拉頂管施工技術(shù)在污水管網(wǎng)工程中的應(yīng)用

殷明浩

廣州市市政集團(tuán)有限公司 廣東 廣州 510060

拉頂管施工技術(shù)的應(yīng)用，可用于對(duì)城市污水管網(wǎng)工程在盡量減少對(duì)現(xiàn)有設(shè)施及交通損壞的情況下進(jìn)行改造更新或新增污水管網(wǎng)，一方面能有效減少施工的問(wèn)題、安全隱患，另一方面可較大提高施工效率。拉頂管施工技術(shù)的應(yīng)用還可以加強(qiáng)各類風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防，一定程度上減少了隱藏的風(fēng)險(xiǎn)，促使城市污水管網(wǎng)工程的建設(shè)，朝著更科學(xué)的方向發(fā)展，整體上為城市建設(shè)提效增值。但是，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，要通過(guò)專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展作業(yè)，故需努力建設(shè)高素質(zhì)的施工作業(yè)隊(duì)伍。

1 拉頂管施工技術(shù)概述

1.1 頂管技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)主要是用于市政工程項(xiàng)目當(dāng)中的施工技術(shù)，具體表現(xiàn)為非開(kāi)挖掘進(jìn)式的管道鋪設(shè)技術(shù)。頂管技術(shù)的應(yīng)用，有效地減少了對(duì)周圍環(huán)境及現(xiàn)有道路交通的影響，不僅施工場(chǎng)地需求較小，因在施工噪音比較低而對(duì)周邊居民的生產(chǎn)生活影響甚小[1]。頂管技術(shù)的應(yīng)用，還可以深入地下開(kāi)展作業(yè)，相對(duì)于明挖埋管而言，具有能大大減少挖方量及填方量等優(yōu)點(diǎn)，將極大提高經(jīng)濟(jì)效益。然而，頂管技術(shù)的應(yīng)用，由于施工時(shí)長(zhǎng)較大，一定程度會(huì)導(dǎo)致工程的造價(jià)比較高。

1.2 拉管技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，主要是通過(guò)非開(kāi)槽的方式逐節(jié)安放管道，然后利用定向鉆機(jī)鉆孔的方法，在鉆進(jìn)前端通過(guò)拖拉機(jī)械在鉆頭切削土及泥漿護(hù)壁之下的拉力作用，將管道逐節(jié)接長(zhǎng)拖拉過(guò)來(lái)，一般情況下使用了一次性管道焊接成型的方法來(lái)作業(yè)，由此在保證施工質(zhì)量的前提下也能有效地提高施工效率。

2 拉頂管施工技術(shù)在污水管網(wǎng)工程中的應(yīng)用

2.1 工程概況

本項(xiàng)目起點(diǎn)位于汕頭市與潮州市交界處的葫蘆市，樁號(hào)為K130+287，終點(diǎn)位于與金湖路交叉路口，樁號(hào)為K137+591，途經(jīng)汕頭市葫蘆市、月浦、西隴、中岐、下岐、新鄉(xiāng)等村鎮(zhèn)，路線全長(zhǎng)7.304km。工程范圍：建設(shè)內(nèi)容主要包括完善道路配套設(shè)施、拆除部分路段側(cè)分帶、對(duì)路幅進(jìn)行微調(diào)整、設(shè)置自行車道于人行道上，對(duì)輔道、機(jī)動(dòng)車道橋頭引道進(jìn)行調(diào)坡處理、完善排水系統(tǒng)、新增污水系統(tǒng)、人行道及道路沿線風(fēng)貌等進(jìn)行品質(zhì)提升改造。

2.2 排污工程

項(xiàng)目設(shè)計(jì)在沿線道路兩側(cè)輔道增設(shè)DN400--DN1200縱向污水管道，收集規(guī)劃區(qū)域污水排至下游惠來(lái)路的污水干管，最終排入北軸污水處理廠處理；設(shè)計(jì)對(duì)管徑大于DN800的采用鋼板樁支護(hù)明挖方案，對(duì)管徑小于DN800的采用機(jī)械拉頂管方案。綜合拉頂管設(shè)計(jì)方案，項(xiàng)目污水系統(tǒng)設(shè)置補(bǔ)充了污水管線縱斷面設(shè)計(jì)；施工前期加強(qiáng)了現(xiàn)狀道路沿線排水管、排水箱涵、供水干管等管線的調(diào)查，加強(qiáng)了道路集排水方案的論證，合理選擇污水管的設(shè)置位置。

2.3 施工管材的選擇

現(xiàn)階段的拉頂管施工，應(yīng)充分把握好污水管材標(biāo)準(zhǔn)要求。比較常見(jiàn)的頂管施工管材是鋼筋混凝土管，該材質(zhì)的管材實(shí)際應(yīng)用中能獲得更長(zhǎng)的使用壽命，同時(shí)在施工工藝及操作便利性中較有保證，相對(duì)于非開(kāi)挖埋管污水管頂進(jìn)接口質(zhì)量控制有較好效果。另外，HPDE管材在頂拉管施工有廣泛應(yīng)用，該類型的管材不僅具有較好的環(huán)保特點(diǎn)，同時(shí)由于該類管材本身具有的韌性，允許管道路徑存在一定的曲率變化，特別適用于埋深較深、需規(guī)避障礙物多及管道線路有曲率要求等污水管布設(shè)中使用。

拉頂管的施工工藝，可分為管道頂進(jìn)與先導(dǎo)鉆頭后拉管兩種施工工藝，故應(yīng)綜合管徑大小、地質(zhì)情況、管道節(jié)段長(zhǎng)度及埋深等多方面因素，結(jié)合施工空間和施工工期的要求，進(jìn)行管材的選擇。在管材的選擇方面，應(yīng)更多考慮施工可行性及污水管道連接密封性，要確保管材的整體剛度滿足污水管道長(zhǎng)期工作使用要求。拉頂管的發(fā)展過(guò)程中已有相關(guān)科技公司，開(kāi)發(fā)出柔性密封自鎖承接插口實(shí)壁管。該類型的原材應(yīng)用，一端為承口，另一端是插口，不僅對(duì)其他管材的優(yōu)點(diǎn)有效的融合，還在缺點(diǎn)上作了有效的規(guī)避。比如，該實(shí)壁管材易接功能相對(duì)突出，施工作業(yè)時(shí)不用熱熔連接，不需要通過(guò)電容連接，在井下的水環(huán)境施工方面不受影響，接口采用多道環(huán)形緊扣連接表現(xiàn)出緊密的狀態(tài)，工后管節(jié)出現(xiàn)滲漏的情況較少，質(zhì)量保證率高[2]。

2.4 工藝原理

拉管技術(shù)的作業(yè)原理，主要是通過(guò)先導(dǎo)式定向鉆頭，導(dǎo)向鉆頭在儀器控制下，較精確地確定管道的標(biāo)高和管道的軌跡，鉆頭到達(dá)接管井后，然后利用拉管設(shè)備根據(jù)管道大小更換相應(yīng)的回旋鉆頭并連接管節(jié)（除首節(jié)外，此后各管節(jié)一般采用液壓頂推套管連接。），在回旋鉆削土、漿液護(hù)壁及拉力的共同作用下，按原頂進(jìn)軌跡逐節(jié)拉管至接收井。區(qū)別于傳統(tǒng)的先導(dǎo)式拉管施工工藝，整個(gè)拖拉管施工過(guò)程中拉力保持Fl＞0的狀態(tài)，只要施加足夠拉力同時(shí)以漿液護(hù)壁與潤(rùn)滑減少管節(jié)與周邊土的摩擦力，該工藝的頂拉管便能適用于在管徑的更大、施工管段長(zhǎng)度更長(zhǎng)的管道敷設(shè)施工。

圖1 拉頂管施工原理示意圖

2.5 施工步驟

拉頂管的作業(yè)，主要是通過(guò)五個(gè)步驟順序來(lái)進(jìn)行的，分別是前期準(zhǔn)備、制作沉井、定向鉆導(dǎo)向、管節(jié)安裝、管道頂拉。施工過(guò)程中，每一個(gè)步驟都有其相應(yīng)的規(guī)范及要求，具體如下：

第一，前期準(zhǔn)備。該階段的工作主要通過(guò)前期的一系列準(zhǔn)備，包括地質(zhì)物探、地下管線走向、地質(zhì)情況及地下水情況等進(jìn)行詳細(xì)勘探，一方面以設(shè)計(jì)最佳的道線走向以規(guī)避障礙物或減少對(duì)現(xiàn)有管線或結(jié)構(gòu)物的破壞；另一方面為后續(xù)的連續(xù)施工做好較完備的預(yù)案；以進(jìn)一步提高拉頂管的可靠性。拉頂管施工前還應(yīng)加強(qiáng)施工物探和管線情況的技術(shù)交底，故需加強(qiáng)污水管網(wǎng)工程的基礎(chǔ)信息收集，以便正式施工前能順利開(kāi)展。所有非明挖敷設(shè)管道的施工工藝，在管道鋪設(shè)的過(guò)程中均不允許長(zhǎng)時(shí)間暫停，一管段間需連續(xù)一次性施工完成。主要原因是管道鋪設(shè)過(guò)程中，若因障礙物而長(zhǎng)時(shí)間暫停，缺少流動(dòng)的漿液減阻，已頂拉段管節(jié)或回旋鉆頭的周邊土體會(huì)重新建立力學(xué)平衡并向管周擠壓與增大接觸面，頂拉施工將無(wú)法重啟。而通過(guò)前期物探工作的準(zhǔn)備，取得各管線單位的管網(wǎng)走向數(shù)據(jù)，并對(duì)施工人員作施工前技術(shù)交底，進(jìn)一步優(yōu)化施作管道線路，將能大大減少施工過(guò)程可能遇到的困難。

第二，制作沉井。污水管節(jié)間及污水井對(duì)防滲漏均有較高的要求，因此制作沉井質(zhì)量有較高的要求。首先，一般情況下，城市污水管埋深均較深且比雨水管深，相應(yīng)的沉井深度也較深。拉頂管在拉力與頂力的共同作用下，一次性拉頂管段的施工長(zhǎng)度可通過(guò)多個(gè)井位。故施工前需根據(jù)管徑及管線走向，在沉井中相應(yīng)的預(yù)留開(kāi)口，以便管節(jié)的穿過(guò)，但預(yù)留開(kāi)口不宜過(guò)大或過(guò)小，以適宜為好。過(guò)大不利于污水管與沉井開(kāi)口間的止水而致密封性差；過(guò)小將不利于管節(jié)安裝或通過(guò)，將可能損壞管節(jié)或產(chǎn)生卡管現(xiàn)象。本工程使用管徑為400~800mm，節(jié)長(zhǎng)80cm,預(yù)制沉井內(nèi)徑為規(guī)格為1800mm或2000mm，沉井施工完成后應(yīng)復(fù)測(cè)沉底標(biāo)高、開(kāi)孔坐標(biāo)等，同時(shí)進(jìn)行止水。

第三，定向鉆導(dǎo)向施工。拉頂管的施工體系中，定向鉆導(dǎo)向施工是核心組成部分，應(yīng)根據(jù)物探成果及施工圖紙要求綜合確定管道路線。并就按預(yù)定的路線進(jìn)行導(dǎo)向施工，使定向鉆桿分別穿過(guò)起始井直到結(jié)束井。定向鉆導(dǎo)向的作業(yè)模式，可根據(jù)實(shí)際施工要求進(jìn)行多元化的選擇。可采用坑內(nèi)導(dǎo)向的方式，該方法需要制作工作井，鉆桿從工作井內(nèi)沿著既定管道路線鉆進(jìn)并通個(gè)導(dǎo)向儀對(duì)鉆頭方向進(jìn)行控制。此方法的鉆頭標(biāo)高準(zhǔn)確度高。此外，在空間或地形條件限制情況下，可采用地面制造斜坡導(dǎo)向鉆進(jìn)的方法，一般設(shè)備置于管道路線同一直線上，并將設(shè)備平放于起始井后方適當(dāng)距離的地面上，利用導(dǎo)向鉆頭與地面形成一定夾角（一般要求小于45℃為宜）鉆進(jìn)土層，設(shè)備與起始井的距離應(yīng)保證鉆頭從地面到達(dá)起始井前，具有足夠長(zhǎng)度空間進(jìn)行調(diào)整鉆桿，使鉆桿能平直通過(guò)沉井預(yù)留開(kāi)口。該方法不僅能有效的節(jié)約施工場(chǎng)地的空間，而且施工效率較高，但對(duì)控制鉆頭標(biāo)高難度較大。

第四，管節(jié)安裝。拉頂管在污水管節(jié)拉頂?shù)臅r(shí)候，可以一次性穿過(guò)多個(gè)檢查井，不僅施工效率高，而且可減少鉆機(jī)設(shè)備的移動(dòng)次數(shù)與降低地面占用頻次。從結(jié)束井往起始井方向，以兩井間為一井段，逐個(gè)井段進(jìn)行拉頂管施工。管節(jié)安裝主要控制管節(jié)接口質(zhì)量，并在漿液護(hù)壁及潤(rùn)滑的作用下，一次性地在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)井段的管節(jié)拉頂施工。

第五，管道頂拉。污水管道施工中管道頂拉作業(yè)是最為關(guān)鍵的工序，按預(yù)定導(dǎo)向管道路線鉆桿到達(dá)結(jié)束井后，鉆頭更換成與管徑相配的回旋鉆頭，再接管節(jié)連接器及管節(jié)，設(shè)備端注入提前制備的泥漿或其他漿液，回旋鉆擴(kuò)孔并拖拉管道，并逐節(jié)吊裝管節(jié)及頂進(jìn)，推動(dòng)管道前進(jìn)。在漿液潤(rùn)滑減摩及回旋鉆擴(kuò)孔拉管的共同作用下，管道可順利通過(guò)兩井段。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，HPDE管在傳力桿鎖緊之下會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力作用，此時(shí)已頂進(jìn)段管道可近似地看作為一整個(gè)剛性體。由于有回旋鉆與管節(jié)連接器間有源源不斷的泥漿或漿液填充，已頂進(jìn)的管道與其周邊土體會(huì)形成薄層泥漿皮，將有利于管段在拖拉頂進(jìn)期間的潤(rùn)滑減阻。實(shí)踐證明，不同的地質(zhì)采用不同的回旋鉆頭形式，收到的效果也截然不同。

圖2 回旋鉆頭

圖3 管節(jié)連接器

3 拉頂管施工技術(shù)在污水管網(wǎng)工程中的應(yīng)用效果分析

本次拉頂管施工工藝在汕頭市省道233線潮汕路(金湖路-潮州交界)地方配套品質(zhì)提升改造工程勘察設(shè)計(jì)施工總承包項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用取得了良好的效果，不僅大大縮短了施工工期、保證了施工質(zhì)量及規(guī)避了采用深基坑明挖的施工危險(xiǎn)性，同時(shí)也大大降低了工程造價(jià)，整體效益顯著。通過(guò)收集，就明挖埋管與拉頂管施工工藝進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)對(duì)比，具體如下：

3.1 如何施工能收到更好的經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益好，面對(duì)現(xiàn)階段絕大多數(shù)城市道路及各管網(wǎng)已現(xiàn)初步成形，再進(jìn)行污水管網(wǎng)新建或改造，相對(duì)于埋管深度大于3米的污水管敷設(shè)來(lái)說(shuō)，采用傳統(tǒng)的明挖埋管施工往往需要大面積采用鋼板樁支護(hù)等安全措施，有時(shí)難以避免地破壞現(xiàn)狀地下管線，也會(huì)造成對(duì)現(xiàn)有道路進(jìn)行破壞同時(shí)產(chǎn)生新的環(huán)保問(wèn)題等。在綜合對(duì)比明挖埋管及拉頂管施工兩種不同的施工工藝來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)為砂性土或淤泥質(zhì)土等無(wú)大塊石頭且均勻性較好的土層時(shí)，采用拉頂管施工能收到更好的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 兩種施工工藝相關(guān)指標(biāo)對(duì)比表

3.2 如何施工質(zhì)量高

污水管道敷設(shè)施工，對(duì)比拉頂管施工及明挖埋管兩種施工工藝，完工后進(jìn)行CCTV檢測(cè)結(jié)果可得，由于拉頂管施工過(guò)程中，管節(jié)間在傳力桿拉力的作用下形成類似剛性體的管段，管周除相對(duì)均勻的土壓力外，無(wú)其他額外能促使管段變形的力，故完工后污水管道的流水面起優(yōu)較低，管節(jié)間連接效果更有保證，施工質(zhì)量也就更高。而明挖埋管施工質(zhì)量則不然，除了難以保證管段間地基承載力的均勻性外，還受回填效果的影響，且以上不利因素難以人為控制。

3.3 施工安全性高

污水管網(wǎng)絕大多數(shù)布設(shè)于城市道路兩側(cè)或之下，埋深較深且往往超過(guò)3米，此時(shí)明挖基坑屬危險(xiǎn)性較大工程。如果周邊為建筑物或正在通行的道路，還需要增加其他基坑支護(hù)等安全措施，否則施工安全難以保證[3]。而拉頂管施工，由于其工藝特點(diǎn)，只需提前做好對(duì)現(xiàn)狀管線物探并確定各管網(wǎng)保護(hù)方案，進(jìn)而可確定最佳的管線路線方案，拉頂管施工便能全面正常開(kāi)展。除沉井內(nèi)有限空間作業(yè)屬危險(xiǎn)較大工程外，基本無(wú)其他安全隱患。而有限空間作業(yè)只要按安全規(guī)范做好通風(fēng)等安全措施，安全隱患皆可有效地規(guī)避。

4 總結(jié)

該施工工藝在汕頭市省道233線潮汕路(金湖路-潮州交界)地方配套品質(zhì)提升改造工程勘察設(shè)計(jì)施工總承包項(xiàng)目中應(yīng)用的實(shí)踐效果可以看出，拉頂管施工技術(shù)在城市污水管網(wǎng)施工中的有效應(yīng)用，對(duì)城市污水管網(wǎng)工程的發(fā)展產(chǎn)生了有效的促進(jìn)作用，不僅施工質(zhì)量、施工安全有更多的保障，同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)明挖埋管經(jīng)濟(jì)效益大為增加且施工環(huán)保問(wèn)題更少，而這正是回歸工程建設(shè)增值的主旨所在。因此，在城市污水管網(wǎng)新建或更新工程當(dāng)中，在適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)條件的情況下，拉頂管施工技術(shù)皆值得設(shè)計(jì)和施工優(yōu)先考慮與使用的。