顶管施工发展方向

随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。加之人们对环境保护意识的增强顶管技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作 用。非开挖技术的发展必将向规模化、规范化 、国际化的方向发展。

在 我国经济高速增长的支持下，顶管技术的发展将面临前所未有的机遇，在加快引进国外先进技术的基本上，努力消化创新，加强研发和人才培养， 其前景是非常乐观的。纵观国内外顶管技术的发展，发展方向将是多元化和多样化。 在顶管直径方面，除了向大口径管的顶进发展以外，也向小口径管的顶进发展。目前顶管技术顶进管的口径只有75mm，的已达到5m(德国)，大口径 顶管有取代小型盾构的趋势。在适应性方面，发展宽范围、全土质型顶管机是必然趋势，适应范围将大为延伸，从N值为极小的土到N 值为五十多的砾石，直至轴压强度达两百 MPa的岩石。将微电子技术、工业传感技术、实时控制技术和现代化控制理论与机械、液压技术综合运用于顶管机械上是顶管技术的发展趋势。数字化、信息化、 智能型顶管机的研制将得到更多的关注，纠偏精度、自动化程度也将得到大力提高。在不久的将来，一些全自动、高精度的掘进机会成为施工机械的主流。顶管的用 途随着相关技术的发展也将继续扩 ，主要用于管道铺设将发展管道铺设、涵顶进、地下人行通道管棚式施工等多用途型。 顶管截面形状基本上都是圆形，今后的发展趋势是圆形、矩形、圆拱形、多边形等，以适应箱涵顶进等各种工程的需要，故截面形状多元化是必然趋势。顶管施工形 式主要为土压式、泥水加压式，以后的发展将在进一步吸收国外技术的基础上，应用管套式、气泡式等等各种形式的顶管施工技术。随着高精度长距离测量技术进一 步的发展应运，通风系统的完善，中继间技术、注浆减摩技术的进步，排渣系统的发展、刀盘切削系统、推进系统、出土输送系统、供电液压系统、监控系统、测量 导向系统，等一系列技术的突破，现有的一次性顶进距离将不断刷新，各种复杂曲线顶管也将陆续出现。 目前我国已成立北京、上海、广州和武汉四个非开挖技术研究中心，我国国际非开挖技术协会单位会员已突破100个，数量居世界第4、亚洲第1。形成了行业协 会、科研单位、研究中心和设备生产和施工企业组成的强大的阵营，而且每年不断有很多人不断加入到从事顶管等非开挖工作的行列，我国的顶管技术的必将迎来一 个崭新的阶段。

水平定向钻的施工工艺

(1)管材的选择目前,应用于燃气输配的管道有钢管、PE管和铸铁管。铸铁管由于采用承插式和机械接口,加上本身柔性差,不适合用水平定向钻铺设。钢管、PE管既可拉又可弯,适合用于水平定向钻,其中盘卷PE管最为理想。

(2)现场勘察在钻进轨迹设计和施工前,应对工作区及管线经过区域进行地面和地下的勘察。地面勘察包括对地形地貌的测量,确定施工区域是否有足够的场地保证设备的安放和正常施工。地下勘察包括地质条件的勘探和地下管线及设施的探测。地质条件从根本上决定施工难易程度。岩层、碎石层、砂层、粉土层不适合用水平定向钻施工。粘性土既容易钻进,孔道成型又好,适合用水平定向钻钻进。当然这些都不是的,例如目前已实现了在岩土层钻进。土质分析判断可以通过沿设计轨迹钻勘探孔取样,具体方法可以参照有关规范。在穿越城市道路时,地下管线的情况往往是错综复杂的,既有污水管、给水管、煤气管,还有高压电缆、通信电缆。在实际情况中,往往档案资料不全,原参照标志不清。在这种情况下,地下管线的探测任务尤为重要。对于金属管道和电缆,通常用电磁感应法探测,如地下管线探测仪,它是通过接收地下管线的电磁信号判断管线位置。对于非金属管线只能采用电磁波法,如IDS探达,它是通过分析管线反射回来的电磁波判断管位。

(3)钻机选择钻机型号应根据回拖管道所需拉力选择。回拖力估算公式为:Fh=(Ff-W)LfFf=π4D2ρngW= πDδρgg式中:Fh回拖力,N;Ff单位长度管道悬浮在泥浆中产生的浮力,N/m;W单位长度管道的重量,N/m;L管道长度,m;f管线与孔壁之间的摩擦系数,可取1.0;D管道外径,m;ρn泥浆密度,kg/m3;δ管道壁厚,m;ρg钢管材的密度,kg/m3。

(4)钻进轨迹设计地下情况探明,出土、入土点确定后,根据管道埋深,就可以设计规划钻进轨迹。钻进轨迹通常由入土点斜直线段、曲线段、水平直线段、过渡段、直线段、出土点组成。曲线段的曲率半径应大于钻杆和管道的弯曲半径,例如材料S135,长度5 m的钻杆弯曲半径为70 m左右。钢管的弯曲半径根据经验一般取大于管道外径的1 200倍。PE管有较强的柔性,能适应钻杆钻出的任何孔道。钻具的入土角较大,而曲率半径一定时,将使钻孔深度加深。入土角较小,有利于钻杆受力和管道回拖。

(5)钻进操作导向孔钻进:司钻根据导向仪传递的有关钻头参数,调整实际钻进轨迹与设计轨迹的偏差,确保正确钻进。扩孔:导向孔完成后,在出土点换上旋转接头和扩孔器进行回扩。经回扩的最终孔道直径应是管道直径的1.5～2.0倍。若一次回扩不能满足要求,可进行多次回扩,扩孔器后面应接入钻杆,以保证下一次回扩的顺利进行。拖管:拖管可与最后一次扩孔同时进行。对于PE管,作用在管道上拉力不能太大,以免拉伤PE管。对于目前普遍使用的高密度PE管,其允许拉力如表1所示。

(6)管道外防腐采用水平定向钻铺设的钢管一般深度较深,铺设后外防腐很难检测。即使发生泄漏,也不可能进行开挖抢修,因此对钢管的防腐涂层提出了很高要求。除了要有良好的电绝缘性,能耐腐蚀、抗菌外,还要有足够的机械强度;有较好的耐磨性,以防止与土壤摩擦而损伤;有良好的抗弯曲性,以确保防腐层在一定曲率半径下不致损坏。另外,若钢管采用阴极保护,就要求防腐蚀层应具有一定耐阴极剥离强度的能力。环氧粉末由于具有优良附着力、柔韧性、耐化学腐蚀性强、电绝缘性好等的优点,在穿越钢管上有广泛应用。为了提高单层环氧粉末的耐机械撞击力,防水性,现在已经有了双层环氧粉末的涂层结构和环氧粉末外加挤压聚乙烯(PE夹克)的防腐技术,保证了重要燃气输气管道的万无一失。

(7)压力试验管道回拖前应进行强度试验和严密性试验,管道回拖结束应当再进行严密性试验。随着能源结构的调整,天然气作为一种洁净能源将逐步代替人工煤气。在天然气管网建设中,水平定向钻作为一项高精度、高效率、环保好、安全的施工技术,将得到越来越广泛的应用。

水平定向钻施工的缺点 1．由于水平定向钻施工是一项新的生产工艺技术，目前我国尚无统一的技术标准和

施工验收规范，造成对工程设计、施工质量的把控没有官方依据。一旦发生质量事故，对责任方的认定也造成一定难度。 2．由于采用定向扩孔拖拉，施工结束时，管材与回扩孔之间的空隙处理，不能像开槽敷设施工那样进行回填夯实。因此，对管材沉降要求比较高的工程在实际使用中存在着一定的风险。

（三）水平定向钻施工的适用范围  水平定向钻适用于城市道路、公路、铁路、河流及其它不宜在大开挖施工地段的管道穿越工程。可敷设天然气、热力、自来水、雨污水、电力、电信、有线电视、网络等各类地下管线，管材主要可分为钢管、PE管、铝塑管、铜塑管、电缆、光缆等。