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摘要：为了彻底解决运营阶段高速公路超高路段，由于雨天排水不畅而影响行车安全的问题，一般情况下是采取在中分带外侧重设或增设纵向集水沟，将雨水经横向排水管引排至路基边部排水系统的方案。横向排水管铺设是改造工程的重点环节，传统的工艺是直接开挖路面，排水管铺设完成后再对路面进行恢复。传统工艺不仅造价高、影响交通、污染环境，而且会破坏原路面结构的整体性，易形成新的路面病害隐患。采用横向钻进顶管施工技术仅需在路基边坡外侧架设钻孔机，按照设计要求的位置、孔径、横坡、深度成孔后，将横向排水管顶入再进行外管壁间隙注浆填充即可。这种施工工艺不会破坏路面，不影响正常通车，安全、环保、经济。基于此，本文结合实际的工程案例，对横向钻进顶管施工技术在运营介段高速公路超高排水改造工程中的应用做了简单的探讨以供参考。
关键词：钻进顶管施工；运营高速公路；超高排水工程
1 钻进顶管施工的特点
1.1 能够在不破坏路面的情况下穿越公路，不影响正常交通。
1.2 施工速度快，安全、环保、经济。
1.2 施工设备简单，操作灵活。
1.2 横向排水管外壁间隙采用注浆填，管顶承载力好，质量可靠。
2 钻进顶管施工的一般要求
2.1 管道穿越公路时，管顶距路面的埋深不得小于1.2m，距路边沟最低处埋深不得小于1.0m，路边沟为主要水渠时，距水渠最低处的埋深不得小于0.8m。管道伸出路基坡脚1.0m。
2.2 熟悉图纸，掌握穿越长度、深度、管道结构及附属设施的结构要求及地质情况。设计地质状况不明时，在穿越两侧挖深坑取得准确资料。
2.3 与相关主管部门申请，按要求办理施工许可手续。
2.4 向有关部门了解清楚穿越地段内地下是否有通讯线路、供电、供水设施，对于此类设施应请主管部门的有关人员现场指定位置，人工开挖，使之暴露，保护方案应得到主管部门认可。
3 顶钻进顶管施工工艺
3.1．管线调查、测量定位及场地准备
3.1.1施工地点位于高速公路红线范围内，为了防止意外，收集相关管线资料，结合现场实际调查情况，确定和标记施工区域地表和地下管线。
3.1.2设计要求的管道轴线及管底标高放出钻机安装位置线，确定入土点，设计详细的导向数据。
3.1.3根据现场测量放线及管线复测结果确定搭设施工平台，清理平整场地，开挖长4m，宽1m，深0.3-0.6m的基坑，夯实地基铺设安装钻机轨道，并调整轨道角度和坡度。
3.1.4根据钻机搭设平台位置开挖2m*2m*1.5m的泥浆配制池，并用水泥浆护壁，防止浆液流失，导致浆液过稠。
3.2.钻进液、泥浆配制、使用
3.2.1泥浆配合比：膨润土（进口）：45～50 ％ ，Drigpae（进口）：2～3％，纯碱：0.8～1 ％， 水：60～50％。
3.2.2钻进液的作用：泥浆钻进液在整个钻孔过程中有辅助破碎地层、冷却润滑钻头、悬浮并置换孔内碎屑，钻孔时润滑管道，泥浆中加入的Drigpae 可有效的保护孔壁，阻止地层软化给地基造成伤害。
3.2.3泥浆运送：通过泥浆泵经由钻杆将泥浆泵入钻孔中，保证钻机的正常运作，并保证水的供应；泥浆的用量，以保证正常钻进为准；
3.3．钻进成孔施工
3.3.1钻机及配套设备就位
按施工布置及规范要求将钻机及附属配套设备固定在预定位置。钻机方向必须跟管道轴线方向一致，左右误差不超过30mm，钻机入土角调整到合适位置。
3.3.2钻机安装后，应进行试运转，检测钻孔设备和泥浆运送系统的各项工作运行情况。
3.3.3根据管道轴线、管底标高、横坡坡度钻进。
3.3.4施工过程中，适当控制钻进速度，保证导向孔光滑；同时详细量取记录钻头和钻杆长度，算出钻孔深度。
3.3.5随时观察钻机转动速度是否匀速，遇到石头时钻空速度会下降，并按钻头和钻杆长度记录石头位置，为顶管作参考。
3.3.6随着钻孔长度加深，受钻头自重、钻头旋转产生的离心力、遇到石头钻头偏位导致钻孔前进钻杆向左或向右偏移，为保证钻机方向必须跟管道轴线方向一致，在洞口外面的钻杆旁打入钢立柱修正钻孔偏差。
3.3.7钻孔完成后，根据钻机轨迹和数据记录，确定此导向孔是否可用。钻机匀速拖出钻头，用强光手电筒观察洞内情况，是否塌孔或拖钻头遗留淤积在洞内，然后配合人工用长臂铁铲进行清理。
3.4.横向排水管的顶入
3.4.1准备好排水管材，为利于减少顶管时管口摩擦力，在第一根管材入洞端做成圆锥体，并用彩条布、透明胶纸、快硬胶水封实，确保压浆时浆液不会漏流出来。
3.4.2为保证排水管材连接牢固，采用等径直接排水配件和具有快干耐水耐热耐腐蚀的PVC专用胶水连接，同时考虑套管过程中调整排水管拉回的需要，并在等径直接排水配件与排水管的接头处再加螺丝锁紧。
3.4.3 排水管材套入洞内，利用电动葫芦推动轨道里的钻机连接钻杆顶进排水管，控制电动葫芦推进速度，保证缓慢、匀速。
3.4.4为更好顶进尾端的排水管，采用了千斤顶静压顶进方法。
3.4.5顶管完成后，再用强光手电筒观察管内情况，并采用用水准仪测量复核管底横坡度。
3.5.注浆
在回扩和拖管过程中，排水管与地层间形成0.1～0.5m3的间隙，为避免在车辆长期的碾压下坍塌事故，本工程采用水泥、膨化剂和水按3：3：4 进行充分搅拌后注入管与原地层的空隙处，从而增加地层的稳定性。
3.5.1顶管完成后，在排水管与地层间插入两根小口径排水管，一根安装在排水管的顶部作压浆气管，另一根根据排水管与地层间的空隙安装在排水管的左右两边，同时此管用多功能电钻钻出梅花孔，方便压浆时浆液流出。
3.5.2封住排水管与地层间的空隙，并压实。把配置好的浆液，按0.5MPa的压力进行分两次压浆，第一次压浆量控制在总量的三分之二内，根据水泥的初凝和终凝时间，两个小时后在进行第二次压浆，直至浆液在上方的气管冒出来为止，并封口。
钻进顶管施工工艺流程图
4 汕汾高速实例运用
4.1 案例概况
经过精心准备，在业主和总监办的指导下，我项目部于2018年8月6日至8月12日在AK2552+870～AK2553+5709区间的AK2553+383、AK2553+352进行了沥青路面排水工程横向排水管试验顶管施工。在试验顶管施工过程中，对投入的机械设备性能、机械组合方式、各工种分工及配合作业方式、施工组织及工艺进行了验证，收集了施工相关数据。两个点的横向排水管顶管施工试验达到预期目的,现将取得的成果总结如下：
4.2 施工准备
4.2.1主要原材料情况
（1）原材料性能：①水泥，本试验段水泥采用漳平红狮水泥有限公司万年桥牌复合水泥,强度等级为P.C32.5R，其技术性能指标经检验结果如下表所示。
万年桥牌复合水泥P.C32.5R技术指标试验结果
4.3施工控制及主要参数
（1）管线调查、测量定位及场地准备：①施工地点位于高速公路红线范围内，为了防止意外，收集相关管线资料，结合现场实际调查情况，确定和标记施工区域地表和地下管线。②设计要求的管道轴线及管底标高放出钻机安装位置线，确定入土点，设计详细的导向数据。③根据现场测量放线及管线复测结果确定搭设施工平台，清理平整场地，开挖长4m，宽1m，深0.3-0.6m的基坑，夯实地基铺设安装钻机轨道，并调整轨道角度和坡度。④根据钻机搭设平台位置开挖2m*2m*1.5m的泥浆配制池，并用水泥浆护壁，防止浆液流失，导致浆液过稠。
（2）钻进液、泥浆配制、使用：①泥浆配合比：膨润土（进口）：45～50 ％ ，Drigpae（进口）：2～3％，纯碱：0.8～1 ％， 水：60～50％。②钻进液的作用：泥浆钻进液在整个钻孔过程中有辅助破碎地层、冷却润滑钻头、悬浮并置换孔内碎屑，钻孔时润滑管道，泥浆中加入的Drigpae 可有效的保护孔壁，阻止地层软化给地基造成伤害。③泥浆运送：通过泥浆泵经由钻杆将泥浆泵入钻孔中，保证钻机的正常运作，并保证水的供应；泥浆的用量，以保证正常钻进为准；
（3）钻孔施工：①钻机就位和调试，a钻机及配套设备就位,按施工布置及规范要求将钻机及附属配套设备固定在预定位置。钻机方向必须跟管道轴线方向一致，左右误差不超过30mm，钻机入土角调整到合适位置。b钻机导向,钻机安装后，应进行试运转，检测钻孔设备和泥浆运送系统的各项工作运行情况。②钻孔导向,a根据管道轴线、管底标高、横坡坡度钻进。b施工过程中，适当控制钻进速度，保证导向孔光滑；同时详细量取记录钻头和钻杆长度，算出钻孔深度。c随时观察钻机转动速度是否匀速，遇到石头时钻空速度会下降，并按钻头和钻杆长度记录石头位置，为顶管作参考。③随着钻孔长度加深，受钻头自重、钻头旋转产生的离心力、遇到石头钻头偏位导致钻孔前进钻杆向左或向右偏移，为保证钻机方向必须跟管道轴线方向一致，在洞口外面的钻杆旁打入钢立柱修正钻孔偏差。④钻孔完成后，根据钻机轨迹和数据记录，确定此导向孔是否可用。钻机匀速拖出钻头，用强光手电筒观察洞内情况，是否塌孔或拖钻头遗留淤积在洞内，然后配合人工用长臂铁铲进行清理。
图1.钻进施工
图2.成孔清孔
（4）铺设横向排水管:①准备好排水管材，为利于减少顶管时管口摩擦力，在第一根管材入洞端做成圆锥体，并用彩条布、透明胶纸、快硬胶水封实，确保压浆时浆液不会漏流出来。②为保证排水管材连接牢固，采用等径直接排水配件和具有快干耐水耐热耐腐蚀的PVC专用胶水连接，同时考虑套管过程中调整排水管拉回的需要，并在等径直接排水配件与排水管的接头处再加螺丝锁紧。③排水管材套入洞内，利用电动葫芦推动轨道里的钻机连接钻杆顶进排水管，控制电动葫芦推进速度，保证缓慢、匀速。④为更好顶进尾端的排水管，采用了千斤顶静压顶进方法。⑤顶管完成后，再用强光手电筒观察管内情况。
图3.顶管施工
图4.管内质量检查
（5）注浆:在回扩和拖管过程中，排水管与地层间形成0.1～0.5m3的间隙，为避免在车辆长期的碾压下坍塌事故，本工程采用水泥、膨化剂和水按3：3：4 进行充分搅拌后注入管与原地层的空隙处，从而增加地层的稳定性。①顶管完成后，在排水管与地层间插入两根小口径排水管，一根安装在排水管的顶部作压浆气管，另一根根据排水管与地层间的空隙安装在排水管的左右两边，同时此管用多功能电钻钻出梅花孔，方便压浆时浆液流出。②封住排水管与地层间的空隙，并压实。把配置好的浆液，按0.5MPa的压力进行分两次压浆，第一次压浆量控制在总量的三分之二内，根据水泥的初凝和终凝时间，两个小时后在进行第二次压浆，直至浆液在上方的气管冒出来为止，并封口。
图5.管壁间隙注浆
图6.中分带管口开挖
4.4试验段达到的目的
4.4.1检验了施工所用的机械设备的性能，能够满足后续施工的要求：（1）泸工PA400微型电动葫芦输出功率为800w，功率略小，改用输出功率为1300w的德国豪斯特微型电动葫芦，满足施工要求。（2）机械设备配搭组合合理，一个作业面投入施工生产的机械为：一台同步发电机，2台微型电动葫芦，1台钻孔电机，2个钻头，1套压浆设备能满足连续作业要求。
4.4.2后续施工沥青路面排水工程横向排水管顶管时适当增加人员配置，正常施工每个工点拟投入的工程管理及技术、机械操作、劳务配合人员为：施工员2人，测量员2人，试验员1人，安全员2人，施工车驾驶员2人，劳务配合工人6人。
4.4.3本路段为填砂路基，在AK2553+383钻孔至6m时暂停，经过夜观察未出现塌孔现象；在AK2553+352钻完孔后顶管至10m处发现泸工PA400微型电动葫芦输出功率为800w，功率过小，且晚上不能购买新的微型电动葫芦，经过夜观察未出现塌孔现象，第二天采用钻机顶管和千斤顶静压顶进方法；
4.4.4验证了所拟定的主要控制参数和施工工艺，可用于指导后续施工：拟定沥青路面排水工程横向排水管顶管施工工艺流程为：工、料、机准备→放样复核→钻机轨道铺设安装→泥浆池开挖→进洞准备→顶进→排运弃砂土→测量及方向纠正→出洞准备→清孔→顶管→套入压浆管及气管→封洞→压浆。
4.4.5通过试验路施工验证了施工控制和质量管理措施有效，可用于指导后续施工。
4.5存在的问题及改进措施
4.5.1现场分布着路灯电线和霹雷针，影响钻机轨道铺设安装；
4.5.2两个试验点在离洞口7-8m的位置遇到石块，导致钻孔速度慢，钻头偏移，及其顶管难于顶进直径315mm管，第一个试验点AK2553+383因上述原因导致采用直径250mm管；
4.5.3受钻机转动的离心率和钻头自重影响，导致钻孔会向下、向左或向右偏移，导致顶管困难，时间较长，第二个试验点AK2553+352采用直径315mm管，顶管顶至11m位置时，采用千斤顶静压顶进方法；
4.5.4本路段为填砂路基，在顶孔过程中容易刮出洞壁的砂子，需要钻孔机二次钻孔和人工清孔，顶孔时间过长，容易导致洞内水分流失过快，泥浆和砂子固结；
4.5.5按设计图纸进行下一阶段钻孔，根据现场钻孔实际情况，以顶进直径315mm管为主，特殊情况考虑用直径250mm管顶进。
4.5.6顶孔进去后需要压浆填充管与洞壁的空隙，增加地层稳定，保护路基，因是填砂路基，有跑浆现象，导致压浆量比理论值大。
总之，通过试验段施工，取得了所需的技术参数，收集了相关数据，特别是摸清了施工存在的不足之处，并找到了解决的方法，为下一步全面施工的生产组织能力和施工能力积累了必要的施工经验。
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论文作者:王舜练
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/9/30
标签：排水管论文; 钻机论文; 钻孔论文; 钻头论文; 泥浆论文; 地层论文; 顶管论文; 《防护工程》2019年第6期论文;