拉顶管施工技术在污水管网工程中的应用

殷明浩

广州市市政集团有限公司 广东 广州 510060

拉顶管施工技术的应用，可用于对城市污水管网工程在尽量减少对现有设施及交通损坏的情况下进行改造更新或新增污水管网，一方面能有效减少施工的问题、安全隐患，另一方面可较大提高施工效率。拉顶管施工技术的应用还可以加强各类风险的预防，一定程度上减少了隐藏的风险，促使城市污水管网工程的建设，朝着更科学的方向发展，整体上为城市建设提效增值。但是，该项技术的应用，要通过专业的技术团队开展作业，故需努力建设高素质的施工作业队伍。

1 拉顶管施工技术概述

1.1 顶管技术

该项技术主要是用于市政工程项目当中的施工技术，具体表现为非开挖掘进式的管道铺设技术。顶管技术的应用，有效地减少了对周围环境及现有道路交通的影响，不仅施工场地需求较小，因在施工噪音比较低而对周边居民的生产生活影响甚小[1]。顶管技术的应用，还可以深入地下开展作业，相对于明挖埋管而言，具有能大大减少挖方量及填方量等优点，将极大提高经济效益。然而，顶管技术的应用，由于施工时长较大，一定程度会导致工程的造价比较高。

1.2 拉管技术

该项技术的应用，主要是通过非开槽的方式逐节安放管道，然后利用定向钻机钻孔的方法，在钻进前端通过拖拉机械在钻头切削土及泥浆护壁之下的拉力作用，将管道逐节接长拖拉过来，一般情况下使用了一次性管道焊接成型的方法来作业，由此在保证施工质量的前提下也能有效地提高施工效率。

2 拉顶管施工技术在污水管网工程中的应用

2.1 工程概况

本项目起点位于汕头市与潮州市交界处的葫芦市，桩号为K130+287，终点位于与金湖路交叉路口，桩号为K137+591，途经汕头市葫芦市、月浦、西陇、中岐、下岐、新乡等村镇，路线全长7.304km。工程范围：建设内容主要包括完善道路配套设施、拆除部分路段侧分带、对路幅进行微调整、设置自行车道于人行道上，对辅道、机动车道桥头引道进行调坡处理、完善排水系统、新增污水系统、人行道及道路沿线风貌等进行品质提升改造。

2.2 排污工程

项目设计在沿线道路两侧辅道增设DN400--DN1200纵向污水管道，收集规划区域污水排至下游惠来路的污水干管，最终排入北轴污水处理厂处理；设计对管径大于DN800的采用钢板桩支护明挖方案，对管径小于DN800的采用机械拉顶管方案。综合拉顶管设计方案，项目污水系统设置补充了污水管线纵断面设计；施工前期加强了现状道路沿线排水管、排水箱涵、供水干管等管线的调查，加强了道路集排水方案的论证，合理选择污水管的设置位置。

2.3 施工管材的选择

现阶段的拉顶管施工，应充分把握好污水管材标准要求。比较常见的顶管施工管材是钢筋混凝土管，该材质的管材实际应用中能获得更长的使用寿命，同时在施工工艺及操作便利性中较有保证，相对于非开挖埋管污水管顶进接口质量控制有较好效果。另外，HPDE管材在顶拉管施工有广泛应用，该类型的管材不仅具有较好的环保特点，同时由于该类管材本身具有的韧性，允许管道路径存在一定的曲率变化，特别适用于埋深较深、需规避障碍物多及管道线路有曲率要求等污水管布设中使用。

拉顶管的施工工艺，可分为管道顶进与先导钻头后拉管两种施工工艺，故应综合管径大小、地质情况、管道节段长度及埋深等多方面因素，结合施工空间和施工工期的要求，进行管材的选择。在管材的选择方面，应更多考虑施工可行性及污水管道连接密封性，要确保管材的整体刚度满足污水管道长期工作使用要求。拉顶管的发展过程中已有相关科技公司，开发出柔性密封自锁承接插口实壁管。该类型的原材应用，一端为承口，另一端是插口，不仅对其他管材的优点有效的融合，还在缺点上作了有效的规避。比如，该实壁管材易接功能相对突出，施工作业时不用热熔连接，不需要通过电容连接，在井下的水环境施工方面不受影响，接口采用多道环形紧扣连接表现出紧密的状态，工后管节出现渗漏的情况较少，质量保证率高[2]。

2.4 工艺原理

拉管技术的作业原理，主要是通过先导式定向钻头，导向钻头在仪器控制下，较精确地确定管道的标高和管道的轨迹，钻头到达接管井后，然后利用拉管设备根据管道大小更换相应的回旋钻头并连接管节（除首节外，此后各管节一般采用液压顶推套管连接。），在回旋钻削土、浆液护壁及拉力的共同作用下，按原顶进轨迹逐节拉管至接收井。区别于传统的先导式拉管施工工艺，整个拖拉管施工过程中拉力保持Fl＞0的状态，只要施加足够拉力同时以浆液护壁与润滑减少管节与周边土的摩擦力，该工艺的顶拉管便能适用于在管径的更大、施工管段长度更长的管道敷设施工。

图1 拉顶管施工原理示意图

2.5 施工步骤

拉顶管的作业，主要是通过五个步骤顺序来进行的，分别是前期准备、制作沉井、定向钻导向、管节安装、管道顶拉。施工过程中，每一个步骤都有其相应的规范及要求，具体如下：

第一，前期准备。该阶段的工作主要通过前期的一系列准备，包括地质物探、地下管线走向、地质情况及地下水情况等进行详细勘探，一方面以设计最佳的道线走向以规避障碍物或减少对现有管线或结构物的破坏；另一方面为后续的连续施工做好较完备的预案；以进一步提高拉顶管的可靠性。拉顶管施工前还应加强施工物探和管线情况的技术交底，故需加强污水管网工程的基础信息收集，以便正式施工前能顺利开展。所有非明挖敷设管道的施工工艺，在管道铺设的过程中均不允许长时间暂停，一管段间需连续一次性施工完成。主要原因是管道铺设过程中，若因障碍物而长时间暂停，缺少流动的浆液减阻，已顶拉段管节或回旋钻头的周边土体会重新建立力学平衡并向管周挤压与增大接触面，顶拉施工将无法重启。而通过前期物探工作的准备，取得各管线单位的管网走向数据，并对施工人员作施工前技术交底，进一步优化施作管道线路，将能大大减少施工过程可能遇到的困难。

第二，制作沉井。污水管节间及污水井对防渗漏均有较高的要求，因此制作沉井质量有较高的要求。首先，一般情况下，城市污水管埋深均较深且比雨水管深，相应的沉井深度也较深。拉顶管在拉力与顶力的共同作用下，一次性拉顶管段的施工长度可通过多个井位。故施工前需根据管径及管线走向，在沉井中相应的预留开口，以便管节的穿过，但预留开口不宜过大或过小，以适宜为好。过大不利于污水管与沉井开口间的止水而致密封性差；过小将不利于管节安装或通过，将可能损坏管节或产生卡管现象。本工程使用管径为400~800mm，节长80cm,预制沉井内径为规格为1800mm或2000mm，沉井施工完成后应复测沉底标高、开孔坐标等，同时进行止水。

第三，定向钻导向施工。拉顶管的施工体系中，定向钻导向施工是核心组成部分，应根据物探成果及施工图纸要求综合确定管道路线。并就按预定的路线进行导向施工，使定向钻杆分别穿过起始井直到结束井。定向钻导向的作业模式，可根据实际施工要求进行多元化的选择。可采用坑内导向的方式，该方法需要制作工作井，钻杆从工作井内沿着既定管道路线钻进并通个导向仪对钻头方向进行控制。此方法的钻头标高准确度高。此外，在空间或地形条件限制情况下，可采用地面制造斜坡导向钻进的方法，一般设备置于管道路线同一直线上，并将设备平放于起始井后方适当距离的地面上，利用导向钻头与地面形成一定夹角（一般要求小于45℃为宜）钻进土层，设备与起始井的距离应保证钻头从地面到达起始井前，具有足够长度空间进行调整钻杆，使钻杆能平直通过沉井预留开口。该方法不仅能有效的节约施工场地的空间，而且施工效率较高，但对控制钻头标高难度较大。

第四，管节安装。拉顶管在污水管节拉顶的时候，可以一次性穿过多个检查井，不仅施工效率高，而且可减少钻机设备的移动次数与降低地面占用频次。从结束井往起始井方向，以两井间为一井段，逐个井段进行拉顶管施工。管节安装主要控制管节接口质量，并在浆液护壁及润滑的作用下，一次性地在尽可能短的时间内完成一个井段的管节拉顶施工。

第五，管道顶拉。污水管道施工中管道顶拉作业是最为关键的工序，按预定导向管道路线钻杆到达结束井后，钻头更换成与管径相配的回旋钻头，再接管节连接器及管节，设备端注入提前制备的泥浆或其他浆液，回旋钻扩孔并拖拉管道，并逐节吊装管节及顶进，推动管道前进。在浆液润滑减摩及回旋钻扩孔拉管的共同作用下，管道可顺利通过两井段。根据现场施工经验，HPDE管在传力杆锁紧之下会产生预应力作用，此时已顶进段管道可近似地看作为一整个刚性体。由于有回旋钻与管节连接器间有源源不断的泥浆或浆液填充，已顶进的管道与其周边土体会形成薄层泥浆皮，将有利于管段在拖拉顶进期间的润滑减阻。实践证明，不同的地质采用不同的回旋钻头形式，收到的效果也截然不同。

图2 回旋钻头

图3 管节连接器

3 拉顶管施工技术在污水管网工程中的应用效果分析

本次拉顶管施工工艺在汕头市省道233线潮汕路(金湖路-潮州交界)地方配套品质提升改造工程勘察设计施工总承包项目的实际应用取得了良好的效果，不仅大大缩短了施工工期、保证了施工质量及规避了采用深基坑明挖的施工危险性，同时也大大降低了工程造价，整体效益显著。通过收集，就明挖埋管与拉顶管施工工艺进行相关指标对比，具体如下：

3.1 如何施工能收到更好的经济效益

经济效益好，面对现阶段绝大多数城市道路及各管网已现初步成形，再进行污水管网新建或改造，相对于埋管深度大于3米的污水管敷设来说，采用传统的明挖埋管施工往往需要大面积采用钢板桩支护等安全措施，有时难以避免地破坏现状地下管线，也会造成对现有道路进行破坏同时产生新的环保问题等。在综合对比明挖埋管及拉顶管施工两种不同的施工工艺来说，当地质为砂性土或淤泥质土等无大块石头且均匀性较好的土层时，采用拉顶管施工能收到更好的经济效益。

表1 两种施工工艺相关指标对比表

3.2 如何施工质量高

污水管道敷设施工，对比拉顶管施工及明挖埋管两种施工工艺，完工后进行CCTV检测结果可得，由于拉顶管施工过程中，管节间在传力杆拉力的作用下形成类似刚性体的管段，管周除相对均匀的土压力外，无其他额外能促使管段变形的力，故完工后污水管道的流水面起优较低，管节间连接效果更有保证，施工质量也就更高。而明挖埋管施工质量则不然，除了难以保证管段间地基承载力的均匀性外，还受回填效果的影响，且以上不利因素难以人为控制。

3.3 施工安全性高

污水管网绝大多数布设于城市道路两侧或之下，埋深较深且往往超过3米，此时明挖基坑属危险性较大工程。如果周边为建筑物或正在通行的道路，还需要增加其他基坑支护等安全措施，否则施工安全难以保证[3]。而拉顶管施工，由于其工艺特点，只需提前做好对现状管线物探并确定各管网保护方案，进而可确定最佳的管线路线方案，拉顶管施工便能全面正常开展。除沉井内有限空间作业属危险较大工程外，基本无其他安全隐患。而有限空间作业只要按安全规范做好通风等安全措施，安全隐患皆可有效地规避。

4 总结

该施工工艺在汕头市省道233线潮汕路(金湖路-潮州交界)地方配套品质提升改造工程勘察设计施工总承包项目中应用的实践效果可以看出，拉顶管施工技术在城市污水管网施工中的有效应用，对城市污水管网工程的发展产生了有效的促进作用，不仅施工质量、施工安全有更多的保障，同时相对于传统明挖埋管经济效益大为增加且施工环保问题更少，而这正是回归工程建设增值的主旨所在。因此，在城市污水管网新建或更新工程当中，在适当的地质条件的情况下，拉顶管施工技术皆值得设计和施工优先考虑与使用的。