浅谈输水管道工程中顶管与拉管工艺比较

庞传山

（陕西省水利工程建设监理有限责任公司 陕西 西安 710032）

1 工程简况

陕甘宁盐环定扬黄工程是为解决革命老区陕西定边、甘肃环县和宁夏盐池、同心等县部分地区农村供水困难，防治地方病，发展农业灌溉，改善生态而兴建的一项供水工程。定边供水续建工程是陕甘宁盐环定扬黄续建工程陕西专用部分，工程主要内容为：新建供水支管8条，总长151km，支管加压泵站11座，水厂1座，新建各种蓄水池容积49万m3。定边供水工程的等级为Ⅲ等，续建工程所涉及的主要建筑物为4级，临时建筑物为5级。

但在施工过程中，供水管道就遇到了古长城、铁路、国道及其他障碍物穿越问题，为保证工程质量，能顺利穿越工程障碍物，同时减少对外围环境的影响，需要采用非开挖方式进行地下管道施工。非开挖方式就是不开挖地表或以最小的地表开挖量进行各种管道或管线探测、检查、铺设、更换及修复的施工技术。在定边供水续建工程非开挖施工中采用了顶管施工与拉管施工的穿越方式，本文在结合工程实际情况下，分别针对顶管与拉管不同特点简单阐述工艺差异。

2 顶管与拉管工艺原理比较

（1）顶管穿越施工设备主要包括千斤顶、高压液压站、风镐、工具管、顶铁及全站仪等。顶管施工顾名思义就是通过顶进的方法进行管道安装施工。施工前开挖工作坑，工作坑的深度由设计管底高程和基础厚度确定，即管底高程加上轨道及基础厚度，就是坑底高程，在挖工作坑时,后背的原土层不得破坏，要有充分的强度，在顶进中能承受液压千斤顶的最大反作用力而不破坏。将液压顶进设备及施工靠背安装就位，铺设重型铁轨，安装顶铁包括环形顶铁，方顶铁和横铁，顶铁安装应平直，顶进时严防偏心，以免顶铁崩出伤人。吊装顶进套管，操作人员进入套管内挖土外运，必须在规定的范围内开挖，不得超挖，管底土基弧度在135°范围内严禁开挖，一定要保持管壁与原土层表面吻合。利用液压千斤顶顶推前进，每顶进一定行程，退回顶缸，然后加入顶铁及套管继续顶进，作业时应坚持连续循环作业，若顶进间隔时间过长，土拱容易下塌，并在正常顶进1m～3m时就应测量一次，管线位置发生偏移时，要及时采取校正措施。当套管顶进至对面接收坑时，套管穿越完毕，拆除顶进设备，清理套管内余土，将顶管机等设备调离运走，然后牵引主管进套管。

（2）拉管主要设备包括采用铺管钻机、导向仪、控向仪、扩孔钻头及循环泥浆搅拌系统等。拉管通常是一端由定向钻头钻到另一端，然后再拉回一管道来实现非开挖拉管，施工过程分为下降、水平、上升三个阶段。施工前做好导向孔轨迹的设计，导向孔是扩孔拉管的母线，也是最终形成的管线孔，同时安放铺管钻机到位，配置造壁性能良好，润滑和降低扭矩的泥浆。施工过程根据测量定位的轴线，路面上部采用等导航设备控制钻头的方向和深度，严格按设计轴线形成一条直径约为100mm的圆孔通道，孔道中心线即为所需铺设管道的中心线，操作定向钻机钻进，开钻时采用轻压慢转，进人平直段采用轻压快转以保持钻具的导向性和稳定性。导向孔完成后，对工作坑入土口、接收坑出土口的标高和方位进行复核，确保按设计轴线成孔，然后卸下起始杆和导向钻头，换回扩钻头进行回扩。回扩过程中始终保持合适的泥浆量，并分3次～5次完成，最后一次回扩采用相应的挤扩式钻头壁固并使钻孔直径满足拖管管径要求。待扩孔结束后回拖管材进行穿越，管材要一次性拖入已成形的孔洞中，中途尽量避免停顿，以减小回拖的阻力。

3 顶管与拉管工艺比较

由于施工工艺的不同，本文主要从穿越的建筑物特性、管材性质、覆土及管径、过程控制、施工进度及工程造价等方面存在的差异进行分析。

3.1 穿越的建筑物特性

对于重要建筑物来说，基础沉陷带来的危害是相当严重的，特别是文物古迹保护工作。顶管施工采用的是边顶进边开挖的施工方式，管顶以上超挖量为15mm，管道下部135°内严禁开挖；而拉管施工是在钻头扩孔过程对土体扰动较大，并在扩孔后才进行回拖管材施工，从而造成整体施工面内空腔。虽采取泥浆中加入固化剂护壁的措施，仍存在空腔内塌陷的可能。因此对于重要建筑物来说，考虑其重要性应采用顶管施工工艺。

3.2 管材性质

顶管施工的管材为刚性材料，抗压力大的钢管、混凝土管材、球墨铸铁管道、石棉水泥管道、陶土管和塑料管等；而拉管在材质应施工要求应满足高韧性，抗拉能力强，抗刮痕能力好且要求环刚度在8kN/m2以上的钢管或PE管材。

3.3 穿越时覆土及管径

顶管施工工艺的覆土厚度一般为大于3m，为便于人工掘进施工管径应在600mm以上宜采用。拉管施工工艺最小覆土要求一般为1.5m，管径一般小于600mm。

3.4 过程控制

顶管施工过程是逐节安装推进，可采用全站仪在工作坑内对每节顶进前，进行复测校整，施工控制方便，且完成清理余土后，进行主管材的牵引穿越施工。主管材的管径一般远小于套管管径，在顶管的套管内有可调整的施工空间。而拉管是在路面上采用控向仪等导航设备控制钻头的方向和深度，当施工现场有干扰时，如无线电发射台、输电线路、变压器等将影响手持式控向仪的测量精度,在扩管之后直接将整体管道一次性回拖穿越，回拖管道过程无法进行施工调整。

3.5 施工进度

顶管施工主要分为外套管的顶管施工及内管安装调整工作，安装顶进设备之后，吊装一节管道至调整好的轨道上，在顶管施工过程主要采用液压千斤顶进与人工前段掘进相结合。每节管道如此反复施工，并在完成顶管后才进行主管材安装，施工周期较长。而拉管工程在拉管道机械安装到位，主要采用拉管机在导向仪的指引下穿越，扩孔过程是更换扩孔钻头，利用导向钻机回拉钻杆进行扩孔，最后可将整体连接好的主管道利用拉管机直接回拖穿越。整个过程采用机械与仪器配合，并且管道穿越一次结束，大大节省了施工时间。考虑施工进度比较，宜采用拉管施工工艺。

3.6 工程造价

顶管施工工艺需要套管及主管材同时穿越，且套管的管径较大，采用人工掘进与半机械化施工，功效较低费用较高。而拉管施工工艺可直接让主管道穿越，并且利用机械化施工功效较高，顶管施工费用相当于两倍以上的拉管施工费用。在工程造价方面，宜采用拉管施工工艺。

4 结语

非开挖地下管线施工广泛用于各类管线穿越高速公路、铁路、建筑物、河流、湖泊，以及在市区、古迹保护区、农作物或植被保护区等进行污水、自来水、煤气、电力、电讯、石油、天然气等地下管线的施工，其技术特点具有不污染环境、不影响交通、施工周期短、综合成本低等优点，已越来越受到人们的关注。

在非开挖地下管线施工中对比上述分析来看，顶管施工工艺主要是在施工可靠性、安全性以及管材的要求上优于拉管施工工艺，且施工技术标准完善，便于施工控制操作。随着社会科学技术的进步，施工技术的逐步完善以及新型材料的不断出现，拉管施工在可靠性、安全性方面有着较大的提升空间，同时拉管施工在施工进度及工程造价上有着明显的优势，所以在其地下管道施工中具有较强的推广意义。陕西水利