非开挖技术在供水管道施工中的应用:非开挖施工技术

　　摘要：非开挖技术以突出的优势日益受到人们的青睐，在市政管道工程施工中得到广泛应用。本文概述了非开挖技术的两种施工方法，分析了每种方法的利弊并结合工程实例介绍了顶管技术在施工中的应用。
　　关键字：非开挖 导向钻进 顶管 泥水平衡
　　中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2012)O8-0130-01
　　非开挖工程技术被广泛应用于穿越道路、河流、建筑物以及在闹市区、古迹保护区等不允许或不能开挖条件下进行电信、给排水管道、天然气管道等的铺设、更修和修复。由于该技术的综合成本低、施工周期短、环境影响小、不影响交通、施工安全性好等优势日益受到人们的青睐，在市政给排水管线、通信电缆、燃气管道等地下管线工程施工中得以广泛应用。随着我国经济的发展，大量新的管线需要兴建，大量旧的管线等待修复且人们对环境保护的日益重视，这些因素必将使非开挖技术得到蓬勃发展[1]。
　　1、非开挖技术概述
　　非开挖技术是利用微开挖或不开挖技术对地下管线、管道和地下电缆进行铺设、修复或更换的一门科学。现阶段施工中，非开挖技术主要分为导向钻进铺管和顶管掘进机铺管技术。
　　导向钻进铺管技术是采用定向钻机从河流或道路的一侧向另一侧钻孔，然后把要安装的设施从道路钻孔的一侧拖入到另一侧。其施工的特点是：①导向仪导向，快速高效准确；②钻孔方向易控制且施工场地要求简单；③导向探测与管线探测仪或管线雷达相结合可有效调整钻头，避开管线，适合复杂地层条件下施工。
　　顶管掘进机铺管技术是指借助主顶油缸等顶进设备，将工具管或掘进机从工作井穿越土层进入接收井，将紧随其后的工作管道依次连接并埋设在这两个井的管线土层中的敷设地下管线的施工方法[2]。在顶管施工中有3种平衡理论：气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论。气压平衡又分全气压和局部气压平衡，气压式顶管施工的基本原理是以一定压力的压缩空气来平衡地下水压力、疏干地下水，从而保持挖掘面土体稳定；泥水平衡理论就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱并施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工理论；土压平衡理论的主要特征是在顶进过程中，利用掘进机土仓内的压力和螺旋输送机排土来平衡地下水压力和土压力[3]。下面结合实际工程阐述泥水平衡式顶管施工技术在供水管道工程中的应用。
　　2、工程概况
　　本工程为珠海市平岗泵站咸期供水配套工程第10.1标段Ф2444×22mm钢管顶管工程，管道全长1023米。顶管沿线设工作井一座（12#顶管工作井），设接收井两座(11#和13#接收井)。该工程管材选用Φ2444×22钢管，材质Q235B，单根管长初步定为6m，重量7.9t/根。钢管采用焊接连接。
　　本工程工作井和接收井采用沉井施工，顶管施工从12#工作井向两座接收井（11#、13#）进行顶进，一段长度为506m，另一段长度为517m。
　　3、工程地质条件
　　3.1 工作井处地质条件
　　两接收井分别位于东三闸南侧和东四闸南侧；工作井位于芭蕉地地面处，沉井所在位置地形较为平坦，地面高程在-0.86～0.5m之间。所处地层结构为二层，①层为耕土，黄褐色，由粉沙含粘土组成，含植物根茎，松散状态，层厚为0.6～2.5m，层底标高为0.5～-1.0m；②层为淤泥质粘土，灰黑色、深灰色，一般含大量粉细砂或贝壳碎屑，局部粉细砂与淤泥呈互层状，摇震反应快，较光滑，干强度高，韧性较低，呈饱和，流塑状态。层底标高为-15m～-40m之间，工作井和接收井底标高位于-9.90m。
　　3.2 顶管处地质条件
　　管线中心线高程按-7.80m，顶管穿越的地层为②层。层底标高为-15m～-40m之，厚度5.60～39.80m，层底高程-15～-40m。
　　4、施工方案
　　根据工程地质情况拟采用日产RASA公司DT型泥水平衡掘进机。该机型的刀盘可根据前方土压力的变化自动伸缩，伸缩的同时进泥量也随之变化，使前方平衡土压力始终保持定值，地下水可以通过进水量保持平衡同时保证地面沉降量最小。
　　4.1 施工顺序
　　测量放线→基坑制作→设备安装→顶进、出土→泥水分离→注浆减阻→测量、纠偏→下管接口→进入接收井→取出机头→全线测量、管内口抹浆密封→拆除设备、顶管结束→维修保养。
　　4.2关键施工措施
　　① 纠偏系统
　　纠偏系统是由四组纠偏油缸构成的，纠偏的控制是根据管道激光测量定位系统来决定的。在顶进过程中，激光经纬仪从始至终进行跟踪测量，激光纠偏系统随时根据激光点的左右上下进行纠偏。
　　② 顶管的排泥方案
　　由于顶管施工的距离长且管径大，排泥泵拟选用日本原装产品，它具有使泥水循环流动的功能，该设备设有旁通阀，其采用电动操作，一旦管道发生堵塞现象，屏幕操作台就可以显示，操作台的人员随即可以启动任何一只旁通阀进行冲洗管道，保证了排泥管道的畅通。
　　③中继间设置
　　本工程为长距离顶管施工，中继间的合理布置和启动是顶管成败的关键环节。据计算总控制顶力为2553T，主顶油缸选择每台300T，共6台，主顶装置总顶力为1800T。为了保证顶进顺利和工期完成，在517m和506m两段管道中加设4个铰连接中继间，每段需架设中继间2套，把这两段管道分成3个推进区间，同时控制好安放位置，在顶力达到主顶装置的50%时，及时安装第一个中继间。当顶力达到主顶装置70%时安装第二个中继间，中继间顶力按照每台1200T设计。
　　④ 减阻措施
　　在顶进过程中，采用注浆的方式使管道外壁形成泥浆润滑套，从而降低顶进时的摩阻力。润滑材料采用日本生产BIOS超强润滑材料，该润滑剂的优点为：高粘性、良好的抗渗透性、配制容易、经济环保。
　　5、结论及建议
　　1）根据实际的地质情况与设计要求，选择合理的非开挖技术手段进行施工。
　　2）当管道较长、高程控制要求精确且管径较大时，常采用顶管掘进机铺管技术。
　　3）在长距离顶管施工中需要合理布置中继间的位置和数量，将管道分成数段，分段向前推顶，分散了主千斤顶的顶力使每段管道所受顶力降到允许顶力范围内，同时可大幅降低施工成本。
　　参考文献：
　　[1]马保松.非开挖工程学[M].第一版，北京：人民交通出版社，2008
　　[2]韩选江.大型地下顶管施工技术原理及应用(第一版)[M].北京：建筑工业出版社，2008
　　[3]北京市市政工程局.市政工程施工手册(第一版)[M].北京：中国建筑工业出版社，1995