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顶拉管施工在城市污水管道建设中的应用

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：周南

[导读] 摘要：针对中山市中心组团黑臭（未达标）水体整治提升工程（项目三），因有一些污水管网临近现状房屋基础以及新建污水管道需要下穿现状主要交通主干道等情况，为了减少对现状房屋的地基基础的扰动以及对减少对道路交通通行的影响。

        中国一冶集团有限公司湖北武汉 430081
        摘要：针对中山市中心组团黑臭（未达标）水体整治提升工程（项目三），因有一些污水管网临近现状房屋基础以及新建污水管道需要下穿现状主要交通主干道等情况，为了减少对现状房屋的地基基础的扰动以及对减少对道路交通通行的影响。工程管网建设过程中遇到此类问题采用顶拉管施工工艺。通过采取拉顶工艺、自密封螺旋接口短管等关键技术，将传统双端工作面穿管的方式优化为单端工作面穿管，有效地解决了工作面不足的问题，最大限度地降低了对原有设施的破环，减少了临时用地的占用。顶拉管施工有着工期快，投入的机械设备相对较少等特点。
        关键词：自密封承插管；定向钻；拉顶工艺
        1引言
        针对在现代城市排水管道的施工面临场地限制等问题，目前采用顶管施工法及定向钻牵引施工法，这两种方法虽然实现了施工中的道路不间断交通，但对道路两侧临时占地面积大，影响了周边的社会环境；同时，当两侧紧邻建筑物时，均面临无法施工的问题。特别是顶管施工法，因需设置工作井、接收井，对原地面设施破环大，周期长等问题，对周边行人通行存在一定的安全风险。在西河涌截污管道工程中，待施工的横向管道下穿105国道以及沙溪大道，道路两侧紧临的建筑物及市政设施，车道车流量大，采用明开挖和顶管施工，面临着交通拥堵和施工用地的困难、安全风险高、对周边社会环境影响及对原有设施破坏大的问题。针对上述问题，工程实施中，通过采取拉顶工艺、自密封螺旋接口短管等关键技术，有效地解决这些难题，实现了工程与周边社会环境的和谐，提高了效率和质量，缩短了工期。
        2顶拉施工工艺原理
        管道顶拉技术是利用水平定向钻机、导向钻头、导向仪等施工设备，在管道一端的工作面上，按照设计的导向钻孔轨迹，采用水平定向钻进技术施钻先导孔，先导孔先施钻造斜段，再过渡到设计管道水平中心位置。然后沿着设计管道中心线，由管道一端检查井钻至另一端的检查井里面。在另一端的检查井里面，卸下原导向钻头，安装直径不超管道外径50mm反向掘进钻头，进行反向扩孔掘进。同时，在掘进钻头后面，安装自密封承插接口短管，连接特制短钻杆、连接后顶板及锚环，对自密封承插接口短管进行反向承拉锚固。反向掘进时，掘进头实施扩孔钻进。同时，通过特制短钻杆传递回拉力，利用连接后顶板、锚环，反向拉顶短管贯入土层，以实现管道的扩孔拉顶安装。管材在整个过程中，只承受顶进摩擦阻力。顶拉管的工艺是在拖拉管工艺与一种新型革命性的应用管材相结合的一种施工工艺。

        图一顶拉管施工原理图
        3新型管材的特点
        针对顶拉的施工工艺，西河涌片区截污管道顶拉管施工，下穿道路的横向管道采用了一种排水管道行业新出的一种新型管材——双密封自锁承插接口复合实壁短管。
        它集中了以往管材的优点而摒弃了缺点。主要体现在以下方面：
        A.具有实壁管的性能；
        B.连接不需要热熔对接设备无接口内翻边；
        C.不需要用电，在井下有水环境也可以施工；
        D.管道轻，在小空间也方便安装，管节长度有500mm，1000mm等，可订制；
        E.接口紧密，无渗漏；
        F.接口自锁，抗震抗剪，不脱节；
        G.管道连接后整体具有柔性，可以适应不均匀沉降。
        施工时，利用掘进钻头对后节段管道的反向顶拉作用，将后节段牙纹压入前节段的压纹中进行咬合镶固，以实现连接管道节段间密封连接。
        4顶拉管施工技术要点
        4.1施工步骤
        步骤一：利用定向钻机，由道路的一侧向另一侧，钻先导孔钻孔施工，联通两个检查井

步骤一示意图
步骤二：在另一侧检查井，安装扩孔钻头，替换原来的导向钻头。

步骤二示意图
步骤三：安装自锁承插管，通过特制的连接短钻杆、后锚顶板及锚环，利用定向钻机方向扩孔，开始对管道进行顶拉安装施工。

步骤三示意图
步骤四；利用定向钻机，边反向扩孔边接长管道，直至贯通另一侧检查井。

步骤四示意图
步骤五：对多余的钻杆孔进行填充封堵，完成横向管道的安装施工。

        步骤五示意图
        4.2施工工艺过程中要控制的点
        （1）第一根钻杆入土钻进时，应采取轻压慢转的方法，稳定入土点位置，符合设计入土倾角后方可实施钻进；导向孔钻进时，造斜段探测控制点设置频率为每0.5~1.0m，直线段可按一根钻杆长度设置。
        （2）二程式拖拉法导向孔按管道设计轴线及水力坡度控向钻进，钻头光源必须密封可靠，电路连接稳定，控向经纬仪安装稳固。钻进过程中，控向经纬仪轴线每钻进20m，复核一次。
        （3）机头外径不超管道外径50mm；管道一次顶拉距离不宜超过80m，普通管道检查井井距。每检查井管口标高精度控制+20mm，-30mm；管道完成后宜结合CCTV检测、采用内渗法进行密闭性检查。
        （4）定向钻进及扩孔应按地层条件配制泥浆，泥浆性能指标的调整应符合下列要求：
        ①粘度应能维护孔壁的稳定，并将钻屑携带到地表；
        ②泥浆的失水量控制，一般地层30min内泥浆的失水量宜控制10~15ml；水敏性易坍塌和松散地层失水量宜控制5ml以下；
        ③泥浆的PH 值应控制在8~10之间。
        钻进泥浆应在专用的搅拌器中配制，并具有足够的供应量，从钻孔中返回的泥浆应妥善处置。
        5顶拉管的缺点
        结合目前的施工总结的经验而言，且规范对于污水管道变形有着严格的要求，因为顶拉工艺在管道扩孔回拉过程中需要进行泥浆平衡，对于地基的处理能力不足，所以顶拉管的适用于粉土、粘土等地质条件较好的土质，对于淤泥土质不宜适用。由于流砂具有流动性较好，承载力较差的特点，钻机钻杆在导向过程中不易控制高程以及回拖流砂对管道四周的压力较大，摩擦增大，回拖难度大，所以顶拉管对于流砂地质是不适用。另外顶拉管的管材因为是一种特殊的管材，相较于混凝土管和中空壁波纹管塑料管的造价而言要高很多。
        6结束语
        采用拉顶工艺进行下穿道路的横向管道安装施工，有效的解决了施工给交通要道带来的拥堵以及施工工作面不足的难题。使整个施工过程能够安全、高效的运行，同时降低了安全风险提高工程的质量，节约了工期成本，降低对周边社会环境的影响，减少了对原有设施的破环，取得了良好的社会、经济效果。该种施工方法，由于优点突出，为同类型项目施工提供了很好的借鉴价值，同时针对我国日益拥挤、繁忙的城市环境，具有无可比拟的优势及推广价值。
        参考文献：
        [1]李雷.顶拉管施工技术在排水管网工程中的应用[J]内江科技，2020.04（4）：20-21.
        [2]龙秋亮.城市管道顶拉管施工技术研究[J]湖南交通科技，2018.09（3）：221-224.