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摘要：水平顶管技术作为一种非开挖掘进式顶管施工方式，以其诸多的优点在城市供水管道施工中得到广泛的应用。本文对水平顶管技术进行了简要介绍，并结合工程实例，论述了其施工技术要求、施工前期准备、施工方法及工程质量保证措施，并提出相关建议，给同类工程提供参考。
关键词：供水管道工程：顶管施工；顶力计算；纠偏
城市供水管道工程是重要基础设施，其建设受到了人们的广泛关注。传统的挖槽埋管地下管线施工技术影响地面交通，对环境污染严重，干扰大，破坏性大。因此，受到了逐渐受到限制。水平顶管技术是一种非开挖的地下管道施工技术，能够很好解决管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在城市供水管道施工中得到广泛的应用。因此，加强对顶管施工技术的深入研究具有十分重要的意义。
1 供水管道改造工程概况
供水管道工程位于城区主要道路或街道上。管线分设于道路、绿化带及人行道，管道经过地区地质主要为棕黄、红黄、灰黄色的亚粘土，岩石工程地质特性与前述大致相同。
工程施工过程中发现主管线会经过主要交通枢纽和县城主要商业门面营业房，若采用开挖管沟方式安装管道势必要影响县城交通和主要商业门面营业房的营业，大大影响了人民正常的生活和出行。针对种种问题，项目法人先后多次组织工程建设有关参建单位技术人员和专家现场查勘、方案比较，考虑到管道所经区域地下均为黄土土质，无杂填土和石块等其他土料影响，决定采用水平顶管技术。
2 水平顶管技术简介
2.1 技术原理
其基本原理是水平定向钻进。即根据预先设计的敷管路线，采用水平钻头的钻机驱动带着楔形钻头的钻杆，按设计轨道和方向，直至达到钻进目的地；再利用反拉扩孔的方法将导向孔逐级扩大，按孔径略大于敷管所需管径控制。
钻进的钻孔轨迹可以是直的，也可以是逐渐弯曲的。最后将所需敷设的管道牵引拖回至起钻位置，完成管道敷设施工的一种简便快速施工方法。
2.2 主要施工步骤
路线勘测→工作坑开挖→导向孔钻进→反拉扩孔→管道回拖
2.3 技术特点
特点是具有经济、高效，保护环境的综合功能。优点：不开挖地面；不破坏地面建筑物；不阻断交通；不破坏环境；施工不受气候和环境的影响，环境适宜性强；不影响管道的段差变形；省时、高效、安全，综合造价低等。
2.4 应用范围
该技术适用于给排水、热力、电力、电信、石油、天然气等管道穿越公路、铁路、河流、渠道以及在街道、古建和植被保护区等不允许开挖或开挖条件差的情况下敷设、更换或修复管道。
3 应用效果
本次在供水管道改造工程中应用水平顶管技术作业共16处1750m。根据本工程的特点结合工程所在地的地质情况，主要做法如下：
3.1 施工准备
首先收集现场相关资料。并与电力、热力、通信、天然气等地下管道产权人核对地下管道平面位置和埋深；其次是确定钻进施工路线。根据设计的图纸确定施工段的相关参数。如倾斜段长度、入射点位置、敷管长度、下管位置等。然后复核各控制点高程等数据。最后注意环境保护和施工安全。
3.2 施工设备
根据研讨确定了主要施工机械设备如表1所示。
3.2.1 测量放线
根据控制点及施工图纸在地面上初步放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，使钻机中心线与入土点、出土点在一条直线上。
3.2.2 开挖工作坑
工作坑开挖时应同时考虑以后闸阀井砌筑，一次开挖到位，入口工作坑要尽量大些，出口工作坑只需考虑出钻排泥即可。
工作坑深度按下列公式计算：
H1=h1+h2+h3H2=h1+h3
式中：H1——作业坑地面至坑底的深度（m）；
H2——目的坑地面至坑底的深度（m）；
h1——地面至管道底部外缘的深度（m）；
h2——管道外缘底部至导轨底面的高度（m）；
h3——基础及其垫层的厚底。但不应小于该处井室的基础及垫层厚度（m）。
3.2.3 钻机及配套设备
确定入土点将钻机就位在穿越中心线位置上，机具摆放应距工作井1m以上，防止机具震动造成工作坑塌方，钻机就位调试完成后，进行系统连接、试运转，检查设备是否工作正常。
3.3 定向钻孔施工及管道敷设
3.3.1 导向孔施工
导向孔施工以控制倾角为主，深度和转角作为参考，深度相对误差控制在5%左右。将钻杆、探头及造斜钻头安装好，通过导向探测仪查核垂直深度、倾角、转角等参数，确保导向轨迹与设计轨迹相符。
3.3.2 分级回扩
在导向孔成孔后复核相关参数，方可进行回拉扩孔。回扩过程中根据施工现场段的地质情况和出浆状况确定回扩速度。扩孔孔径以略大于管道管径为宜，以方便管道回拖。扩孔可一次或多次进行，最适宜扩孔直径按下式计算：
D=K×D1
其中：D——适合成品管敷设的钻孔直径
D1——成品管外径
K——经验系数，一般K=1.2～1.5，当地层均质完整时，K取小值，当地层复杂时，K取大值。
3.3.3 回拖管材
回拖前应复查管材质量是否符合规定要求，特别是在管道接口较多时更要对每个接口仔细检查。严控钻机的回拖速度，保证所敷设管材不受损。回拖刚开始时不要着急，应该慢慢拉动管道进入孔洞，待拉头完全进入孔洞后注意观察钻进侧泥浆回流情况，在回流顺利，拉力在设备能力和管道承受范围内可快速拖回。
3.3.4 打压试验
管道连接好后拖管前必须进行打压试验，拖管完成后须再次进行打压试验，确保管道在回拖过程中未受到损坏，保证管道敷设质量。打压试验严格按照《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101-2004执行。
3.3.5 环境保护措施
增强环境保护意识。施工和生活垃圾应按有关部门指定的地点集中处理，严禁随意倾倒污染环境。在施工过程中，保持现场文明、整齐、有序，及时排除雨水和污水，妥善安排施工设备和多余材料，及时清除并运走施工废料、垃圾等。
3.3.6 施工事故及应急措施
该技术具有不可预见因素多机械化程度高的特点，因此在施工前应制定相应的预防预案，并与各相关单位交底并保持联系。一旦发生事故，立即启动快速反应预案，必要时汇报建设管理单位、监理等部门，汇集有关人员进行情况分析，及时调整方案，采取切实可行的补救措施。
事故现象及应急处理措施，见表2。
4 施工经验与建议
通过水平顶管技术在该供水管道改造工程中共应用，尤其是在水库北干渠段118m的实施中，因顶管路线长，向下弯曲弧度大，施工难度大；经过对方案仔细研讨，确定管线走向，做好保证措施，一次顺利成功穿越该作业段，开创了供水管道施工技术新工法，为供水管网改造积累了成功的经验。
（1）厘清地下管网
施工前，根据业主或地下管道拥有者提供的施工区内地下管线基础资料，采用物探手段对施工范围的管线进行确认，有必要时开挖探沟（坑），摸清管线的位置、深度、管径，在施工图上明示。
（2）确保施工质量
项目部技术负责人要与钻机操作技术人员做好技术交底，要将施工质量意识贯穿到每一个现场作业人员心中。各工种、各岗位人员严格执行操作规程。同时要加强安全管理，在施工现场周围设立明显的安全警示标志和提醒标志，确保施工安全和行人安全。
（3）控制好注水量
根据泥浆稠度随时调整注水量，保证钻孔不塌落，进管不阻黏，顺利拖管。
（4）把握管线回拖时机
孔径达到拖管要求后，以最快速度回拖管线，防止孔径缩减和泥浆缩水变稠，增加粘阻力，给施工造成困难，并于拖管前将套管前后端装置管堵，防止泥浆进入套管内。
（5）合理确定施工进度
施工进度是对设备能力、设备数量、人员、施工经验、土质条件、场地条件等因素的综合体现，因此施工进度应结合实际情况，并适时作出相应调整。
（6）完善工序检查制度
注重施工程序控制，确立“三检制”落到实处。每道工序完工后，在“三检制”的基础上，报请现场监理工程师检查复核验收后，方可进入下道工序施工。
5 结语
总之，顶管技术作为一种非开挖施工技术，相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性。随着城市市政设施配套的不断发展和完善，地下各种管道建设大量增加，人们对环境保护意识的增强，顶管设计和施工也会增多。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术，相信在今后城市顶管施工的发展中，这项技术会越来越完善和成熟，逐渐朝着规模化、规范化和专业化的方向发展。
参考文献：
[1]刘卫东.顶管技术在供水管道施工中的应用[J].建筑与文化：学术版，2013
[2]赵金玉.水平定向钻进技术与顶管技术在管网施工中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2015，5（14）
论文作者:吕浩洁
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/4
标签：管道论文; 技术论文; 顶管论文; 钻机论文; 管线论文; 水平论文; 深度论文; 《基层建设》2016年11期论文;