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【摘 要】随着我国经济的发展，城市建设的脚步越来越快，各种管线在地下纵横交错、层叠密布，地面建筑物也越来越多, 为了解决现有市政设施与拟建管道工程施工矛盾，以及管道自身埋深较大等特殊情况，在国内逐渐兴起了非开挖施工技术。结合某污水管网实际拖管施工，分析拖管施工要素及施工流程。
【关键词】导向钻进；泥浆的配制；回拉扩孔；托管施工
在城市建设中，明槽开挖施工不仅会缩短道路使用寿命、影响附近居民生活、破坏周边环境，给人们生活和工作带来不便，而且当管道建设到更深位置时，即便有宽阔的施工场地也会加大施工难度，增加资金投入。为了解决这一问题，国内逐渐兴起的非开挖施工技术，已经在市政给排水工程、电力管线工程、桥梁预应力拉伸施工等广泛应用。现在非开挖施工技术已有多种形式如盾构、顶管、拖管等。
1.工程概况及施工条件
本工程为一污水管网工程,城区内管道除部分新建城区为雨污分流制，老城区为截流式合流制外，其余大部分已建地区排水管管道均为雨污合流制。雨水、污水经合流制管道就近、分散、重力流排入水体，雨季时部分污水未经处理直接排入附近水体，导致水体遭受严重污染，城区水环境质量较差。从去年开始，针对城区的污水处理管网进行新一轮的建设，建成后污水处理能力将从1.5万吨增加到5万吨，这还只是一期工程，后期处理能力将达到9万吨，本期建设的城市管网总长58181m，覆盖了主城区95.12km2。设计方案采用非开挖定向钻拖管施工。
2.施工设备和管材
为保证工程质量、安全和进度，根据工程特点及建设要求，合理选用管材，以往用于排污工程方面的主要是水泥管，随着经济发展和非开挖技术的不断成熟，UPVC和PE管将在市政工程中广泛采用。该工程采用PE（聚乙烯）污水管，规格分别为：①直径：315×7.7m/m；②直径：500×12.2m/m；③直径：630×15.4m/m。主要物理性能指标：①密度0.914～0.965g/cm3；②抗拉强度（23度）21～24MPa；③熔点131℃；④断裂伸长率＞35°；⑤纵向尺寸收缩率≤3%。另外，该管材具有优异的化学稳定性，耐老化及环境应力开裂性能，使用温度范围宽，承压能力好，并有良好综合机械性能。
3.施工技术
目前，非开挖施工技术处于国内领先水平，具有先进的导航系统，引导钻头沿设计好的钻孔轨迹进行回拉扩孔，将导向孔扩至铺管所需要的孔径，最后使用钻机或绞车将焊接后的管道拉入钻孔中，完成非开挖铺设管道施工。该工艺具有不开挖路面、不影响地面建筑和交通等特点。
3.1非开挖铺管要素
(1)工作面——指设备安装场地，工作坑，下管坑的位置和尺寸。
(2)轨迹设计——指导向孔的角度、长度、方位、深度和数量等参数的确定。
(3)扩孔级序——指扩孔顺序，最大孔径，成孔孔径，挤压或排土方式。
(4)铺设管道——指管道的联接方式，顶或拉铺管方法。
3.2成孔方式
3.2.1导向成孔方式
导向钻进铺管主要用于松软地层，导向体由喷射钻头和探头室组成，以高压水射流切割土层，实现钻进。在钻头的前部有一斜面，若只给进不回转钻具，垂直于斜面的反力使钻头沿斜面方向及改变，钻出一弧形孔段，这就是造斜钻进。若同时给进和回转钻具，斜面轨迹成圆形则失去方向性，钻出一直线孔段，这就是保直钻进。
3.2.2扩孔成孔方式
扩孔钻进时使用高压水射流锥形挤压钻头，进行挤压式扩孔，钻头级差为50～80mm，其原理是利用高压水流喷射土层使其松散，锥形钻头在回转和拉力的作用下将土层挤压成孔，成孔特点是孔壁完好、密实、光滑。大孔径扩孔时，则增高钻头螺旋肋骨，可多量切割土层，并将挤压后的多余土体，顺螺旋肋骨，排放在钻头后面，再使用排土钻头将孔内余土排出。
3.3钻孔轨迹监测方法
导向钻进施工采用手持地面定位探测仪来确定钻头所在的地下空间位置。探头放置在钻头后部的探头室内，接收器位于探头上方接收并显示探头发出的信号，同步显示器接收处理过的信号，供操作钻机人员掌握孔内情况，以便随时进行调整。目前的探测系统可测钻头的深度、方位、斜面方向、顶角、温度等基本参数、测量精度为3%，测深能力一般在10m以内。
3.4施工流程
根据污水管道工程的埋深大、精度要求高的施工特点，采用以下工艺流程。
地下隐蔽管线勘察→平整场地→工人坑开挖及支护→测量各段标高→设计各导向孔轨迹→设备进场安装导向孔→复测导向孔标高→回拉扩扎施工→管材地面焊接→钻机（回绞车）回拉铺管→测量校正管头标高→砌建检查井。
3.5导向孔施工
3.5.1导向孔长度
导向孔一次施工的长短主要是根据地面条件和检查井的设计位置而定，一般为50～90m。
3.5.2导向孔的控制
①导向孔的纵向控制首先要确定入口到出口的轨迹，并在设计轨迹地面纵向放线，仪器操作人员以此为参照，进行地面跟踪控制。②导向孔的高程控制则是在线上每隔1～3m打桩，并采用水准仪测定各桩点地面标高，按照设计坡度计算出各桩点的管底流水标高，再应用公式计算出纵线上的每个桩点轨迹高程。当实测浓度与设计高程发生偏差时，操作人员能及时调整，并把误差控制在要求以内。
3.6扩孔施工
导向施工顺利完成之后，接下来一道工序被称之为回拉扩孔。回拉扩孔即是在导向结束后，卸下传感器，换成规定尺寸的钻头，这时拉管机施以旋转拉力，拖动钻头沿着导向的轨迹，边修边扩孔。扩孔钻头分为200mm、300mm、400mm、550mm、650mm、750mm 及850 mm等。在回拉扩孔阶段，要求严格按照扩孔级别进行扩孔， 不允许越级扩孔。扩孔孔径为设计管径的(1.2～1.5)倍。＞1.5倍时，容易发生塌孔事故，而且增加注浆工程量，增加施工成本。甚至还会影响管道的高程。＜1.2倍时，拉管过程中泥浆不易排出，容易发生抱管的事故，严重时导致工程失败。
3.7泥浆的配制及其作用
拉管施工技术中，泥浆配制的好坏几乎能够决定整段工程的成败。泥浆要求不能过于粘稠，其中膨润土必须处于悬浮状态。出现沉淀是泥浆配制中格外值得重视的现象。如果短时间静止即出现大量沉淀，则在一二级扩孔结束后，要立即更换优质膨润土，必要时调整泥浆配合比，以确保现场配制泥浆的质量。泥浆主要成分是膨润土、添加剂、水。其中膨潤土和添加剂可自由选取，而泥浆用水尽量在施工区附近引用，水质至关重要，只有把握准确水质情况，才能确定添加剂的使用，发挥最优效果。泥浆主要是起到润滑和护壁的作用，因此泥浆必须具备吸附、凝聚和悬浮的特点。吸附的对象主要是扩孔产生的泥沙，使其与配好的泥浆融为一体，悬浮则是使泥沙不至于迅速沉淀淤堵扩好的孔洞，吸附和悬浮使泥沙持续保持悬浮状态，在拉管施工时泥浆能迅速流动，起到润滑作用。
3.8铺管施工
该项工程选用PE管为铺设管道，单管长度10～12m，采用电热焊机进行对接。铺管施工时监理应注意控制以下几点：
(1)扩孔工序结束后，应选用与铺管直径相同的短管，将导航仪探棒固定在管内底部，用仪器进行复测，标高必须达到设计要求。
(2)拉管时防止钻孔内泥水进入管内，在管子的头部安装一个锥形拉管头。拉管头与前面的钻具相连，拉管头与钻具之间再联接一个略大于拉管头的钻头；当拉管受到孔内阻力时，可以转动钻头减少阻力。
(3)拉管时参照管材性能，控制施工单位的技术参数，防止管拉坏。拉力≤15MPa，转速≤18r/h，拉管速度2～20m/h。
(4)拉管时使用泥浆可以稳定孔壁，降低钻具扭距和冷却钻头，同时也可以清除孔内余留土屑，润滑管壁减小拉管阻力，易坍塌地层监理应要求施工单位在泥浆中加入适量的聚合物。
4.结论
非开挖技术的优点逐渐为人们接受，并受到管道用户和相关部门的认可，许多管道铺设从规划时就把非开挖技术定为首选施工方案。许多管材生产厂家也把目光放到非开挖适用管道上。就塑料管材而言，它正在不断替代金属或其他传统材料，广泛应用于城市供水、电信业、城市排水、城市燃气等领域。从环保角度以及市场前景来看，非开挖技术的应用将会越来越广泛。■
【关键词】导向钻进；泥浆的配制；回拉扩孔；托管施工
在城市建设中，明槽开挖施工不仅会缩短道路使用寿命、影响附近居民生活、破坏周边环境，给人们生活和工作带来不便，而且当管道建设到更深位置时，即便有宽阔的施工场地也会加大施工难度，增加资金投入。为了解决这一问题，国内逐渐兴起的非开挖施工技术，已经在市政给排水工程、电力管线工程、桥梁预应力拉伸施工等广泛应用。现在非开挖施工技术已有多种形式如盾构、顶管、拖管等。
1.工程概况及施工条件
本工程为一污水管网工程,城区内管道除部分新建城区为雨污分流制，老城区为截流式合流制外，其余大部分已建地区排水管管道均为雨污合流制。雨水、污水经合流制管道就近、分散、重力流排入水体，雨季时部分污水未经处理直接排入附近水体，导致水体遭受严重污染，城区水环境质量较差。从去年开始，针对城区的污水处理管网进行新一轮的建设，建成后污水处理能力将从1.5万吨增加到5万吨，这还只是一期工程，后期处理能力将达到9万吨，本期建设的城市管网总长58181m，覆盖了主城区95.12km2。设计方案采用非开挖定向钻拖管施工。
2.施工设备和管材
为保证工程质量、安全和进度，根据工程特点及建设要求，合理选用管材，以往用于排污工程方面的主要是水泥管，随着经济发展和非开挖技术的不断成熟，UPVC和PE管将在市政工程中广泛采用。该工程采用PE（聚乙烯）污水管，规格分别为：①直径：315×7.7m/m；②直径：500×12.2m/m；③直径：630×15.4m/m。主要物理性能指标：①密度0.914～0.965g/cm3；②抗拉强度（23度）21～24MPa；③熔点131℃；④断裂伸长率＞35°；⑤纵向尺寸收缩率≤3%。另外，该管材具有优异的化学稳定性，耐老化及环境应力开裂性能，使用温度范围宽，承压能力好，并有良好综合机械性能。
3.施工技术
目前，非开挖施工技术处于国内领先水平，具有先进的导航系统，引导钻头沿设计好的钻孔轨迹进行回拉扩孔，将导向孔扩至铺管所需要的孔径，最后使用钻机或绞车将焊接后的管道拉入钻孔中，完成非开挖铺设管道施工。该工艺具有不开挖路面、不影响地面建筑和交通等特点。
3.1非开挖铺管要素
(1)工作面——指设备安装场地，工作坑，下管坑的位置和尺寸。
(2)轨迹设计——指导向孔的角度、长度、方位、深度和数量等参数的确定。
(3)扩孔级序——指扩孔顺序，最大孔径，成孔孔径，挤压或排土方式。
(4)铺设管道——指管道的联接方式，顶或拉铺管方法。
3.2成孔方式
3.2.1导向成孔方式
导向钻进铺管主要用于松软地层，导向体由喷射钻头和探头室组成，以高压水射流切割土层，实现钻进。在钻头的前部有一斜面，若只给进不回转钻具，垂直于斜面的反力使钻头沿斜面方向及改变，钻出一弧形孔段，这就是造斜钻进。若同时给进和回转钻具，斜面轨迹成圆形则失去方向性，钻出一直线孔段，这就是保直钻进。
3.2.2扩孔成孔方式
扩孔钻进时使用高压水射流锥形挤压钻头，进行挤压式扩孔，钻头级差为50～80mm，其原理是利用高压水流喷射土层使其松散，锥形钻头在回转和拉力的作用下将土层挤压成孔，成孔特点是孔壁完好、密实、光滑。大孔径扩孔时，则增高钻头螺旋肋骨，可多量切割土层，并将挤压后的多余土体，顺螺旋肋骨，排放在钻头后面，再使用排土钻头将孔内余土排出。
3.3钻孔轨迹监测方法
导向钻进施工采用手持地面定位探测仪来确定钻头所在的地下空间位置。探头放置在钻头后部的探头室内，接收器位于探头上方接收并显示探头发出的信号，同步显示器接收处理过的信号，供操作钻机人员掌握孔内情况，以便随时进行调整。目前的探测系统可测钻头的深度、方位、斜面方向、顶角、温度等基本参数、测量精度为3%，测深能力一般在10m以内。
3.4施工流程
根据污水管道工程的埋深大、精度要求高的施工特点，采用以下工艺流程。
地下隐蔽管线勘察→平整场地→工人坑开挖及支护→测量各段标高→设计各导向孔轨迹→设备进场安装导向孔→复测导向孔标高→回拉扩扎施工→管材地面焊接→钻机（回绞车）回拉铺管→测量校正管头标高→砌建检查井。
3.5导向孔施工
3.5.1导向孔长度
导向孔一次施工的长短主要是根据地面条件和检查井的设计位置而定，一般为50～90m。
3.5.2导向孔的控制
①导向孔的纵向控制首先要确定入口到出口的轨迹，并在设计轨迹地面纵向放线，仪器操作人员以此为参照，进行地面跟踪控制。②导向孔的高程控制则是在线上每隔1～3m打桩，并采用水准仪测定各桩点地面标高，按照设计坡度计算出各桩点的管底流水标高，再应用公式计算出纵线上的每个桩点轨迹高程。当实测浓度与设计高程发生偏差时，操作人员能及时调整，并把误差控制在要求以内。
3.6扩孔施工
导向施工顺利完成之后，接下来一道工序被称之为回拉扩孔。回拉扩孔即是在导向结束后，卸下传感器，换成规定尺寸的钻头，这时拉管机施以旋转拉力，拖动钻头沿着导向的轨迹，边修边扩孔。扩孔钻头分为200mm、300mm、400mm、550mm、650mm、750mm 及850 mm等。在回拉扩孔阶段，要求严格按照扩孔级别进行扩孔， 不允许越级扩孔。扩孔孔径为设计管径的(1.2～1.5)倍。＞1.5倍时，容易发生塌孔事故，而且增加注浆工程量，增加施工成本。甚至还会影响管道的高程。＜1.2倍时，拉管过程中泥浆不易排出，容易发生抱管的事故，严重时导致工程失败。
3.7泥浆的配制及其作用
拉管施工技术中，泥浆配制的好坏几乎能够决定整段工程的成败。泥浆要求不能过于粘稠，其中膨润土必须处于悬浮状态。出现沉淀是泥浆配制中格外值得重视的现象。如果短时间静止即出现大量沉淀，则在一二级扩孔结束后，要立即更换优质膨润土，必要时调整泥浆配合比，以确保现场配制泥浆的质量。泥浆主要成分是膨润土、添加剂、水。其中膨潤土和添加剂可自由选取，而泥浆用水尽量在施工区附近引用，水质至关重要，只有把握准确水质情况，才能确定添加剂的使用，发挥最优效果。泥浆主要是起到润滑和护壁的作用，因此泥浆必须具备吸附、凝聚和悬浮的特点。吸附的对象主要是扩孔产生的泥沙，使其与配好的泥浆融为一体，悬浮则是使泥沙不至于迅速沉淀淤堵扩好的孔洞，吸附和悬浮使泥沙持续保持悬浮状态，在拉管施工时泥浆能迅速流动，起到润滑作用。
3.8铺管施工
该项工程选用PE管为铺设管道，单管长度10～12m，采用电热焊机进行对接。铺管施工时监理应注意控制以下几点：
(1)扩孔工序结束后，应选用与铺管直径相同的短管，将导航仪探棒固定在管内底部，用仪器进行复测，标高必须达到设计要求。
(2)拉管时防止钻孔内泥水进入管内，在管子的头部安装一个锥形拉管头。拉管头与前面的钻具相连，拉管头与钻具之间再联接一个略大于拉管头的钻头；当拉管受到孔内阻力时，可以转动钻头减少阻力。
(3)拉管时参照管材性能，控制施工单位的技术参数，防止管拉坏。拉力≤15MPa，转速≤18r/h，拉管速度2～20m/h。
(4)拉管时使用泥浆可以稳定孔壁，降低钻具扭距和冷却钻头，同时也可以清除孔内余留土屑，润滑管壁减小拉管阻力，易坍塌地层监理应要求施工单位在泥浆中加入适量的聚合物。
4.结论
非开挖技术的优点逐渐为人们接受，并受到管道用户和相关部门的认可，许多管道铺设从规划时就把非开挖技术定为首选施工方案。许多管材生产厂家也把目光放到非开挖适用管道上。就塑料管材而言，它正在不断替代金属或其他传统材料，广泛应用于城市供水、电信业、城市排水、城市燃气等领域。从环保角度以及市场前景来看，非开挖技术的应用将会越来越广泛。■