排水工程中定向鉆導漿拉管、頂拉管的應用技術

陳偉鵬

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

經過多年發展，排水工程的非開挖施工工藝有機械頂管[1]、螺旋二次頂管[2]和水平定向鉆[3]常規工藝。但應用在小管徑排水管道施工時，會出現不同的困擾：

傳統頂管多為泥水平衡頂管，一般的頂進管徑≥D 800，較少應用于小管徑管道頂進。實施時須建大直徑臨時支擋結構（工作井、接收井），一方面對施工場地有一定要求，另一方面臨時結構無法長期使用且造價高。而且頂管在流砂地質頂進容易發生偏移，過程糾偏困難。在復雜的地下環境或突變的地質中，頂管機容易遇地下障礙物或孤石而卡機，難以退出且影響工期。

螺旋二次頂管適用小管徑＜D 800 管道施工，同樣須建工作井、接收井，并且先導管頂進、送土螺旋管回收，后排水管道頂進作二次頂管。施工效率低，頂進距離短（一般在60 m 內）。頂進機頭遇軟土層易下沉，遇卵石層易上爬，遇兩側軟硬土層易跑偏，在小口徑排水管施工中少有應用。

近年來水平定向鉆多用于小管徑排水管過路、過河段短距離敷設施工。具有施工所需空間小，地面施工便捷，遇障礙物可在地表處理，埋設管道接頭少且熱熔連接整體性強，工期快，造價低等優點被逐漸推廣。但實際施工中存在以下問題：（1）由于擴孔孔徑大導致管道敷設標高控制不準確；（2）由于拖拉阻力大導致管道敷設距離短且管道容易軸向變形；（3）淤泥或砂性地質中洞口止水困難。較少應用于長距離排水管的施工。

后經以下幾個方面改良：（1）擴孔鉆頭帶導流槽，拉管時通過拉管帽開孔使泥漿流入管道，保持內外壓力平衡，減少摩擦力和阻力，不易拉死管和破壞管結構。管道懸浮在孔道中心流水標高誤差小。技術升級后稱為導漿拉管技術；（2）減小擴孔孔徑，加密導向控制點，通過先做控制井后導向拉管，工藝改良后可用于長距離排水管敷設；（3）設計“井內滿水牽引加水下堵漏”的措施克服在不良地質（淤泥或砂層）下施工。在傳統定向鉆基礎上改進了工藝—導漿拉管[4]，發展成整套管、井施工技術，解決軟土地基小管徑排水管的非開挖施工問題。

1 工藝介紹

1.1 導漿拉管工藝

（1）先實施檢查井的施工，作為排水管敷設的標高控制井。工作井根據地勘情況，地質良好、地下水位低則采用逆作法施工，完工后內砌檢查井。砂層或淤泥不良地質、地下水豐富則采用帶水沉井法施工。

（2）工作坑開挖，開展導向鉆孔。為提高標高控制精度，加密導孔控制點，對鉆頭定位要求每3 m 測量一次深度。如實際位置及深度偏離計劃軌跡需糾偏時，應再進行加密測量（間隔為1 m）?？刂沏@桿軌跡走向，按設計高程導向，順利穿過各檢查井管孔。

（3）擴孔施工，管道回拖導漿拉管。根據地質報告確定擴孔器，擴孔同時注入泥漿。根據旋轉和回拉的壓力反饋逐步加大擴孔孔徑，維持一定泥漿壓力和流速?？讖讲灰诉^大，滿足管道回拖不卡鉆即可。一般擴孔后環隙不超25 mm，避免完工后環隙引起的地面沉降。

（4）管道回拖完成后，對檢查井內泥漿進行清水置換。底部抽取泥漿，上部注入清水，最后封堵洞口縫隙。

（5）縫隙封堵后，排干井內清水，割除井內管道上部作流槽。對管道清洗并采用內滲法檢驗。合格后對定向鉆造斜段注漿處理，避免產生地面沉降。檢查井安裝蓋板，恢復路面。

1.2 頂拉管工藝

后因施工現場出現一些受場地限制而無法雙邊造斜牽引的問題，發展出一種可單邊造斜的定向鉆工藝—先導頂拉管[5]。

該工藝先采用定向鉆技術導向管道敷設軌跡，后通過地面定向鉆機提供前進拉力和扭矩，帶動地下掘進機克服迎面阻力和切削扭矩。同時利用工作井內千斤頂提供前進的頂力，克服通過鉆桿傳遞的設備余力。實現非開挖下各種復雜土體破碎同時精準敷設管道。

（1）施工先做檢查井后定向導孔鉆進。同樣把檢查井作為標高控制井，鉆桿通過井管孔和加密導孔控制點的約束，實現管道準確地敷設。與導漿拉管一次拖管穿過多個檢查井的區別：頂拉管工藝是在全線末端的檢查井開始裝管頂拉，待兩井段頂拉完成后，則從前一個井重新裝管頂拉前一段。依次操作穿過全線檢查井，每個井均可裝管頂拉，如圖1 所示。因此單次敷設長度比導漿拉管長。

圖1 頂拉管工藝示意圖

（2）其中回拉和頂進方式分別與傳統牽引管和泥水平衡頂管類同。不同的是頂拉管采用柔性密封自鎖接口實壁管，集中了牽引管和頂管管材的優點：首先，其為柔性材質且強度高，滿足受拉、受壓工況，對地質不均勻沉降的適應性強；其次，具有雙密封接頭（鋸形密封齒和橡膠圈，見圖2），隨頂壓自緊鎖死，抗壓抗拉抗剪，達到防滲防震要求；最后，管道輕質，管節最小長度僅0.5～1m，便于在小空間下管安裝。

圖2 柔性密封自鎖接口的節點構造和實物圖

2 工程實例

2.1 概況

中山市產業平臺（民眾園）建設項目幸福大道新建800 m DN 500 污水管，埋深約4～5 m，位于淤泥質土層。由于地質條件差，雨季地表水下滲后，淤泥呈流塑狀，主管的支護開挖出現槽底隆起、支護樁踢腳變形等不安全問題。經試驗分析后決定采用導漿拉管工藝施工主管。此外，因現場施工場地受限，接戶管的管槽開挖一側鄰近項目施工便道，另一側臨近施工中的廠區。為不中斷便道通行，同時要克服廠區無法提供牽引所需雙邊造斜空間，接戶管調整采用頂拉管工藝施工。本工程關鍵節點具體如下。

2.2 標高控制井

主管單次拉管長度為200 m，全長分4 次操作，4段拉管之間設置轉接井（內尺寸＞2 m）銜接。同時結合污水檢查井最大間距規定，主管每50 m 設置檢查井。接戶井則為頂管工作井，井內頂進和裝管所需，內尺寸＞2 m。

以上轉接井、檢查井、工作井均為工藝標高控制井，在淤泥含潛水地質下采用帶水沉井法[6]實施。沉井形式采用圓形，具有受力均勻、出土方便、不易傾斜、下沉易控的優點。沉井按永久排水結構標準設計，不另設井中井，節省造價。最終統一設計為表1兩種尺寸的控制井。

表1 標高控制井尺寸表

2.3 地基處理和止水措施

淤泥地質下，采用高壓旋噴樁作沉井底軟基處理。樁徑0.5 m，間距1～1.2 m，實樁長5～10 m，復合地基承載力＞100 kPa，如圖3 所示。此外，地面鉆機也需作基礎處理，采用2 m×1.5 m×1.5 m 混凝土塊固定。

導漿拉管中擴孔回拉管和頂拉管中頂管的進、出井前，均需在井內定位開孔。為維持該過程的井外泥水平衡，保障井內臨時作業安全。在井外洞口左右1 m 范圍施打2 排高壓旋噴樁止水，樁直徑0.5 m，樁間搭接0.15 m，實樁長為管徑上下1 m 范圍，如圖3 所示。

圖3 沉井地基處理和止水措施（單位：mm）

由于頂拉管需要全過程在工作井內裝管、頂進，為進一步維持井外泥水平衡，保障井內長時間作業安全。在井內進、出洞方向增設密封板止水，如圖4所示。

圖4 帶密封倉密封板

2.4 管材選擇

導漿拉管宜選用實壁管，一方面內外壁光滑減少拉管阻力，另一方面整體性強、環剛度好、自帶柔性且抗拉強度大。主管管材采用牽引專用PE 100 聚乙烯實壁管，電熱熔連接并切除接口內翻邊[7]。管材環剛度≥12.5 kN/m2，SDR 值為17，含硅量3%～5%，要求符合《非開挖工程用聚乙烯管》（CJ/T 358—2019）[8]標準。

頂拉管為前拉后頂方式，管道經傳力桿鎖緊形成一個整體，利于管道糾偏扶正。因此接戶管搭配使用承插口實壁管，柔性密封承插自鎖連接。管材環剛度≥12.5 kN/m2，要求符合《柔性密封自鎖接口聚乙烯纏繞實壁排水管及配件》（T/GD STT 1—2020）[9]。

2.5 工藝流程

本工程工藝流程和施工組織分別如圖5 和圖6所示。軟基處理與沉井預制可以同時實施，主管的導漿拉管與接戶管的頂拉管可以同步施工，節省工期，利于工程推進。

圖5 工程工藝流程圖

圖6 工程施工組織圖

導漿拉管受單次允許最長拉管距離限制，長距離污水管敷設采用分次分段拉管。要求每段拉管采取同一方向導孔，宜從排水方向的上游往下游鉆孔。相鄰兩段拉管的平面中心線須錯開一定安全距離，如圖3 所示，完工后管道通過轉接井內設置流槽銜接。

2.6 驗收標準

上述兩種工藝完工后管道的允許偏差按《給排水管道工程施工及驗收規范》（GB 50268—2008）[10]規定執行。管道水平軸線偏差小于±100 mm，管內底高程偏差控制+20 mm、-30 mm，管道橢圓度不超過1%。最后采用內滲法結合CCTV 檢測作密閉性檢查。

3 結語

3.1 支護明挖與新型定向鉆對比

以本工程實例，對選用支護明挖、導漿拉管、頂拉管在施工造價和工期方面作簡單對比，見表2。

表2 導漿拉管、頂拉管和支護明挖對比表

支護明挖主要因為全線施打拉森鋼板樁止水止泥，同時管槽底須作拋填方式軟基處理，最終總造價較高。相比下，非開挖工藝僅在控制井處采取樁處理，即使控制井尺寸較大，綜合分攤后每延米管道施工造價較低。而頂拉管由于工藝所需使用高強度、短管管材，管材單價、安裝人工和整體工期均比導漿拉管工藝高。

3.2 導漿拉管、頂拉管的應用

傳統定向鉆工藝存在標高控制不準、拉管阻力大距離短、管道易變形、洞口止水困難、環隙大易造成地面沉降，不適用于長距離、對標高控制精準的排水管道施工。

導漿拉管工藝充分考慮到軟土地質的管、井施工銜接問題，在拉管減阻、標高控制、止水措施、造斜加固等方面改進。已在珠三角地區得到驗證和推廣應用，適合淤泥地質、地下水高、明挖困難條件下長距離、小口徑排水管的高效施工。

頂拉管工藝融合了傳統定向鉆和泥水平衡頂管的優勢，適應復雜地質條件，便于管道準確定位與糾偏，僅需入土段造斜空間。適用于長距離、場地受限無雙邊造斜空間的排水管施工。