，溫差較大，降雨量較多，空氣濕度較高。易造成洪澇災害及滑坡、泥石流等地質(zhì)災害。

4 施工特點

該項目管道主要有:10 KV、110 KV電力管道，污水、給水、通信管道，雨水管道。管道需跨越省道路口及賢林大道路口，且部分管道需橫向穿越原有道路，而現(xiàn)狀道路車輛來往頻繁且交通復雜、擁擠，交叉作業(yè)困難。特別是污水管道，其大部分為重力式管道，埋深普遍超過4 m，直接開挖埋管為深度超過一定規(guī)模的深基坑作業(yè)，土方開挖量大，圍擋支護難度高，成本大。非開挖拉管的應用有效地解決了上述的大部分難題。

非開挖拉管是將鉆探技術與控向技術巧妙結合的現(xiàn)代非開挖施工新技術，無需挖掘工作井，可快速鋪設地下管線，在非開挖施工作業(yè)中應用較多。沿預先放樣好的的拉拖管線路，由鉆機驅(qū)動裝有鍥形鉆頭的鉆桿從作業(yè)端一側(cè)的地面開始鉆入，由預定的位置鉆進地下障礙下方，繞過障礙后抵達目的地。在擴孔的同時注入化學泥漿，以避免鉆孔坍塌。

5 施工部署

在對項目所在地區(qū)的氣候、地形、地質(zhì)等條件進行調(diào)查分析的基礎上，詳細復核有關的紅線點，設置水準點及沉降觀測點。

5.1 污水管道的布置

設計起點在賢林大道段:污水管道單側(cè)敷設，敷設在非機動車道下，管徑為DN300～DN400，排水方向自北向南，最終排往南部污水處理廠；賢林大道至后井工業(yè)污水廠段:污水管道壓力管單側(cè)敷設，敷設在非機動車道下，管徑為DN600，排水方向自北向南，于樁號 K2+000消能轉(zhuǎn)為重力管，排往賢林大道規(guī)劃DN1000污水管，最終排往南部污水處理廠；鴻漸路至設計終點段：污水管道單側(cè)敷設，敷設在非機動車道下，管徑為DN600，排水方向自北向南，最終排往鴻漸路規(guī)劃DN600污水管。

圖1 污水工程平面圖

圖2 污水拉管斷面圖

5.2 管道材料

進場PE管材的公稱壓力、強度及環(huán)剛度必須滿足設計要求，管材進場時，需將管材供應廠家的資質(zhì)、管材的出廠合格證及檢測報告向項目監(jiān)理部報審，經(jīng)項目監(jiān)理部審批同意后才能用于本工程。

表1 管道材料的技術參數(shù)

5.3 施工工藝

5.3.1 工藝流程

圖3 工藝流程圖

5.3.2 平面及高程控制

按照現(xiàn)在的邊線，根據(jù)勘測單位關于工程的控制及定位地點，對施工場區(qū)的控制樁進行保護，確保施工各控制點、坐標等信息的準確性。將控制點引測到場外并進行保護，然后才能進行放線，并進行校對。

高程控制主要是按照勘測單位提供的信息，對施工現(xiàn)場進行引測，確定高程控制點。再結合施工現(xiàn)場情況，選擇合適的地點做臨時水準點，并采取防護措施。高程控制需用專門儀器進行前后視等測距，確保測量精度。要用經(jīng)緯儀來引測控制線的傳遞施工，以確保方向、位置等的準確性。

5.3.3 地下管線及鉆進軌跡的設計

通過地下層的探測來掌握地下層相關土質(zhì)、含水性、透水性及巖石質(zhì)等方面的情況，從而有助于選取合適的鉆進設備及方法。在地下管線施工中，導向孔軌跡設計對施工具有重要作用。鉆孔軌跡設計的影響因素主要有工程目標、地質(zhì)地形、管線質(zhì)量、主鉆桿的入出土角度及曲率半徑、鉆頭變向能力等。在開展鉆進施工前，要按照施工設計的標準，首先計算出鉆桿必須達到的深度，從而為鉆孔軌跡定向提供參考。

在鉆進施工中，造斜段水平距離一般取管道埋深的8～10倍。入土點位置要按照施工現(xiàn)場的環(huán)境條件進行確定，入土角度一般在15°以內(nèi)。出土地點主要是管道進出的地方，角度一般要比入土角度大，才能在拖拉時減少阻力，讓管道進出更加順暢。

5.3.4 鉆機就位

根據(jù)管道設計坡度、方向和現(xiàn)場實際情況，在工作坑中安置鉆機。鉆機底腳一般安裝在20 cm厚的混凝土地基上，地基里面要預留鋼筋并與鉆機嚴密焊接，防止地基沉降對鉆機穩(wěn)定性造成不良影響。

5.3.5 鉆液配置

鉆液的質(zhì)量對拉管施工有重大影響。鉆液的作用主要是冷卻鉆頭、潤滑鉆具等，而且還能實現(xiàn)懸浮并帶有鉆屑，有利于混合后的鉆屑往孔外排，這樣既能留出更大的空間給管線，又可以減少管線的重量及阻力。鉆液主要由水、膨潤土及聚合物組成。好品質(zhì)的鉆液與鉆屑混合使用，就能提高泥漿的流動性及懸浮性，回擴成孔的效果也更好。為提高泥漿性能，一般要添加一定量的化學處理劑。

5.3.6 導向鉆進

導向鉆進主要是將鉆機導向桿在合適的高程位置平行鉆入土內(nèi)。在導向鉆頭工作中，安裝的發(fā)射器通過地面接收裝置測出鉆頭深度等數(shù)據(jù)，再與鉆孔的行進軌跡進行比較，便于及時調(diào)整。地面接收裝置可以將接收到的信息傳送到鉆機并顯示，操作人員根據(jù)傳送的信息操縱鉆機進行鉆進。導向鉆孔施工中，根據(jù)探測器傳回的信息來判斷導向頭位置與鉆進路線的偏差，并及時調(diào)整方向。

5.3.7 擴孔

擴孔施工通常使用刮刀式擴孔器。擴孔器的大小一般是鋪設管道的一倍多，這樣有利于促進泥漿的流動，并確保管線的安全。拖拉管泥漿具有重要作用，如果孔中沒有足夠的泥漿，會發(fā)生倒塌等安全事故，會造成導向鉆進效果不佳，給下次鉆進埋下隱患。某些地質(zhì)環(huán)境下泥漿容易流失，造成孔里泥漿減少，會增大鉆桿及管線與孔壁間的摩擦力，加大拉力，所以在鉆進全過程中要進行“返漿”，并隨著地質(zhì)條件的變化，調(diào)整鉆液配置。

擴孔過程中，如果土質(zhì)比較松軟，要及時進行回擴；土質(zhì)較硬時，要采取勻速緩慢的方式進行擴孔。回擴鉆孔工藝如圖4所示。

圖4 先導孔鉆進示意圖

5.3.8 管道焊接（電熔焊接）

管道焊接質(zhì)量關系到拉管施工的成敗。在焊接過程中，要按規(guī)定連接電熔機具與電熔管件，并進行通電加熱。在焊接冷卻時不能在焊接口施加外力。連接管材的切割要均勻、表面要干凈，連接時要保持平行對接。連接管道下面要用支架支護，并保持穩(wěn)定。焊接完成后，要進行檢查，觀察孔內(nèi)物料及焊接處是否出現(xiàn)頂起等現(xiàn)象。

圖5 管道焊接拉管施工

5.3.9 拉管

對管道及焊縫進行檢查后，再進行拉管施工。拉管施工時，要用管套將管頭密封，再在管頭上接回擴頭，管后接上分動器進行接管。把管道拉到坑內(nèi)并將管子回接到工作井后，要把回擴頭和分動器卸下，把鉆桿拿出來，把封堵頭封住。施工過程中，拉管施工人員要按照設備顯示的數(shù)據(jù)平穩(wěn)牽引管道，切不可生拉硬拽。

圖6 拉管施工圖

5.3.10 注漿加固

PE管道拉通后，要對內(nèi)部進行注漿加固，防止發(fā)生地面沉降。在注漿過程中，要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，按照3～6 m的距離進行一次注漿，注漿時要保證注漿過程不間斷。用堵頭堵死拖入地面的花管，防止?jié){液從花管前端流出。把鋪設的管線拉到預定高程后，要進行兩端的砌筑，并對工作面進行回填。

6 管道施工質(zhì)量控制要點

6.1 工程重難點

6.1.1 管道上浮問題

按照工藝規(guī)定，在管道拖拉施工中，管道本身重量輕，而泥漿重量大，會造成管道浮在孔道上的現(xiàn)象，從而加大了管道拖拉力，或者使高程偏差超過規(guī)范要求。

6.1.2 路面沉降問題

由于項目施工所在地的地下水量大、土質(zhì)屬粉質(zhì)黏土，容易導致孔道坍塌或路面塌陷等事故。

6.2 應對措施

6.2.1 管道上浮應對措施

要結合現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境調(diào)配出適合的泥漿。施工中對定向鉆擴孔要嚴格控制。擴孔完成后，盡快開展管道拖拉工作，控制好拖拉的力度和速度。在管道焊接施工中，要留好長度，讓管尾伸出地面。拖拉管道時，要向管道內(nèi)注入大量清水，加大管道重量，以解決管道上浮問題。

6.2.2 路面沉降應對措施

PE管道拉通后，為防止路面沉降，可以用壓密注漿加固法進行加固施工。壓密注漿分為單液注漿和雙液注漿兩種方式。漿液的選擇要根據(jù)土質(zhì)環(huán)境分析而定。漿液主要有以下兩種:

A 液:水/水泥=0.75～1.5∶1

B 液:水玻璃:35～40Be′

外加劑:緩凝劑/水泥:2～3%；

單液注漿采用A液，雙液注漿采用A液和B液的混合漿液，其配合比為A液∶B液=3∶1。

7 結語

管道施工是一項復雜的工作，如何提高管道施工的效率是施工管理人員的工作難點。因此，要積極利用最新的管道施工技術，創(chuàng)新施工方法，特別是在城市環(huán)境中進行地下管道施工，要選用非開挖拉管等新技術，有利于節(jié)約施工成本、提高施工效率。