地箭式微型頂管施工技術的應用

上海建工七建集團有限公司，上海 200050

1 引言

常見的地下非開挖施工技術包含泥水平衡頂管、水平定向鉆（拖拉管）施工等，微型頂管技術（即地箭式工法）亦稱做二次頂管工法，技術成熟于德國與日本，是一種從地下鋪裝管道的技術，在避免對地上建筑物構成破壞、不開挖地面情況下，首先利用液壓裝置將前導管按照設計軌跡推進貫通，然后通過前導管（出土螺旋管）作為導體，在前導管（出土螺旋管）末端連接擴孔切削頭并將擬鋪設的管道同時頂進，最終完成管道鋪設的施工工藝。其又被分為標準地箭技術和改良式地箭技術，前者在管道頂進過程中有排土步驟，后者則不需要排土。在國內外地下非開挖管線敷設施工中得到了較為廣泛的應用［1-3］。針對不同施工工況、地質地貌以及不同的施工環境應采用不同的施工方式及技術方法，對DN600 及以下管徑的污水管道施工微型頂管施工模式的選用，有著十分積極的意義。

2 技術特點

通過在地下非開挖管道工程標準及改良型地箭式微型頂管中，采取控制管道頂進坡度、標高，并進行地下頂管施工，根據場地制約情況選用直徑2～3m 的環形鋼護筒圍護結構，減小工作井基坑的施工難度及對周邊環境的不良影響，同時運用止水鏡面框等措施，實現管道頂進過程中對地下水土流失的控制，相對于傳統地下非開挖施工工藝（泥水平衡頂管、水平定向鉆工程等），具有施工周期短、工作井作業面小、施工便捷、需要人工較少、對周邊環境及既有管線影響小等特點。

3 適用范圍

地箭式微型頂管施工技術適用于對周邊環境及既有管線保護需求較高的城市排水、市政配套管線、地下非開挖施工等工程中的采用標準及改良型地箭式微型頂管工藝的直徑在DN600及以下的管道工程的施工。

4 工藝流程

現場勘測、頂力計算→鋼護筒井（工作、接收井）施工→安裝加固后靠背→架設機臺、安裝激光經緯儀→頂進箭頭及先導管→頂進黑管→安裝機頭→混凝土管頂進→拆除管路→窨井砌筑→拔除鋼護筒并灌砂回填。

4.1 鋼護筒井

對鋼護筒井的施工階段，則利用立式搖管機完成對各類直徑環形鋼護筒的搖管沉井施工，常用的鋼護筒直徑尺寸為Φ1890mm、Φ2090mm、Φ2590mm三種型號，均選用壁厚20mm的Q235B 鋼板制成，標準鋼護筒節每節高度為2m，刃腳節鋼護筒每節高度為1m，為減少鋼護筒在搖井下沉過程中的阻力，以及避免鋼護筒在搖井下沉時受地下不同土質的干擾，刃腳節鋼護筒（最下節接土鋼護筒）接土一側需加工成鋸齒狀，鋸齒深度約10～20cm，可依據管節直徑及施工現場土質進行調節加工。

搖管機設備選用立式搖管機對鋼護筒進行下沉施工。施工前，由挖機將搖管機整體牽引到位（調整對齊搖管機圓心與井位中心），并進行固定，利用液壓機及搖井機內鋼護筒的箍鎖裝置，箍緊鋼護筒刃腳節并使其繞圓心做往復旋轉運動，在搖井機液壓力及首節鋸齒鋼護筒共同作用下，實現鋼護筒對土體的切割，使得鋼護筒隨搖井機、液壓機運轉逐漸沉入地下。在每一節鋼護筒完全進入土體前，吊裝下一節鋼護筒并實施焊接，依此反復，直至護筒底部達到施工面后向下繼續插入標高土體下約1～3m。并在之后完成井位土體開挖及封底施工。

4.2 設備安裝

在將推進機臺吊入鋼護筒井內后，根據設計施工圖紙施放出管道中心軸線，在鋼筒軸線方向兩端做好標記點，依據設計標高并通過鉛錘法安裝好底座槽鋼，槽鋼底與地板預留50cm空間，作為存儲地下水及少量泥沙的空間。底座槽鋼完成后，根據管道軸線安裝好底板及推進臺。通過底板上的緊固螺栓固定好推進臺。

推進臺安裝完畢后，在機臺弧形后背與鋼筒井壁之間空隙用三角鐵焊接加固，確保在推進過程中，機臺的穩固性。根據管道軸線安裝好經緯儀架，底座用快速水泥固定。把激光經緯儀安裝在經緯儀架上，通過調整經緯儀架的高度控制管道高程，調整經緯儀左右方向控制管道軸線。激光經緯儀安裝完畢后，設置管道坡度。管道頂進方向為上坡時，坡度值為正數，反之為負數。

4.3 先導管頂進

先導管的頂進包含箭頭及導向管、內推黑管、出土螺旋桿以及他們之間連接的變徑過渡接頭。激光經緯儀架設完畢后，儀器設定好后開始先導管頂進施工。先導管前端為導向箭頭，導向施工時，使經緯儀目鏡十字絲中心位置照準導向箭頭綠燈，當發現十字絲中心偏離綠燈時，調整導向箭頭前端斜面方向，通過推進臺的頂進進行糾偏。導向管按照激光經緯儀設定坡度頂進進入接收井后，卸下導向箭頭，開始連接黑管。如遇地層含砂量大的地層，黑管頂進過程中需在過渡接頭處加裝注水孔，起到注漿減阻的作用。

4.4 管材頂進

黑管頂進入接收坑后，將頂進機頭安裝好，緩慢推進洞內，待機頭局部進洞穩固后，安裝機頭所用的高壓水管。

管道頂進過程中，根據推力的大小，適時控制推進速度，保證推力在一定范圍內。當施工頂進距離較長，土層含砂量大時，在管道推進過程中，砂層粘附于管道外壁，造成“抱管”現象，推進阻力將變大。針對此種地質特點，可使用非開挖施工專用的添加劑與清水配置成推進泥漿，達到潤滑管道外壁，防止砂層粘附，降低管道在砂層中的阻力，減小推力的目的。

同時在頂進先導管及管材的過程中，因管道出入洞口的位置會存在水土流失的現象，故需加裝鏡面框設施（環形鋼片+橡膠+緊固螺栓），以控制井內流水流砂等泥土流失現象。

4.5 先導管拆除

管材頂進過程中，每節先導管的頂進需要對頂進油缸進行推進及回縮的操作，并在每一節先導管頂進完成后，安裝對應長度的液壓油管及高壓水管。并且在每頂進1m 后，于接收井內接收并拆除對應長度先導管，依次循環完成整個頂管施工過程。

頂進機頭推進過程中，在接收井進行黑管及導向管拆除，泥漿隨管道頂進送出到達接收內，泥漿外棄需要泥漿車配合運出。管道頂進施工結束后，兩端管頭懸空部分，用磚塊或木方支撐，防止出現“磕頭”現象。

4.6 窨井砌筑

在頂管完成后，澆筑窨井墊層及基礎，并進行管道流槽的澆筑及施工，并在井底管道口上方50cm 處切割鋼護筒，以便后期拔除（由于管道橫穿而未拔出的鋼護筒遺留在地下）。

窨井砌筑宜由下而上依次收口砌筑，可視深度情況由四九墻→三七墻→二四墻過渡，在井身砌筑完成后，對鋼護筒進行拔除，并在拔除的同時，向基坑內回填砂，并灌水沖實。在完成所有回填以及鋼護筒拔除的施工后進行窨井井座的施工。

5 結語

地箭式微型頂管施工技術適用于DN600 及以下的管道工程的施工，周期短、工作井作業面小、施工便捷、需要人工較少、對周邊環境及既有管線影響小，對周邊環境及既有管線保護需求較高的城市排水、市政配套管線、地下非開挖施工等是一項優選的非開挖工藝。