地箭式微型顶管施工技术的应用

上海建工七建集团有限公司，上海 200050

1 引言

常见的地下非开挖施工技术包含泥水平衡顶管、水平定向钻（拖拉管）施工等，微型顶管技术（即地箭式工法）亦称做二次顶管工法，技术成熟于德国与日本，是一种从地下铺装管道的技术，在避免对地上建筑物构成破坏、不开挖地面情况下，首先利用液压装置将前导管按照设计轨迹推进贯通，然后通过前导管（出土螺旋管）作为导体，在前导管（出土螺旋管）末端连接扩孔切削头并将拟铺设的管道同时顶进，最终完成管道铺设的施工工艺。其又被分为标准地箭技术和改良式地箭技术，前者在管道顶进过程中有排土步骤，后者则不需要排土。在国内外地下非开挖管线敷设施工中得到了较为广泛的应用［1-3］。针对不同施工工况、地质地貌以及不同的施工环境应采用不同的施工方式及技术方法，对DN600 及以下管径的污水管道施工微型顶管施工模式的选用，有着十分积极的意义。

2 技术特点

通过在地下非开挖管道工程标准及改良型地箭式微型顶管中，采取控制管道顶进坡度、标高，并进行地下顶管施工，根据场地制约情况选用直径2～3m 的环形钢护筒围护结构，减小工作井基坑的施工难度及对周边环境的不良影响，同时运用止水镜面框等措施，实现管道顶进过程中对地下水土流失的控制，相对于传统地下非开挖施工工艺（泥水平衡顶管、水平定向钻工程等），具有施工周期短、工作井作业面小、施工便捷、需要人工较少、对周边环境及既有管线影响小等特点。

3 适用范围

地箭式微型顶管施工技术适用于对周边环境及既有管线保护需求较高的城市排水、市政配套管线、地下非开挖施工等工程中的采用标准及改良型地箭式微型顶管工艺的直径在DN600及以下的管道工程的施工。

4 工艺流程

现场勘测、顶力计算→钢护筒井（工作、接收井）施工→安装加固后靠背→架设机台、安装激光经纬仪→顶进箭头及先导管→顶进黑管→安装机头→混凝土管顶进→拆除管路→窨井砌筑→拔除钢护筒并灌砂回填。

4.1 钢护筒井

对钢护筒井的施工阶段，则利用立式摇管机完成对各类直径环形钢护筒的摇管沉井施工，常用的钢护筒直径尺寸为Φ1890mm、Φ2090mm、Φ2590mm三种型号，均选用壁厚20mm的Q235B 钢板制成，标准钢护筒节每节高度为2m，刃脚节钢护筒每节高度为1m，为减少钢护筒在摇井下沉过程中的阻力，以及避免钢护筒在摇井下沉时受地下不同土质的干扰，刃脚节钢护筒（最下节接土钢护筒）接土一侧需加工成锯齿状，锯齿深度约10～20cm，可依据管节直径及施工现场土质进行调节加工。

摇管机设备选用立式摇管机对钢护筒进行下沉施工。施工前，由挖机将摇管机整体牵引到位（调整对齐摇管机圆心与井位中心），并进行固定，利用液压机及摇井机内钢护筒的箍锁装置，箍紧钢护筒刃脚节并使其绕圆心做往复旋转运动，在摇井机液压力及首节锯齿钢护筒共同作用下，实现钢护筒对土体的切割，使得钢护筒随摇井机、液压机运转逐渐沉入地下。在每一节钢护筒完全进入土体前，吊装下一节钢护筒并实施焊接，依此反复，直至护筒底部达到施工面后向下继续插入标高土体下约1～3m。并在之后完成井位土体开挖及封底施工。

4.2 设备安装

在将推进机台吊入钢护筒井内后，根据设计施工图纸施放出管道中心轴线，在钢筒轴线方向两端做好标记点，依据设计标高并通过铅锤法安装好底座槽钢，槽钢底与地板预留50cm空间，作为存储地下水及少量泥沙的空间。底座槽钢完成后，根据管道轴线安装好底板及推进台。通过底板上的紧固螺栓固定好推进台。

推进台安装完毕后，在机台弧形后背与钢筒井壁之间空隙用三角铁焊接加固，确保在推进过程中，机台的稳固性。根据管道轴线安装好经纬仪架，底座用快速水泥固定。把激光经纬仪安装在经纬仪架上，通过调整经纬仪架的高度控制管道高程，调整经纬仪左右方向控制管道轴线。激光经纬仪安装完毕后，设置管道坡度。管道顶进方向为上坡时，坡度值为正数，反之为负数。

4.3 先导管顶进

先导管的顶进包含箭头及导向管、内推黑管、出土螺旋杆以及他们之间连接的变径过渡接头。激光经纬仪架设完毕后，仪器设定好后开始先导管顶进施工。先导管前端为导向箭头，导向施工时，使经纬仪目镜十字丝中心位置照准导向箭头绿灯，当发现十字丝中心偏离绿灯时，调整导向箭头前端斜面方向，通过推进台的顶进进行纠偏。导向管按照激光经纬仪设定坡度顶进进入接收井后，卸下导向箭头，开始连接黑管。如遇地层含砂量大的地层，黑管顶进过程中需在过渡接头处加装注水孔，起到注浆减阻的作用。

4.4 管材顶进

黑管顶进入接收坑后，将顶进机头安装好，缓慢推进洞内，待机头局部进洞稳固后，安装机头所用的高压水管。

管道顶进过程中，根据推力的大小，适时控制推进速度，保证推力在一定范围内。当施工顶进距离较长，土层含砂量大时，在管道推进过程中，砂层粘附于管道外壁，造成“抱管”现象，推进阻力将变大。针对此种地质特点，可使用非开挖施工专用的添加剂与清水配置成推进泥浆，达到润滑管道外壁，防止砂层粘附，降低管道在砂层中的阻力，减小推力的目的。

同时在顶进先导管及管材的过程中，因管道出入洞口的位置会存在水土流失的现象，故需加装镜面框设施（环形钢片+橡胶+紧固螺栓），以控制井内流水流砂等泥土流失现象。

4.5 先导管拆除

管材顶进过程中，每节先导管的顶进需要对顶进油缸进行推进及回缩的操作，并在每一节先导管顶进完成后，安装对应长度的液压油管及高压水管。并且在每顶进1m 后，于接收井内接收并拆除对应长度先导管，依次循环完成整个顶管施工过程。

顶进机头推进过程中，在接收井进行黑管及导向管拆除，泥浆随管道顶进送出到达接收内，泥浆外弃需要泥浆车配合运出。管道顶进施工结束后，两端管头悬空部分，用砖块或木方支撑，防止出现“磕头”现象。

4.6 窨井砌筑

在顶管完成后，浇筑窨井垫层及基础，并进行管道流槽的浇筑及施工，并在井底管道口上方50cm 处切割钢护筒，以便后期拔除（由于管道横穿而未拔出的钢护筒遗留在地下）。

窨井砌筑宜由下而上依次收口砌筑，可视深度情况由四九墙→三七墙→二四墙过渡，在井身砌筑完成后，对钢护筒进行拔除，并在拔除的同时，向基坑内回填砂，并灌水冲实。在完成所有回填以及钢护筒拔除的施工后进行窨井井座的施工。

5 结语

地箭式微型顶管施工技术适用于DN600 及以下的管道工程的施工，周期短、工作井作业面小、施工便捷、需要人工较少、对周边环境及既有管线影响小，对周边环境及既有管线保护需求较高的城市排水、市政配套管线、地下非开挖施工等是一项优选的非开挖工艺。