非开挖管道施工技术在农村饮水安全工程中的应用

高广军 黄海荣

（启东市水务局，江苏 南通 226200）

1 工程概况

启东市农村饮水安全工程总投资4.5亿元，铺设各类管道长达6800 km，安装各类表井30万座，涉及全市11个乡镇，297个行政村，直接受益农村居民92万人。主体工程于2012年底全部完成，2013年6月实现了全市区域供水全覆盖的目标。针对启东农村居民住宅窕埭式分布的现状，结合穿越河流、道路宽度、土质等实际状况，工程建设中因地制宜采用了多种非开挖施工技术。

2 传统施工方式的局限

（1）管道穿越等级河道。供水管道遇到穿越河道时，一种是采用传统大开挖方式，不但要先破坏河堤，还要对河道做引流，开挖工程量大，难度大，产生的费用也较高，且工期长。另一种传统的施工方式是随桥敷设，前提是必须在合适的管位存在满足荷载要求的桥梁，还要对桥梁进行稳定性检测，对管道裸露部分进行特殊处理，同样会产生较高的费用。

（2）管道穿越等级公路。国务院《城市道路管理条例》明文规定：“新建、扩建、改建的城市道路交付使用后5年内、大修的城市道路竣工后3年内不得挖掘”。即使对农村公路进行开挖，也同样会使道路质量变差、寿命缩短，而且容易造成交通堵塞，严重者还会伴有地下管线被挖坏的事故发生。

（3）管道穿越障碍物。管道施工中遇到一些要穿越的、但是跨度较大、埋层较深的障碍物时（如军事掩体、电力方涵、污水方涵等），若从障碍物上方穿越则埋深不够，若从障碍物下方通过，挖得太深危险性大，且不易施工。

（4）管道穿越农村埭路。启东市农村居民住宅呈独特的窕埭式布局，“非”字型分布于埭路两侧，一般埭路中间位置有中心路连接南北埭路。农村供水埭管铺设时要贯穿中心路和进宅道路，入户管道铺设时须频繁贯穿埭路，如果都采用传统的切割开挖方式，势必严重破坏已建中心路（埭路、进宅路）的整体性。

3 非开挖管道施工技术的优点

（1）穿越主干道路不会阻碍周边交通，不会破坏绿地、植被或影响居民的正常生活和工作环境，避免了传统开挖施工对居民生活和出行的干扰以及对交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。

（2）穿越主干河流时，由于管线埋在河床以下3 m以上，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，从而起到自然防腐和保温的作用，可保证管线使用时间比跨河拱管更长。施工时无需在水面或水下作业，不影响河道通航，不损坏河道两侧堤坝及河床结构，且施工不受季节限制，施工周期短、人员少、成功率高、施工安全可靠。

（3）现代化的钻进设备穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计埋深要求，定向钻进甚至可以使管线根据导向仪指示绕过地下障碍物。

（4）设备进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，并且施工占地少，施工建设速度快。尤其是在农村道路白色化率较高的情况下采用非开挖管道施工技术，相比切割破路开挖造价明显降低，同时可保证农村道路的整体性，延长使用寿命。

4 非开挖管道施工技术的类型

4.1 水平定向钻进法

水平定向钻进法在农村饮水安全工程中，主要运用于骨干河道、高速公路、重要建筑物等管道穿越施工，穿越长度在50～200 m之间，一般是直径在160～315 mm连接区域供水主干网至各乡镇的主干输水管道，管材选用SDR11PE100级管道。

4.1.1 工作原理

水平定向穿越是通过计算机控制进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把目标管道回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。

4.1.2 施工工艺流程

（1）钻导向孔。根据管线穿越的地质情况，选择合适的钻头和地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。

（2）扩孔。农村饮水安全工程设计管线口径一般较小，施工单位使用小型钻机作业，直径160 mm管道一般不需要预扩孔，扩孔回拖一次完成。对直径200 mm以上的管道，需要进行预扩孔，预扩孔就是在导向孔完成后，将该钻孔扩大到合适的直径以方便安装目标管道，扩孔次数取决于最终成孔尺寸。

（3）管线回拖。地下孔经过预扩，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样既减小了回拖阻力，又保护了管线防腐层。

4.1.3 质量控制要点

（1）管材选择。启东市农村饮水安全工程中，水平定向穿越拖管均采用SDR11PE100级管道,并由国家级检测中心按照GB/T13663-2000规范检测合格。实际施工中，由于管径160 mm以下的普通供水管道也采用PE管材质，为防止用材混淆，采取监理旁站制度进行严格控制。

（2）焊接。由于在PE管回拉过程中，需要承受摩擦拖动阻力、沿钻道弯曲产生的“绞盘力”、流体动力学拖力产生的流体阻力等形成的轴向拉伸应力，所以对管材热熔焊接要求非常高，必须按照规范进行磨盘、对接、热熔、控温，确保焊接口光滑饱满。拖管作业完成，经过几个小时管道弹性恢复后，须立即进行管道严密性试验。

（3）回拖。回拖之前必须复查管材的焊接质量及搬运过程中是否损伤。回拖时密切注意孔内情况，钻机操作手应密切注意控制钻机的拉力和速度，确保回拖平衡，尽量避免发生卡管、铺管受挤压变形、泥浆渗出等事故。一旦发生事故切忌生拉硬拽，须分析原因，采取相应的解决措施。

4.2 水平螺旋钻进法

水平螺旋钻进法在农村饮水安全工程中，主要运用于县乡公路、小型建筑物的管道穿越施工，穿越长度在10～50 m之间，一般是直径在90～110 mm之间连接镇与村之间的输水管道，选用SDR11 PE100级管道。

4.2.1 工作原理

水平螺旋钻进是通过连接钻机的螺旋钻杆向切削钻头传递钻压和扭矩来切削土屑，并将土屑排到工作坑，然后利用螺旋钻杆将目标PE管拖入孔洞中完成管道铺设的施工过程。

4.2.2 施工工艺流程

（1）机座导轨。开挖长方形工作基坑，铺设由两根平行的箱型钢结构焊接在轨枕上制成的基坑导轨，确保螺旋钻杆在工作坑中有一个稳定的导向。

（2）钻孔。确定管道中心线位置后，通过加长连接螺旋钻杆推动钻头前行，直至钻头到达目的基坑，如果贯穿线路土质比较坚实，需要数次逐步更换大一号的钻头，重复钻孔过程，直至管孔满足目标管道穿越要求。

（3）回拖。将已经预制完成的目标PE管固定在钻头一端，钻机反向旋转，实现管道回拖。

4.2.3 质量控制要点

（1）轴线控制。螺旋钻杆虽具有一定的方向控制能力，但不可控制铺管方向，施工精度有限。因此，钻机安装时，必须仔细校正轴线、高程及坡度，使其符合管道设计轴线及坡度,否则难以保证成孔的轴线位置与设计一致。

（2）钻速控制。应根据土质情况控制钻孔速度，不能过快，以免土质不均匀或遇到石块时，轴线发生偏差。钻孔时遇到小石块可慢速钻进，将石块挤向一侧，遇到大石块便只有退回钻杆，换位钻进。

4.3 套管护壁水冲钻进法

套管护壁水冲钻进法在农村饮水安全工程中，主要运用于乡村道路穿越施工，穿越长度在5～10 m之间，一般是直径63～90 mm之间连接村与组之间的配水管道，护壁套管采用普通无缝钢管，穿越管道按设计要求使用普通PE100管。

4.3.1 工作原理

套管护壁水冲钻进是利用相对大口径钢管护壁，高压水枪内射掏土，边引流边顶进，最终贯穿形成符合设计要求的管孔，退出护壁钢管，穿入目标PE管道的施工方式。

4.3.2 施工工艺流程

（1）基坑引流槽开挖。在管槽一侧垂直向开挖泥水引流槽，引流槽底高程低于管槽20 cm，通向周边河道等低洼地。

（2）高压水枪冲泥。可以采用高压清洗车的水冲枪，喷嘴口直径2～4 mm，射水压力15 MPa，喷射时水冲枪伸入护壁管，通过高压水力冲刷，排出泥水，实现护壁钢管的顶进。

（3）管道穿越。贯通后迅速拔出护壁钢管，穿入预制完成的目标PE管，防止孔洞坍塌。

4.3.3 质量控制要点

（1）套管跟进定位。采用高压水冲枪套管内射水，可以进行小范围、大进深、快速掏土，但必须控制好钢套管的水平和垂直位置偏差，确保成形管孔的线型基本接近设计管线，同时要对钢套管均匀加力及时跟进，防止过分掏土出现空洞。

（2）管位修正。目标PE管穿越后，进行管位修正，并在道路两侧各预留足够长度的管道，便于后期的管道连接施工。

4.4 挤压式顶管法

挤压式顶管法在农村饮水安全工程中运用最为广泛，主要是穿越宽度3～5 m的农村埭路、居民进宅水泥路，一般是管道直径为50～63 mm到农户宅前的配水管，穿越管道按设计要求使用普通PE100管。

4.4.1 工作原理

挤压式顶管法是由挖掘机推动直径稍大于目标口径的钢棒，使头部呈锥形的钢棒在限位器中水平向前挤压，直至贯穿成孔的穿越方法。

4.4.2 施工工艺及过程

（1）安装限位器。在挖掘机工作臂一侧的管槽中安装前后双孔限位装置，用于稳定钢棒挤压穿越过程中的方向，调整限位器位置，尽量使其中心线的走向和水平高程与设计管线保持一致。

（2）挤压顶进。挖掘机对钢棒尾部徐徐加力，推动钢棒前行挤压直至贯穿成孔。

（3）管道穿越。穿入目标PE管道，调整道路两侧管道长度。

4.4.3 质量控制要点

挤压式顶管法铺管技术的优点是：操作简单，不需要较高的专业技术，施工成本低；缺点是：当地层条件发生变化或遇到障碍物时，容易偏离设计方向，施工精度较低。因此，在施工时要求挖掘机操作手把握好挖机手臂的前推平稳度，同时，关注路面是否出现隆起等变化情况。

5 结语

启东市农村饮水安全工程中采用的各种非开挖管道施工技术，有的使用已经被广泛认可的成熟施工机械，有的使用自制的施工机械或构配件，经过实践检验，从技术层面以及施工对农村环境和道路的影响方面、施工经济层面都具有显著优势，凸显了良好的社会效益和经济效益。