对给排水管道非开挖施工新技术

给排水管道非开挖施工新技术

许文澧

引言

随着我国城市化进程加快，市政给排水管道建设量猛增。目前，国内大部分城市仍采用开槽埋管的作业方式。开挖路面施工会影响交通、污染环境，给市民生活带来诸多不便，也容易造成路面质量下降，缩短使用寿命。政府部门将出台限制开挖政策以消除路面“拉链”现象。城市的给排水管道超期服役，由于管位有限，新管往往要铺设在车道下或穿过构筑物，按传统的施工方式不仅耗资巨大，实施上也有一定的难度，这就使得管道更新改造无法完成。

非开挖技术的发展为解决上述问题提供了有效的途径。厦门水务集团有限公司在管网的建设中，应用水平定向钻非开挖技术完成了多项给排水管道穿越工程，均取得较好效果。

非开挖技术概述：

非开挖技术是指在地表不开挖的情况下，利用岩土钻掘手段铺设、修复和更换地下管线的施工技术。

非开挖技术在给排水工程中有铺设新管线和修复置换旧管线二方面的应用。

通常采用铺设管线施工技术包括：水平定向钻进法、夯管锤法、推挤顶进法、微型隧道法和顶管法等。

修复旧管线施工技术包括：原位固化法、滑动内插法、变形再生法、原位换管法、局部修复法。

水平定向钻铺管技术

水平定向钻铺管技术作为非开挖技术的一个重要分支，是将钻探技术与控向技术巧妙结合的现代非开挖施工新技术，近年来应用于给排水管道施工。随着导向定位精度提高、施工设备能力增强、管材业的发展，铺管能力由初期的小口径、短距离、单一钢管，发展到大口径、长距离、多种管材的铺设，成为非开挖领域的发展重点，技术上已日趋成熟。

1、技术特点

（1）应用范围广，适用性能强。适宜在粘土、粉土、砂土等土质条件下采用；可铺设塑料管(PVC、PE等)、钢管或铸铁管，管径在DN40到DN2000之间；大型钻机铺管长度可达到500 m以上。

（2）钻机布置灵活。钻孔过程可在预先挖好的发射坑和接受坑之间进行，也可在安装钻机的场地，以小角度直接从地表钻进。

（3）施工设备的穿越精度高，可满足管道高程的控制要求。

（4）施工过程不产生噪音、粉尘，不破坏地貌和环境，满足环保的各项要求。

（5）机具进出场灵活便捷，对于场地条件要求不高，施工速度快。

（6）适宜于高速路等不允许开挖或管线复杂地区的管道施工，尤其在穿越江河的项目上更显出其独特的优势。

2、施工工艺

（1）前期准备

了解管道穿越范围内的地质条件、现有地下管线的走向及埋深等情况，结合设计要求规划钻进轨迹，选定施工方案（主要是选定钻机、确定出入土层的角度、扩孔级数和穿越管材等）。

（2）导向钻进

定向钻头在钻机的推力作用下，由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，按设计钻孔轨迹前进，完成整个导向孔的钻孔作业。钻进过程中，钻头内信号棒发出的信号被接受处理后，显示出钻头的深度、位置、角度等信息，据此及时调整钻头方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求。

（3）分级扩孔

完成导向孔施工后，采取分级扩孔的方式将钻孔扩至合适的直径。同时将钻液泵入钻孔中，保证孔洞完整和不塌方，并将切削下的土屑带回到地面，为回拉管道创造适宜的环境。

（4）回拉管道

扩孔完成立即将待铺设的管道与回拉头、扩孔头及钻杆连接，由钻机牵引将管线拉入已扩钻孔中，完成管道铺设。

3、设备构成

定向钻设备由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及辅助机具组成，它们的结构及功能如下。

（1）钻机系统：由钻机主机、转盘等组成。钻机是穿越设备钻进及回拖作业的主体；转盘装在钻机主机前端，连接钻杆，并通过改变转盘转向和输出转速以及扭矩大小，满足不同施工作业的要求。

（2）动力系统：由液压动力源和发电机组成。液压动力源为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力，发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。

（3）导向控制系统：通过计算机监控钻头位置，引导钻头正确钻进的方向性设备。

（4）泥浆系统：由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。

（5）钻具及辅助机具：钻机钻孔和扩孔过程中所使用的各种机具。钻具主要有钻杆，钻头、泥浆马达、扩孔器，切割刀等。辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。

应用实例

1、同安轻工食品工业园排污干管工程

（1）工程概况

该工程设计将轻工食品工业园生产污水引入同安污水处理厂，其中有一段DN800污水管需穿越官浔溪。官浔溪河面宽130m，河床表面为中砂层、下部为黏土层。管道设计高程为4.00－4.40，排水坡度3‰，最大埋深6m，距河床最小覆土深度2m，管材为DN820*10的钢管。

（2）施工方案的选择

官浔溪不通航，施工季节正处于河流的枯水期，水深在2.5 m左右。采用分段围堰、大开挖的施工方法，不存在阻断交通和防洪方面的问题，水流和水深条件也较适宜，从技术上讲不失为可行方案之一。但是河面上有大量的围网养殖，围堰施工不可避免要拆除养殖设施，必然要支付数量可观的补偿费用，同时改变河水水质，影响到下游村民正常的生产生活。从工期、环境、工程量、造价等方面考虑，经技术经济比较（下表），决定采用水平定向钻技术来实现管道穿越。

（3）钻进的实施及效果

铺设钢管需要较大的曲率半径，增加了钻孔距离；接口焊接和防腐会造成回拉作业的停顿，不利于穿越河流施工。征得甲方、设计部门同意改用HDPE缠绕管作为穿越管材。结合设计埋深和管材、钻杆的曲率半径定出钻进轨迹及造斜段长度(L=18m)以及出入土角度( 8°～9°)。经计算管道所需回拉力为220KN，确定采用土行孙DDW320型定向钻机系统（最大回拉力320KN，扭距12KN.M）,同时配备一台容量3m3的撬装式泥浆搅拌站，为钻进工程提供充足的钻液。钻孔分DN500、DN700、DN800、DN1000四级扩孔达到设计管径1.3倍后，在钻机牵引下将预先连接好的150 m长DN800 HDPE缠绕管拉进孔洞中。

管道穿越施工在10天完成，确保工期目标实现。施工期间对村民的生产生活并无影响，有利于环境保护，节省工程投资，社会效益和经济效益明显。

2、文化宫给水管道工程

该管道工程设计铺设DN300的钢管横穿公园南路后与用户内部管道连接。现场情况为：（1）地下管线密集，设计高程同原有的DN1000雨水管冲突，管道需加深到路面以下3m。（2）地处老市区且车流量大，破路施工显然无法实施。（3）管道需穿越公交站台及路灯基础，开挖管槽有一定的危险。鉴于上述施工条件，经方案比较后确定采用水平定向钻技术，铺设DN300的钢管30m。施工过程中不须阻断交通，不产生粉尘，快速便捷，将施工对环境的影响降到最低，管道经压力试验符合规范要求。

施工中应注意风险的防范：

相比传统的施工方法，采用水平定向钻铺管技术的优越性是显而易见的。地下施工的复杂性和不可视性使得管道穿越面临失败的风险，主要表现为管孔的报废、回拖的失败以及钻坏现有设施造成的损失。实践表明：根据不同的工程情况采取相应的风险防范措施，是确保管道穿越成功的关键。

1、获取详尽准确的地下资料

施工单位常因为主观疏忽和一些客观的因素，对钻孔沿途土层结构和管线情况了解不够准确，钻进轨迹上遇到障碍物而导致钻进失败，甚至发生损毁现有设施的事故。一般可采用查阅相关资料、实地开挖和钻探方法获取有关地层和地下水的情况，主要是土层的标准分类、孔隙率、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等信息，为评估施工风险、选择钻进方法和配制钻液提供依据。在老城区施工，