非開挖技術(shù)在市政排水工程中的應(yīng)用研究

孫運(yùn)棉

【摘要】非開挖技術(shù)就是指在不挖開地面的情況下，進(jìn)行管道建設(shè)的地下頂管鋪設(shè)。涉及行業(yè)廣泛，具有不影響交通、不破壞環(huán)境、施工期短、成本低、社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。本文結(jié)合工程實(shí)例，就非開挖技術(shù)在市政排水工程中的應(yīng)用進(jìn)行了粗淺的分析，供廣大同行參考。

【關(guān)鍵詞】非開挖；市政排水；施工

0. 引言

隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程逐步深入，人們對(duì)城市功能和市容市貌提出了更高需求。不僅要求及具有健全的城市功能，還要求各項(xiàng)市政工程施工不得破壞周圍環(huán)境，尤其地下管網(wǎng)工程。現(xiàn)代城市規(guī)劃與建設(shè)中不可避免地將在地下鋪設(shè)各種功能、直徑不同的管道，為了不破壞施工現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境，減少對(duì)車輛、行人出行不良影響，非開挖技術(shù)以其突出的優(yōu)點(diǎn)，在市政地下管網(wǎng)工程中得到廣泛應(yīng)用。

1. 非開挖技術(shù)概述

由于受交通條件的制約，以及新材料、新工藝的引進(jìn)，我國非開挖技術(shù)也有了飛速發(fā)展。非開挖施工方法很多，目前仍在不斷增加，按其用途可分為管線鋪設(shè)、管線更換和管線修復(fù)三大類：1）管線鋪設(shè)：根據(jù)施工的管徑分2類：管徑>900mm的可進(jìn)入管線鋪設(shè)方法：頂管施工法、隧道施工法等；管徑<900mm的不進(jìn)入管線鋪設(shè)方法主要有：水平鉆進(jìn)法、水平定向鉆進(jìn)法、沖擊矛法、夯管法、水平螺旋鉆進(jìn)法等。2）管線更換：有吃管法、爆管法等。3）管線修復(fù)：有內(nèi)襯法和局部修復(fù)兩種。

2. 市政排水工程非開挖技術(shù)的應(yīng)用

2.1工程概況

石家莊某政排水工程設(shè)計(jì)污水管道全長1450m，管材采用PE管，管徑為DN300，開挖深度在5.0m ～7.0m之間。因該工程地處交通要道，車流量大，若開槽埋管會(huì)影響交通，為此擬采用非開挖拖管技術(shù)施工，分五段進(jìn)行。

2.2施工準(zhǔn)備

2.2.1管材選擇。所選PE管需滿足如下要求：管材的強(qiáng)度及環(huán)剛度必須滿足施工及使用階段的荷載要求。管材質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用壽命不得低于50a。質(zhì)量密度，短期彈性模量MPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于20.7MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不小于16.0MPa，環(huán)向彎曲剛度不小于，管材允許的拖拉應(yīng)力按12MPa控制。

2.2.2鉆機(jī)配備。本次工程采用STD-320型水平定向鉆機(jī)進(jìn)行施工，其性能參數(shù)如下：額定扭矩11000N·m；入土角調(diào)整范圍0～15°；最大回拖管徑1000mm；最大穿越距離：1500m；最大推拉力3200kN；鉆機(jī)結(jié)構(gòu)形式為履帶式；控向儀及方式為進(jìn)口向?qū)鍩o線導(dǎo)航探測(cè)儀。

2.2.3選擇管道焊接場(chǎng)地。近管道全線中間的一個(gè)鉆桿出土點(diǎn)有塊較大的閑置空地，將其按市安全文明施工規(guī)范要求用彩鋼瓦圍檔作為管道焊接場(chǎng)地。

2.3施工要點(diǎn)

2.3.1導(dǎo)向軌跡設(shè)計(jì)。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地貌、地質(zhì)和地下管線情況，設(shè)計(jì)出拖管路線圖及斷面圖，同時(shí)按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，考慮以下因素：1）滿足規(guī)范要求的最小曲率半徑，即R=1200D=360m，因本工程穿越地層主要是流沙，地層情況復(fù)雜，成孔性、穩(wěn)定性差，因此為減小管道彎曲應(yīng)力，特將管道彎曲半徑增加到R=1500D=450m。2）滿足穿越道路的安全規(guī)范要求；規(guī)范要求穿越道路應(yīng)保持在道路下5m，該工程管道覆土在5～7m，滿足施工規(guī)范要求。

2.3.2測(cè)量放線。1）根據(jù)施工要求的入土點(diǎn)和出土點(diǎn)坐標(biāo)放出管道中心軸線，在入土點(diǎn)端測(cè)量并確定鉆機(jī)安裝位置及泥漿池的占地邊界線；在出土點(diǎn)一端，根據(jù)管道中心軸線和占地寬度及長度，放出出土點(diǎn)作業(yè)場(chǎng)地邊界線。2）測(cè)量控向參數(shù)：按操作規(guī)程標(biāo)定控向參數(shù)，要求細(xì)心并盡可能多測(cè)取參數(shù)比較，以確定最佳參數(shù)，在管道中心線的三個(gè)不同位置測(cè)取，且每個(gè)位置至少測(cè)四次。

2.3.3管道施工。1）鉆機(jī)及配套設(shè)備就位：按施工布置圖將鉆機(jī)及附屬配套設(shè)備安放在預(yù)定位置，進(jìn)行系統(tǒng)連接、試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證設(shè)備正常工作。2）泥漿制備。泥漿在定向穿越中起關(guān)鍵作用，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件制定泥漿性能參數(shù)，按照性能參數(shù)在開鉆前配制好30m3優(yōu)質(zhì)泥漿。為對(duì)付不同的情況，泥漿配置可采取如下措施：一是按照事先確定好的泥漿配比用一級(jí)膨潤土加上泥漿添加劑，配出合乎要求的泥漿。二是根據(jù)不同的穿越地質(zhì)條件，加入不同的添加劑，常使用的泥漿添加劑主要有聚合物，濾餅劑，潤滑劑等。3）試鉆。啟動(dòng)鉆機(jī)，先鉆入1～2根鉆桿后檢測(cè)各部位運(yùn)行情況，各種參數(shù)正常后按次序鉆進(jìn)，若發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時(shí)處理。試鉆時(shí)，還應(yīng)檢查泥漿制備和輸送系統(tǒng)是否有滲漏。4）鉆導(dǎo)向孔。管線組焊完成具備開鉆條件后，按設(shè)計(jì)圖紙鉆導(dǎo)向孔。導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)是整個(gè)定向鉆的關(guān)鍵，操作STD定向鉆機(jī)及配套的鉆具進(jìn)行地下鉆進(jìn)施工，地面上使用向?qū)宥ㄏ蛳到y(tǒng)控制鉆頭的方向。要重視每一個(gè)環(huán)節(jié)，認(rèn)真分析各項(xiàng)參數(shù)，鉆出符合要求的導(dǎo)向孔，鉆導(dǎo)向孔要隨時(shí)對(duì)照地質(zhì)資料及儀表參數(shù)分析成孔情況。由于本工程為中長距離復(fù)雜地層穿越，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)，推力較大，要求鉆機(jī)錨定必須牢固，泥漿性能達(dá)到高粘度、好流動(dòng)。5）預(yù)擴(kuò)孔與管道回拖。導(dǎo)向孔完成，裝上擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，預(yù)擴(kuò)孔同時(shí)將檢驗(yàn)合格的穿越段管線吊上滑送道并檢查無誤后回拖。回拖前仔細(xì)檢查旋轉(zhuǎn)接頭、連接頭、擴(kuò)孔器的連接，確認(rèn)連接牢固方可回拖，回拖中線路兩側(cè)采用對(duì)講機(jī)加強(qiáng)聯(lián)系，協(xié)調(diào)配合將管線敷設(shè)到預(yù)定位置。鉆孔、擴(kuò)孔、回拖中嚴(yán)格執(zhí)行鉆進(jìn)工藝，完成后及時(shí)總結(jié)分析。

2.3.4管道高程測(cè)量控制措施。1）鉆孔前測(cè)量控制措施。根據(jù)施工圖紙，利用經(jīng)緯儀或全站儀設(shè)定拖管段（兩井之間的位置）坐標(biāo)與距離，確定拖管導(dǎo)向孔中心線在地表走向，測(cè)量出導(dǎo)向孔中心線與地面的相對(duì)高程數(shù)據(jù)，并根據(jù)管道鋪設(shè)深度的要求，確定導(dǎo)向孔的出入土角度和出入土點(diǎn)位置，將測(cè)量出的鉆孔軌跡繪出詳細(xì)圖紙。2）鉆孔過程中的測(cè)量控制措施。在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)的過程中，測(cè)量人員手持導(dǎo)向儀，通過導(dǎo)向鉆頭內(nèi)探頭發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)來確定鉆具的準(zhǔn)確位置，利用導(dǎo)向儀接收器獲取的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，每鉆進(jìn)2～3m時(shí)進(jìn)行一次測(cè)量計(jì)算，隨時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)軌跡，如果實(shí)際鉆進(jìn)超出設(shè)計(jì)的誤差范圍，則需要回拉鉆桿，重新鉆進(jìn)。3）擴(kuò)孔過程中測(cè)量控制措施。導(dǎo)向孔嚴(yán)格按照管道軌跡設(shè)計(jì)鉆進(jìn)完成后，即進(jìn)行擴(kuò)孔工作，不同土層采用不同的擴(kuò)孔器，筒型擠壓式擴(kuò)孔器適合淤泥層，刮刀式擴(kuò)孔器適合粘土層和流沙層，合金鋼牙輪擴(kuò)孔器適合巖石層，本次工程土質(zhì)為流沙和淤泥土層，采用刮刀式和擠壓式擴(kuò)孔器交替使用，考慮到擴(kuò)孔過程中由于擴(kuò)孔器自重會(huì)產(chǎn)生成孔下垂的現(xiàn)象，造成導(dǎo)向孔準(zhǔn)確而在擴(kuò)孔中高程下降的問題，通過預(yù)先設(shè)置10cm的變量調(diào)節(jié)，有效的解決了高程問題。

3. 開挖敷管技術(shù)不足之處

3.1非開挖敷管屬地下隱蔽工程，遇到不良工程地質(zhì)問題時(shí)難以處理。

3.2如何合理選擇不同地層中的回?cái)U(kuò)徑與鋪設(shè)。

3.3水平定向鉆施工導(dǎo)向孔時(shí)，隨鉆方向的測(cè)控修正問題未能解決，回?cái)U(kuò)過程中沒有測(cè)量糾偏措施。

3.4非開挖敷管技術(shù)目前尚不能用于大口徑管道埋設(shè)，只能用于管徑 600mm的管道。

4. 結(jié)語

排水管道是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著污水收集、防汛排澇、保護(hù)環(huán)境的重要作用，是城市生存和發(fā)展的大動(dòng)脈。在市政給排水管道施工時(shí)，我們要考慮到工程帶給城市的整體效益，也要考慮到工程施工過程中可能與遇到的一些細(xì)節(jié)的問題，才能保證工程的順利實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

【1】張奎.給水排水管道工程技術(shù)【M】.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

【2】邱易豪.市政排水工程中的非開挖敷管技術(shù)【J】.建材技術(shù)與應(yīng)用，2009（10）

【3】滕會(huì)來，常臻.非開挖技術(shù)在排水管道施工中的應(yīng)用【J】天津建設(shè)科技，2010（5）