在先导孔内回拖拉管的工程技术建造地下给排水管道

唐 歉

(昆明市滇池水生态管理中心，云南 昆明 650228)

0 引 言

现代城市地表下0.8～5.0 m范围，遍布排水管网等各种设施、建(构)筑物及其基础，纵横交错、错综复杂，局部层层叠叠，要新建或重建污水管道，会遇到很多障碍，阻隔挡拦管道通行，此时，以往常用的顶管方法存在诸多局限和被动。在先导孔内回拖拉管的工程技术具有易实施、对周围建筑物影响小、安全可靠的优点，适于在城市近地表土层中顺利建造给排水管道。

1 工程技术方案的选定

需布置的给排水管道沿线情况如下：

(1)有楼房、城市道路主干道(避免在行车辆道施工，最大限度地减少干扰)，现场可供施工使用的范围和工作面有限(范围为绿化带、人行道至楼房散水沟或小区围墙边)，大部分宽7.0～7.5 m左右；

(2)地下纵横向有已建成的道路雨水管和小区的污水管；

(3)现状污水管旁边有1条电缆沟，已通电运行，若采用明挖施工，必须在新建污水管沟槽沿途增加此管线的保护措施(会产生相应的工程费用)。

为保证管线周边建筑物的整体稳固和安全(不仅仅是施工期间，这是该工程最大风险所在)，保证已有管道管线的完好无损、正常使用，经技术、经济、安全多方面比较，确定最适宜的方案：采用沿排水管道轴线非开挖的先导孔钻进、回拖拉管的工程技术来完成管道施工。

设计的管道长度约3 500 m，并排2条，坡比为1%左右，地埋深度1.5～3.5 m，施工工期50 d，使用回拖拉管方法建造的有2×1 380 m。给水管管材为PE100聚乙稀DN560×50.8，1.6 Mpa有压管；排水管材为HDPE热熔管(内水无压)，管径壁厚为DN500×40。

采用在先导孔内回拖拉管工程技术建造给排水管道的优点：①钻进先导孔以穿越、引导、安装城市管网，埋深一般达到3 m以下，不破坏地貌和环境，对周围环境没有影响，适应环保的各项要求。相对于明挖埋管、顶管，对管道外部、管线周围的影响小，同样受外部、周围因素的限制少；②施工作业受气候等自然条件(如降雨)的干扰小。定向钻机施工时，没有水上、水下作业之分，不受季节、天气和地下水位限制，具有施工周期短，所需人员少，施工安全可靠，成功率高的特点；③施工场地可以灵活调整，进出场地速度快，施工措施费用低。只需在入土坑(工作坑)及出土坑(接收坑)位置开挖基坑，施工临时用地少，对施工场地已有设施(道路等)的破坏及影响小；工作坑尺寸仅为7 m×1.5 m(长×宽)，深度约3 m(即管道埋深)；④部分施工基坑可以与永久检查维修井(或水流交接转换联通井)二合一建设，减少施工临时工程，工程占地面积小，为保证已有建筑物安全，检查井采用逆作法施工；⑤施工作业均在井内或地表面上操作，不需要工人进入管道内挖土，施工人员工作环境、健康和安全保障性高；⑥文明和环保施工目标易保证，实施绿色施工，防尘、降噪、防扰民方面，工程施工期间灰尘小(仅工作坑土方开挖时有一点点土尘)，作业机械基本无噪音，抽排的管内泥浆和施工污水不外流，存放在泥浆沉淀池(即工作坑)，待水滤干后运至当地垃圾填埋场处理或弃土场处理，使用环保工程材料，管材余料可以继续用于本工程，弃料极少；⑦施工安全性强，工程施工机械化程度高，各工序均在地面作业，工作井有顶盖，不在地面上有明的坑口，通风口有围拦和密目网盖板，避免施工期间地面上的人、物跌落，既保证了施工安全，同时也保证了周边民众(第三者)的通行等日常活动的安全。

采用在先导孔内回拖拉管工程技术建造给排水管道的特点：平面上、2个工作井之间(距离50～60 m)，管道轴线根据避让障碍物的需要，呈“S”、或“弧”型走向，这是牵拉拖管工程技术的优势和特点：管材本身具有一定的柔韧性和扰度，能适应地下复杂情况，偏转、避让障碍物。该工程“S”型偏转角度达到15°，就钻进和管道的柔韧性而言，偏转角度可更大。①管道纵坡局部与设计有偏差，总体上是吻合的；选用的管材，糙率为0.014(比预制混凝土管小)，管道底坡的微小变化，对有压供水没有任何影响，对排水水流的影响也很小；②HDPE排水管比预制混凝土管价格高，该段工程投资中管材造价占比大。

2 在先导孔内回拖拉管工程技术简述

2.1 工艺流程

(1)先导孔钻进。钻杆从地面斜插钻入，利用比钻杆外径(该工程为φ80 mm)略大的鸭嘴式小钻头(φ120 mm，见图1)打导向孔，在钻头内设置红外探测仪器，地下钻头内的传送器向地表的接收机发出消息，控制钻头的方向和深度，钻进、形成准确的定位导向孔，钻杆钻头在另一端的接收坑内钻出，见图2、图3。

图1 鸭嘴式小钻头

图2 先导孔钻进示意图

图3 钻进先导孔

(2)回拉扩孔。利用导向孔的通道，反向回扩。卸下小直径鸭嘴式钻头、换装圆锥型回扩孔钻头(直径比小钻头略大)，启动回拉钻机扩孔，见图4、图5、图6。

图4 回拉扩孔示意图

图5 扩孔钻头(不同直径)

图6 回拉扩孔

扩孔时匀速回拉、收钻均匀，注水机连续适量注水，同时通过钻具搅拌孔内泥土、造制泥浆，既可以保护成孔孔壁，保持洞圈稳定，也起到润滑作用，最终成形的孔道内壁光滑圆顺。

回扩时只将孔径内的原状土搅碎，同时扩大孔径(一般每次孔径扩增100～200 mm左右)，如此反复拖拉，最终扩孔器的尺寸接近(或略大于)设计管径；该工程扩孔作业包含DN200扩孔器扩孔、DN300扩孔器扩孔、DN400扩孔器扩孔、DN500扩孔器扩孔。

钻进先导孔和扩孔时注水润滑钻具，扩孔时搅碎孔内原状土，同时将孔内土搅拌形成塑性泥浆，清孔时借助于机具的挤压，在孔壁上形成光滑的一层护壁泥皮，用以平衡孔道内的固壁压力，从而形成稳定光滑的安管通道。

(3)清泥成孔。该工序主要是利用清孔设备清出扩孔时搅碎的孔内泥土，形成安管的通道。

回扩钻孔时，在钻头尾部配装拉链(杆)，当钻孔回扩到达工作坑，卸下扩孔钻头，在拉链(杆)一端换装拉泥盘、拉出泥土，完成清泥成孔工作。拉泥盘环形盘的大小及加装横挡封闭的选择，根据地层土质确定。

拉泥时需反复来回拖拉，首次拉泥采用环形盘，而后若阻力减轻，则在拉泥盘上加装横挡，再次入孔拉泥，逐次加封横挡，直至拉泥盘全封闭，并能轻松顺利拉出为止。孔道内泥土拉运清出，形成光滑圆顺的安管通道。

(4)回拖拉管。孔道成型后利用拉力机将管节拖拽入孔道内。先将管头密封，拉一管节、接一管节(在地面进行连接，机械热熔焊接)，完成安装工作。作业时，拉管机操作人员要根据设备数据均匀平稳地牵引管道，切勿生拉硬拽。见图7、图8。

图7 管道拖拉安装示意图

图8 回拖拉管准备就绪

(5)冲洗管道。管内的泥土，用压力水冲洗、泥浆泵抽排至地表工作坑存放、处置。

1个工作坑可以完成2个方向的管道铺设施工。扩孔时地层土质较软时宜快速给进回扩，地层土质较硬时要匀速缓慢进行，见图9。分段管道施工完毕，扩挖工作坑，将斜插的这段管道割除、建造检查井，也可将左、右两段满足设计坡度要求的管道连接起来。

图9 回扩孔钻进示意图

2.2 施工工序和进度计划

(1)施工基坑开挖：该工程工作坑形状为矩形，截面尺寸为1.5 m×7.0 m，深度约为3.0 m，采取人工开挖，工作坑还用于泥浆沉淀，计划施工时间3 d。

(2)定向钻进施工：每段作业段施工内容包括设备就位、导向孔钻进、扩孔、清孔、管道焊接、拖管等。每段施工完成后清理现场，移动定向钻机，进行下个作业段施工。计划施工时间需要30 d。

(3)逆作法施工检查井：检查井采用逆作法施工护壁成井，再浇筑钢筋砼井。计划施工时间需40 d。

(4)施工基坑回填：临时工作坑、接收坑回填采用原状土回填、并分层压实，计划需要4 d。

(5)进度计划为正常施工进度计划，施工期间如因设计图纸变更、场地限制影响、无施工作业面或暴雨、停电等不可抗拒因素影响，工期应顺延。

定向钻进、回拖拉管分为6个作业段，每个作业段施工长度为2×230 m，每日正常施工10～12 h(2班)，经过各参建方的努力，按时完成了建设任务。

2.3 先导孔定向钻进轨迹(钻杆中心线)的控制

先导孔定向钻进的轨迹，就是设计的管道中心线；控制钻杆方向和定位的原理，是用造斜工具，动态控制钻头前进方向，形成设计预定的轨迹，最终钻达管线的目的。

(1)钻进前依据设计图纸的管道内底标高、管径和相对应的原地面标高计算钻杆应达到的深度，确定定向钻孔轨迹。

(2)定向钻孔的轨迹由入地(出地)造斜直线段、定向直线段(与管道设计坡度一致、基本水平，该段为安管段)、弧线段(弧线长度转换为钻杆直线长度×n)等组成。

入地造斜段与管道直线段之间及管道直线段与出地造斜段之间，有一根钻杆长度达到管道直线段坡度要求。

入地角≤15°(>15°的角度有待进一步探索)，出地角按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定。

3 经验总结和注意事项

1)在先导孔内回拖拉管工程技术，在城市铺设地下给排水管网时充分显出其优越性。传统开挖施工会对周围环境，建筑物和交通造成破坏和不良影响，施工中克服了这些缺点，基本不破坏地表(避免出现群众反感的马路拉链)，不影响居民正常生活，不影响公共服务正常工作(如医院、学校和商店)，不会破坏植被和绿地，更不会阻碍交通。

2)先导孔定向钻进是非开挖定向钻进铺管的关键环节。先导孔钻进穿越精度高，管道弧线段铺设距离长，容易灵活、合理调整埋深和铺设方向，使管线绕过地下的障碍物，且满足设计要求。

(1)导向钻带有信号发射装置，用导向探测仪适时控制深度、标高、及坡度；导向钻按设计的深度、标高，全程、随时监控桩位、管道走向、管道位置等，及时复测，确保管道施工符合设计要求。

(2)先导孔钻进时，导向探测仪可以探测到沿途的情况，将图像传输、显示在监控屏上，工程技术人员可预先了解到是否有较大障碍物，提前制定对策措施，避开障碍物。

(3)钻进中采用轻压、慢转，注意控制钻头温度，切不可使探头过热。

3)拉管施工沿线会存在空腔，引起地面沉降，对周边建筑造成影响，因此，拉管过程中注浆加固需跟进，管道铺设完毕也要进行高浓度充填灌浆。由于受场地条件限制，该次采用孔内注浆的加固措施。

拉管施工前在管道前端连接两根与管道同长度的φ25钢管，与PE管一同拉入土中并一同到达拉管设计终点桩号。到达终点后，解除φ25钢管与PE管的连接，在2根钢管前面各加1根6 m长同直径的注浆花管。

移动拉管机到接收坑，和φ25钢管连接并回拽。每拽入6 m，把钢管和拉管机的连接取消，换成和高压注浆泵连接。注入1：1水泥、粉煤灰浆液(0.4 Mpa)，从而置换触变泥浆，补充管道周围的空隙。然后再换再拉，再拉再注，反复进行。直到将管全部拉出接收坑，注浆过程也全部结束。

在注浆施工时应注意：①根据实际情况每3～6 m注浆一次，预算注浆量一定大于泥浆量，注浆时尽量保持连续、不要间断；②当花钢管拖入地面时一定要用堵头堵死，防止浆液从花管前端流失。

4)该工程中的PE管、HDPE管采用热熔焊接，管道接口质量的好坏直接关系到拉管施工的成功与否，焊接作业的每一个步骤、环节必须保证质量。

4 结 语

在先导孔内回拖拉管的工程技术，易实施、对周围建筑物影响小、安全可靠，适于在城市土质地层中建造地下给排水管道。随着城市建设发展、地下给排水管网建造的需要，将越来越凸显它的实用性、优越性。