在先導孔內回拖拉管的工程技術建造地下給排水管道

唐 歉

(昆明市滇池水生態管理中心，云南 昆明 650228)

0 引 言

現代城市地表下0.8～5.0 m范圍，遍布排水管網等各種設施、建(構)筑物及其基礎，縱橫交錯、錯綜復雜，局部層層疊疊，要新建或重建污水管道，會遇到很多障礙，阻隔擋攔管道通行，此時，以往常用的頂管方法存在諸多局限和被動。在先導孔內回拖拉管的工程技術具有易實施、對周圍建筑物影響小、安全可靠的優點，適于在城市近地表土層中順利建造給排水管道。

1 工程技術方案的選定

需布置的給排水管道沿線情況如下：

(1)有樓房、城市道路主干道(避免在行車輛道施工，最大限度地減少干擾)，現場可供施工使用的范圍和工作面有限(范圍為綠化帶、人行道至樓房散水溝或小區圍墻邊)，大部分寬7.0～7.5 m左右；

(2)地下縱橫向有已建成的道路雨水管和小區的污水管；

(3)現狀污水管旁邊有1條電纜溝，已通電運行，若采用明挖施工，必須在新建污水管溝槽沿途增加此管線的保護措施(會產生相應的工程費用)。

為保證管線周邊建筑物的整體穩固和安全(不僅僅是施工期間，這是該工程最大風險所在)，保證已有管道管線的完好無損、正常使用，經技術、經濟、安全多方面比較，確定最適宜的方案：采用沿排水管道軸線非開挖的先導孔鉆進、回拖拉管的工程技術來完成管道施工。

設計的管道長度約3 500 m，并排2條，坡比為1%左右，地埋深度1.5～3.5 m，施工工期50 d，使用回拖拉管方法建造的有2×1 380 m。給水管管材為PE100聚乙稀DN560×50.8，1.6 Mpa有壓管；排水管材為HDPE熱熔管(內水無壓)，管徑壁厚為DN500×40。

采用在先導孔內回拖拉管工程技術建造給排水管道的優點：①鉆進先導孔以穿越、引導、安裝城市管網，埋深一般達到3 m以下，不破壞地貌和環境，對周圍環境沒有影響，適應環保的各項要求。相對于明挖埋管、頂管，對管道外部、管線周圍的影響小，同樣受外部、周圍因素的限制少；②施工作業受氣候等自然條件(如降雨)的干擾小。定向鉆機施工時，沒有水上、水下作業之分，不受季節、天氣和地下水位限制，具有施工周期短，所需人員少，施工安全可靠，成功率高的特點；③施工場地可以靈活調整，進出場地速度快，施工措施費用低。只需在入土坑(工作坑)及出土坑(接收坑)位置開挖基坑，施工臨時用地少，對施工場地已有設施(道路等)的破壞及影響小；工作坑尺寸僅為7 m×1.5 m(長×寬)，深度約3 m(即管道埋深)；④部分施工基坑可以與永久檢查維修井(或水流交接轉換聯通井)二合一建設，減少施工臨時工程，工程占地面積小，為保證已有建筑物安全，檢查井采用逆作法施工；⑤施工作業均在井內或地表面上操作，不需要工人進入管道內挖土，施工人員工作環境、健康和安全保障性高；⑥文明和環保施工目標易保證，實施綠色施工，防塵、降噪、防擾民方面，工程施工期間灰塵小(僅工作坑土方開挖時有一點點土塵)，作業機械基本無噪音，抽排的管內泥漿和施工污水不外流，存放在泥漿沉淀池(即工作坑)，待水濾干后運至當地垃圾填埋場處理或棄土場處理，使用環保工程材料，管材余料可以繼續用于本工程，棄料極少；⑦施工安全性強，工程施工機械化程度高，各工序均在地面作業，工作井有頂蓋，不在地面上有明的坑口，通風口有圍攔和密目網蓋板，避免施工期間地面上的人、物跌落，既保證了施工安全，同時也保證了周邊民眾(第三者)的通行等日常活動的安全。

采用在先導孔內回拖拉管工程技術建造給排水管道的特點：平面上、2個工作井之間(距離50～60 m)，管道軸線根據避讓障礙物的需要，呈“S”、或“弧”型走向，這是牽拉拖管工程技術的優勢和特點：管材本身具有一定的柔韌性和擾度，能適應地下復雜情況，偏轉、避讓障礙物。該工程“S”型偏轉角度達到15°，就鉆進和管道的柔韌性而言，偏轉角度可更大。①管道縱坡局部與設計有偏差，總體上是吻合的；選用的管材，糙率為0.014(比預制混凝土管小)，管道底坡的微小變化，對有壓供水沒有任何影響，對排水水流的影響也很小；②HDPE排水管比預制混凝土管價格高，該段工程投資中管材造價占比大。

2 在先導孔內回拖拉管工程技術簡述

2.1 工藝流程

(1)先導孔鉆進。鉆桿從地面斜插鉆入，利用比鉆桿外徑(該工程為φ80 mm)略大的鴨嘴式小鉆頭(φ120 mm，見圖1)打導向孔，在鉆頭內設置紅外探測儀器，地下鉆頭內的傳送器向地表的接收機發出消息，控制鉆頭的方向和深度，鉆進、形成準確的定位導向孔，鉆桿鉆頭在另一端的接收坑內鉆出，見圖2、圖3。

圖1 鴨嘴式小鉆頭

圖2 先導孔鉆進示意圖

圖3 鉆進先導孔

(2)回拉擴孔。利用導向孔的通道，反向回擴。卸下小直徑鴨嘴式鉆頭、換裝圓錐型回擴孔鉆頭(直徑比小鉆頭略大)，啟動回拉鉆機擴孔，見圖4、圖5、圖6。

圖4 回拉擴孔示意圖

圖5 擴孔鉆頭(不同直徑)

圖6 回拉擴孔

擴孔時勻速回拉、收鉆均勻，注水機連續適量注水，同時通過鉆具攪拌孔內泥土、造制泥漿，既可以保護成孔孔壁，保持洞圈穩定，也起到潤滑作用，最終成形的孔道內壁光滑圓順。

回擴時只將孔徑內的原狀土攪碎，同時擴大孔徑(一般每次孔徑擴增100～200 mm左右)，如此反復拖拉，最終擴孔器的尺寸接近(或略大于)設計管徑；該工程擴孔作業包含DN200擴孔器擴孔、DN300擴孔器擴孔、DN400擴孔器擴孔、DN500擴孔器擴孔。

鉆進先導孔和擴孔時注水潤滑鉆具，擴孔時攪碎孔內原狀土，同時將孔內土攪拌形成塑性泥漿，清孔時借助于機具的擠壓，在孔壁上形成光滑的一層護壁泥皮，用以平衡孔道內的固壁壓力，從而形成穩定光滑的安管通道。

(3)清泥成孔。該工序主要是利用清孔設備清出擴孔時攪碎的孔內泥土，形成安管的通道。

回擴鉆孔時，在鉆頭尾部配裝拉鏈(桿)，當鉆孔回擴到達工作坑，卸下擴孔鉆頭，在拉鏈(桿)一端換裝拉泥盤、拉出泥土，完成清泥成孔工作。拉泥盤環形盤的大小及加裝橫擋封閉的選擇，根據地層土質確定。

拉泥時需反復來回拖拉，首次拉泥采用環形盤，而后若阻力減輕，則在拉泥盤上加裝橫擋，再次入孔拉泥，逐次加封橫擋，直至拉泥盤全封閉，并能輕松順利拉出為止。孔道內泥土拉運清出，形成光滑圓順的安管通道。

(4)回拖拉管。孔道成型后利用拉力機將管節拖拽入孔道內。先將管頭密封，拉一管節、接一管節(在地面進行連接，機械熱熔焊接)，完成安裝工作。作業時，拉管機操作人員要根據設備數據均勻平穩地牽引管道，切勿生拉硬拽。見圖7、圖8。

圖7 管道拖拉安裝示意圖

圖8 回拖拉管準備就緒

(5)沖洗管道。管內的泥土，用壓力水沖洗、泥漿泵抽排至地表工作坑存放、處置。

1個工作坑可以完成2個方向的管道鋪設施工。擴孔時地層土質較軟時宜快速給進回擴，地層土質較硬時要勻速緩慢進行，見圖9。分段管道施工完畢，擴挖工作坑，將斜插的這段管道割除、建造檢查井，也可將左、右兩段滿足設計坡度要求的管道連接起來。

圖9 回擴孔鉆進示意圖

2.2 施工工序和進度計劃

(1)施工基坑開挖：該工程工作坑形狀為矩形，截面尺寸為1.5 m×7.0 m，深度約為3.0 m，采取人工開挖，工作坑還用于泥漿沉淀，計劃施工時間3 d。

(2)定向鉆進施工：每段作業段施工內容包括設備就位、導向孔鉆進、擴孔、清孔、管道焊接、拖管等。每段施工完成后清理現場，移動定向鉆機，進行下個作業段施工。計劃施工時間需要30 d。

(3)逆作法施工檢查井：檢查井采用逆作法施工護壁成井，再澆筑鋼筋砼井。計劃施工時間需40 d。

(4)施工基坑回填：臨時工作坑、接收坑回填采用原狀土回填、并分層壓實，計劃需要4 d。

(5)進度計劃為正常施工進度計劃，施工期間如因設計圖紙變更、場地限制影響、無施工作業面或暴雨、停電等不可抗拒因素影響，工期應順延。

定向鉆進、回拖拉管分為6個作業段，每個作業段施工長度為2×230 m，每日正常施工10～12 h(2班)，經過各參建方的努力，按時完成了建設任務。

2.3 先導孔定向鉆進軌跡(鉆桿中心線)的控制

先導孔定向鉆進的軌跡，就是設計的管道中心線；控制鉆桿方向和定位的原理，是用造斜工具，動態控制鉆頭前進方向，形成設計預定的軌跡，最終鉆達管線的目的。

(1)鉆進前依據設計圖紙的管道內底標高、管徑和相對應的原地面標高計算鉆桿應達到的深度，確定定向鉆孔軌跡。

(2)定向鉆孔的軌跡由入地(出地)造斜直線段、定向直線段(與管道設計坡度一致、基本水平，該段為安管段)、弧線段(弧線長度轉換為鉆桿直線長度×n)等組成。

入地造斜段與管道直線段之間及管道直線段與出地造斜段之間，有一根鉆桿長度達到管道直線段坡度要求。

入地角≤15°(>15°的角度有待進一步探索)，出地角按導向鉆桿及拖拉管材允許曲率半徑較大值確定。

3 經驗總結和注意事項

1)在先導孔內回拖拉管工程技術，在城市鋪設地下給排水管網時充分顯出其優越性。傳統開挖施工會對周圍環境，建筑物和交通造成破壞和不良影響，施工中克服了這些缺點，基本不破壞地表(避免出現群眾反感的馬路拉鏈)，不影響居民正常生活，不影響公共服務正常工作(如醫院、學校和商店)，不會破壞植被和綠地，更不會阻礙交通。

2)先導孔定向鉆進是非開挖定向鉆進鋪管的關鍵環節。先導孔鉆進穿越精度高，管道弧線段鋪設距離長，容易靈活、合理調整埋深和鋪設方向，使管線繞過地下的障礙物，且滿足設計要求。

(1)導向鉆帶有信號發射裝置，用導向探測儀適時控制深度、標高、及坡度；導向鉆按設計的深度、標高，全程、隨時監控樁位、管道走向、管道位置等，及時復測，確保管道施工符合設計要求。

(2)先導孔鉆進時，導向探測儀可以探測到沿途的情況，將圖像傳輸、顯示在監控屏上，工程技術人員可預先了解到是否有較大障礙物，提前制定對策措施，避開障礙物。

(3)鉆進中采用輕壓、慢轉，注意控制鉆頭溫度，切不可使探頭過熱。

3)拉管施工沿線會存在空腔，引起地面沉降，對周邊建筑造成影響，因此，拉管過程中注漿加固需跟進，管道鋪設完畢也要進行高濃度充填灌漿。由于受場地條件限制，該次采用孔內注漿的加固措施。

拉管施工前在管道前端連接兩根與管道同長度的φ25鋼管，與PE管一同拉入土中并一同到達拉管設計終點樁號。到達終點后，解除φ25鋼管與PE管的連接，在2根鋼管前面各加1根6 m長同直徑的注漿花管。

移動拉管機到接收坑，和φ25鋼管連接并回拽。每拽入6 m，把鋼管和拉管機的連接取消，換成和高壓注漿泵連接。注入1：1水泥、粉煤灰漿液(0.4 Mpa)，從而置換觸變泥漿，補充管道周圍的空隙。然后再換再拉，再拉再注，反復進行。直到將管全部拉出接收坑，注漿過程也全部結束。

在注漿施工時應注意：①根據實際情況每3～6 m注漿一次，預算注漿量一定大于泥漿量，注漿時盡量保持連續、不要間斷；②當花鋼管拖入地面時一定要用堵頭堵死，防止漿液從花管前端流失。

4)該工程中的PE管、HDPE管采用熱熔焊接，管道接口質量的好壞直接關系到拉管施工的成功與否，焊接作業的每一個步驟、環節必須保證質量。

4 結 語

在先導孔內回拖拉管的工程技術，易實施、對周圍建筑物影響小、安全可靠，適于在城市土質地層中建造地下給排水管道。隨著城市建設發展、地下給排水管網建造的需要，將越來越凸顯它的實用性、優越性。