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。

MicrosoftInternetExplorer402DocumentNotSpecified7.8 磅Normal0先进的非开挖铺管技术具有不影响企业光荣而神圣的历史使命。随着我国城镇建设的高速推进,我国城市管网建设及旧城区管网改造工程大幅度增加,非开挖 技术作为一种绿色建筑技术,限度地使施工活动减少对环境负面影响,有效的实现四节一环保(节能、节地、节水、节材和环境保护)。非开挖技术在推广绿色 环保施工的大环境下,由北京、上海、广州、深圳等城市迅速向内地大、中城市辐射。 非开挖铺管技术,是利用岩土钻掘手段,在地表不开挖的情况下,铺设、修复和更换各种地下管线的施工技术。

其主要的施工方法包括以下四种:

1、水平导向钻进法。它是一种无需建造工作井,就能够快速铺装地下管线的钻进方法。主要特点是,可根据预先设计的铺管路线,驱动装有楔形钻头的钻杆从地面 钻入,钻进过程受三维控制,通过钻杆和一个特殊设计的楔形钻头按设计好的三维线形旋转钻进。当需要改变钻进方向时,只需要暂停钻杆的旋转并将钻头的楔形固 定在相应的位置上推进即可,按照设计的轨迹绕过地下障碍抵达目的地。然后,卸下钻头换装适当尺寸和特殊类型的回程扩孔器,使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔 扩大至所需直径,并将需要铺装的管线同时返程拖回钻孔入口处。水平导向钻进法根据土质条件的不同一次钻进的距离可达100～600m不等,能够铺装管线的 直径可达1m左右。适用于铺装PVC管、PE管、HDPE管、钢管、电缆、光缆等各种不同材质的工程管线。目前,这种方法已广泛用于通讯、电力、化 工、燃气、石油、给、排水以及交通、市政等不同行业和部门的地下管线安装工程。

2、锤管法。它是利用气动穿梭矛在钢管(空心套管)的后面,将钢管顶进至终点来完成铺管任务的方法。这种方法需要在进口和出口各挖一个工作坑。在进口坑 内,用一个特殊的管夹将穿梭矛置于钢管后部,靠压缩空气通过气动矛推动钢管,无需设置后座。当节钢套筒全部进入地层后,拆除管夹,将第二节钢管焊接就 位。继续上述过程,直至全部钢管安装完为止。当钢管抵达出口坑后,用强大的空气压力推动管中的泥土一次性排出。此方法通常使用各种型号的穿梭矛,适宜于铺 设各种孔径和长度距离的钢管或铸铁管。由于此法对土层扰动极少,特别适合于运输繁忙的铁路、公路、机场等地铺设管道,实现“零沉降、零开挖、不限速”施 工。同时由于避免了钻进法扰动土堤,造成漏水管涌等严重后果(2005年5月浏阳河大堤发生钻孔形成管涌,淹没农田,动用了数千名武警抢险的特大事故), 所以此法在水利工程穿越河堤、水库大坝中发挥独特优势。

3、拉管法。是用气动穿梭矛从一个较小的进口坑钻进,在压缩空气不断推进下,穿越 地层,牵引紧锁在穿梭矛尾 部的新管到达终点。若铺设的管线口径较小,距离不太长,穿越处为碎石、沙土或松土等易于塌陷的地质时,或者要安装的是PE管、PVC管、热塑胶管,使用此 法最为有效。

4、胀管法。它主要用来更换、修复和扩大城市各种地下旧有管线。 随着我国全面建设小康社会步伐的加快,城市建设规模逐渐扩大,许多始建于上世纪七八十年代甚至更早的供水、排水、天然气等管道锈蚀破损严重,况且旧管道尺 寸是按当时需求而设计的,都在超期服役,远远不能满足目前城市逐年开发增长扩大容量的需求,需要及时更换和扩孔。如果采用传统开挖方式进行管道的更换、扩 孔,不但工期长,造价昂贵,更主要对市政、商业、交通以及城市居民生活造成极大干扰和影响。而如果采用一般的非开挖工艺重新铺设管线,则由于近年来各种新 铺地下管线迅速增加,各种管线纵横交错,再插新管恐怕十分困难,而且风险太大。因此,利用先进的胀管技术在原有管线路径不变的情况下进行地下管线的更换、 扩孔,已经成为当今城市管线建设的必要手段。

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。