简议非开挖技术在市政给水管道施工中的应用

2020-02-16王钢

建材与装饰 2020年3期

王钢

（山西太水市政工程有限公司山西太原 030000）

0 引言

非开挖技术是指一种新的铺设施工技术，利用各种岩土钻探设备和技术手段（一般指进出口处的小面积开挖），对地面小部分开挖（一般指进出口小面积开挖）的各种地下管线进行更换修复，具有很高的社会效益和经济效益。本文主要论述了两种常用的非开挖技术：水平定向钻拖管施工和人工顶管施工。

1 非开挖技术在市政给水管道施工中的实际应用

1.1 水平定向钻拖管施工技术在市政给水管道施工中的应用

1.1.1 测量放线

根据设计交底和施工图纸，放出钻机场地控制线和设备安放位置线，保证钻机中心线与土的进入点和开挖点成直线。

1.1.2 进场道路及场地的平整

（1）钻机作业场地及进场便道。

钻机场地面积修垫，放置钻机、泥浆罐、钻杆等设备。

（2）出土点作业场地及进场便道。

包括基坑开挖的出土点作业场地占地面积计算。

1.1.3 管线作业带

管道作业带长度参照现场分段拖管实际长度，作业带采用直线预制，尽量避开村内外道路交叉。

1.1.4 地锚坑

开挖地锚坑，地锚坑中心线在穿越中心线上。

锚坑完工后，锚坑四周用砖砌砖墙。锚杆就位后，锚杆与墙体之间的剩余空间应填充混凝土进行加固。地锚前钢管桩应就近打入，钢管桩高出地面0.5m，地锚与钢管桩之间槽钢焊接牢固。

1.1.5 定向钻施工

（1）钻机及配套设备就位。

将钻头置于横过中心线的位置。钻机就位后，连接系统，进行试运转，确保设备正常运行。

（2）测量控向参数。

按操作规程校准定向控制参数。为了保证数据的准确性，在横轴的不同位置测量它们，并在每个位置测量它们至少四次，比较它们，记录它们，并将它们的有效值的平均值作为方向控制参考值。

（3）泥浆配制。

根据实验室确定的浆液配比，采用一级膨润土和浆液添加剂配制出合格的浆液。

为了保证泥浆性能，使膨润土有足够的水化时间，增加泥浆储槽和泥浆快速水化装置。

（4）钻机试钻。

开钻前，做好钻机安装调试的各项准备工作，如果所有参数正常，可以进行正常钻孔。

（5）钻导向孔。

导向孔的钻进是整个定向钻进施工的关键。定向控制对穿越精度和工程成败至关重要，直接关系到主管道穿越的成败。施工过程中，各钻杆的操作应严格按照施工规范进行，以保证各钻杆的操作符合设计规定的曲率半径。

（6）扩孔。

交叉铰孔和洗孔的次数随管道直径的变化而变化。每一次预扩孔都进行钻杆与钻具的倒运和连接。

在铰孔施工的各个阶段，仔细观察铰孔情况。铰孔不顺时，应冲洗一次。

根据地质条件和上部扩孔条件，合理确定下一次扩孔尺寸和扩孔器水嘴的数量和直径，保证泥浆的压力和流量，提高承载能力。

（7）管线回拖。

回拖是定向穿越的最后一步，也是最为关键的一步。回拖采用的钻具组合为：钻杆+桶式扩孔器+万向节+穿越管线。

反拖期间应连续运行，以避免因停机而增加阻力。管道回拖前，仔细检查各连接部位是否牢固。

（8）泥浆处理、地貌恢复。

及时处理井场剩余泥浆，转移设备，恢复地貌。

1.2 顶管施工技术在市政给水管道施工中的应用（人工干作业顶管）

1.2.1 顶进方式

人工挖土顶进管道。

1.2.2 导轨

工作坑底板施工前，应先预埋钢板作为枕铁，选择钢轨作为导轨，用压板固定在枕铁上。

导轨及枕铁的安装质量应符合下列规定：枕铁高度应比管外底标高低10～20mm，间距均匀。两根导轨应平直等高，导轨安装牢固，纵向坡度应与管道设计坡度一致。导轨、仰角、距离允许偏差±2mm；中心线允许偏差3mm，顶标高允许偏差0～+3mm。

1.2.3 后背

后端是千斤顶的支撑结构，承受着顶管全部的水平推力。

1.2.4 顶进设备

顶进设备主要包括千斤顶等设备。

1.2.5 关键技术措施

（1）顶管注浆减阻技术。

用于减阻的主要材料是膨润土和水。当膨润土与水混合时，由于水与膨润土混合，膨润土在水中的溶胀量可达到膨润土原重量的600%～700%。混合和贮存后，在外力作用下凝固和流动。这种材料在管壳与土壤之间喷射，将大大降低管接头的摩擦阻力。泥浆在静止时具有良好的稳定性。为了使膨润土浆料具有良好的性能，在制浆过程中应适当添加一些辅助原料，如纯碱、纤维素、缓凝剂等。

膨润土可分为钙基膨润土和钠基膨润土。吸收更多钙离子的是钙基，吸收更多钠离子的是钠基膨润土。根据不同的土壤性质选择不同的配方。触变后具有良好的流动性，静止时具有胶凝性。

将混合好的泥浆放入泥浆储槽中，储存3-4h，直至膨润土颗粒充分吸水膨胀（吸水率为2h，430%）后使用。此时，浆液性能几项指标约为：静切力 21mg／cm2，粘度 80s，比重约为 1.17，pH 值 0.8～10。粘稠度适中，用木锨棒插入液中能立住。

顶进混凝土管上预留3～4个灌浆孔，每个灌浆孔用1英寸（0.0254m）橡胶管连接，与主灌浆管连接，用软管与灌浆泵连接，泵的一端与储浆罐连接。触变泥浆压入管道第一段灌浆孔，形成一定厚度（约15mm）的泥浆套管。每隔6～8m设置一个灌浆孔，使顶管在泥浆套管中向前滑动，减少摩擦。

触变泥浆注入管道外壁，形成一定厚度的泥浆套。触变泥浆的支撑作用是防止土壤坍塌。触变泥浆的润滑作用是减少管壁与土壤之间的摩擦。

（2）顶管注浆加固措施。

注浆目的：其主要目的是改善顶管施工中管壁周围扰动土的松散特性，提高管顶和管侧的抗压强度和粘结性，实现对管道的加固。

注浆方法选择：本工程采用空气压缩机注浆法加固管道周围土体，形成一定强度的复合地基，达到稳定土体的目的。

注浆加固：灌浆材料：水泥浆，水灰比1：1，灌浆孔由管道预留，灌浆压力不小于0.1MPa。

工艺流程：清洗孔并连接注浆工艺管：根据管道预留注浆孔位置布置注浆支管，每个注浆出口支管设控制闸阀。

灌浆：管道布置完成后开始灌浆，灌浆压力为0.05～0.1MPa。

封孔灌浆：灌浆孔采用与预留灌浆孔配套的螺旋塞封孔，防止漏浆。冲洗注浆管：注浆结束后做好清洗工作。

（3）防止地面沉降。

进行地表沉降监测：在顶管施工过程中，沿顶管施工线布置一定距离的沉降监测点，对地表沉降进行监测，并根据监测情况及时采取相应措施处理路面沉降。引起的沉降是管外壁间隙（工具管外径与管外径之差）引起的地层水土流失。沉降是由偏差修正引起的。偏差修正角越大，间隙越大。当管道被顶进时，周围的土壤会塌陷到空隙中，引起地面沉降。

处理措施：

施工前，认真调查工程地质条件和环境条件，制定切实可行的施工方案，对靠近管道的建筑物和其他设施采取相应的加固和保护措施。顶管时，严格遵守操作规程，及时测量，避免大角度纠偏。

1.2.6 操作方法

土方开挖及运输：管前土方开挖是保证顶管质量和防止地面沉降的关键，应严格控制管周超挖。

顶管：顶管是用千斤顶将管子推入土中而不移动管子的背部。

如遇管前塌陷、后倾、油泵压力表指针偏差过大或突然增大时，应停止顶升，查明原因，排除障碍物后继续顶升。在管道中使用吹风机以确保通风。