沿海地区定向钻与顶管施工的对比分析

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[摘要]近几年，沿海工业园区的建设掀起了高潮，过公路、过河等各种穿越工程也相应增多，文章通过实际工程案例，从工程自身因素以

及外部环境因素对定向钻拉管施工与顶管施工的优缺点及适用性进行对比分析，为沿海施工穿越工程技术选择上提供可靠的参考。[关键词]定向钻；顶管；沿海

沿海地区定向钻与顶管施工的对比分析

高英杰

（唐山旭阳化工有限公司，河北唐山063600）

随着沿海工业园区建设的迅速发展，管道铺设过程中不可避免的遇见穿越公路、铁路、河流等穿越工程，目前，大开挖式施工由于破坏路面、影响交通，一般不被政府部门批准，非开挖技术已成建设单位的首选，本文结合实际案例，对定向钻拉管与顶管施工这两种最常用的施工方式进行对比分析，寻求适合沿海地区的施工方案。

1定向钻与顶管施工方法简介1.1定向钻施工1.1.1简介

非开挖定向穿越施工技术是在不开挖地表的情况下，用导向钻进技术，将一无线电发射器（探头）置入钻头盒内，导向钻进过程中，地面接收仪随时显示钻头的深度、倾角、温度等数据。施工技术人员在地面导航仪的引导下，从起点向终点钻出一个与设计轨迹相吻合的导向孔，然后用合适的钻头回扩成与拟铺管线尺寸匹配的通道，扩孔直径为铺设管径的1.2~1.5倍，再利用定向钻机把管线拖入孔中，完成铺设任务。施工工艺流程：钻孔布置——

—轨迹设计———轨迹标定———钻机就位———开挖工作坑———导向钻进———回扩———回拖铺管———检查验收。

1.1.2适用范围

一般适用于管径DN300~DN1200mm 的钢管、PE 管，最大铺管长度可达1500米。

1.2顶管施工1.

2.1简介

所谓顶管法施工，即是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，

克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道以设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接受坑内吊起，与此同时，把紧随工具管或掘进机后管道埋设在两坑之间。

1.2.2适用范围

顶管直径DN800~4500mm ，可在地下穿行1500米以上。2沿海地区施工环境分析

非开挖技术管道埋深一般在地面以下4米~6米之间，沿海地区此深度范围土层一般为粉质黏土和细沙。沿海地区最大的特点是地下水位较浅，一般稳定在地面以下1.5米左右。地下水问题也就成了沿海地区最大的施工难点之一，尤其是开挖工程，必须采取降水措施，增加降水投资，且易塌方，增加施工难度与安全隐患。

3案例简介

本文所借鉴案例①位于乐亭县临港产业聚集区的焦炉煤气管线铺设工程，此工程煤气管道管径为DN600mm ，涉及的三穿工程有1条铁路、2条公路，1条河流，且采取了不同的非开挖技术，过铁路与过河采用顶管施工，顶管采用DN1500mm 的钢筋混凝土管，过公路采用的是定向钻拉管施工。2条公路路面宽度为35米，加上2测雨水管网，将拉管有效长度确定为70米，过河顶管长度确定为130米，铁路顶管长度为40米。过2条公路与铁路均顺利完工，过公路工期为15天/条，铁路工期为10天。过河施工中出现问题较多，将在下文中结合影响因素分析原因。②与上述焦炉煤气工程几乎同时进行的人工煤气工程，敷设管道管径为DN500mm ，此工程与焦炉煤气工程分别在一条路的两侧，需穿过同一条河流，施工位置仅隔一座桥，其采用定向钻拉管施工，拉管距离约200米。

4对比分析

4.1内部因素对两种施工方式的影响

工程内部影响因素主要包括穿越对象、穿越管线管径、穿越距离和穿越深度。

4.1.1穿越对象

穿越方式的选择受穿越对象的限制，穿越铁路时，GB50423《油气输送管道穿越工程设计规范》、GB50028《城镇燃气设计规范》等国家规范都明确规定：“管道穿越铁路时，应敷设在套管或涵洞内”，因此，穿越铁路时应选用顶管的方式进行施工。案例工程中，铁路穿越顶管施工采用1.5米钢筋混凝土管，从开挖工作坑至顶管完毕仅用10天时间。

4.1.2穿越管道管径

管道管径是影响施工方案选择的重要因素，定向钻适用于中小型管径，最大管径一般不超过1200mm ，这主要是由于定向钻拉管在钻进和回托扩孔都需造斜段，而造斜段的曲率半径不应小于1500D （D 为管道直径），管径越大，曲率半径越大，所需造斜段的长度就越长，拉管的总长度也相应的增加，同时，水平定向钻回拖时的拉力宜按下式计算：

F 拉=πLf[γ泥D 2/4-7.85δ（D-δ）]+k 粘πDL 式中：F 拉—计算的拉力（t ）；L —穿越管段的长度（m ）；f —摩擦系数，0.1~0.3；D —管子的直径（m ）；

γ泥—泥浆的密度（t/m 3

）；

δ—管子的壁厚（m ）；k 粘—粘滞系数，0.01~0.03。

可见，定向钻拉管的拉力由管径和拉管长度确定，管径越大、长度越长，所需拉力就越大，这就加大了施工难度与施工费用。经计算，案例工程中DN600的管道，拉管总长度为150米，造斜段近80米，有效长度仅为70米。而当管径达到DN1200mm 时，埋深在5米时，仅造斜段就长达130米，并且，据调查，国内能够拉动DN1000mm 以上管径管道的拉管机就很少了。

顶管施工所顶管道一般为钢筋混凝土管，其作为所铺设管道的套管，所顶管道管径一般不小于DN800mm ，最大可达到DN4000mm 以上，基本上可以满足所有管径管道的铺设，并且顶管施工可以顶进矩形套管以满足特殊工程的需要。

4.1.3穿越距离

目前，定向钻与顶管均实现了长距离施工，国内定向钻施工穿越1000米以上距离的工程案例已经很多，重点是要选择合适吨位的拉管机以及先进的纠偏系统。长距离顶管施工相对来说比较复杂，采取的措施主要是增加中继间进行接力顶管，纠偏系统对于长距离顶管施工同样至关重要，在顶进过程中，经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进1节混凝土管节测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。

4.1.4穿越深度

无论定向钻还是顶管施工，都应保证管道覆土4米以上，因为如果覆土太浅，顶管机和拉管机可能会导致地面拱起或塌陷，由于拉管方

工程技术

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