陈伟鹏

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

0 引言

经过多年发展，排水工程的非开挖施工工艺有机械顶管[1]、螺旋二次顶管[2]和水平定向钻[3]常规工艺。但应用在小管径排水管道施工时，会出现不同的困扰：

传统顶管多为泥水平衡顶管，一般的顶进管径≥D 800，较少应用于小管径管道顶进。实施时须建大直径临时支挡结构（工作井、接收井），一方面对施工场地有一定要求，另一方面临时结构无法长期使用且造价高。而且顶管在流砂地质顶进容易发生偏移，过程纠偏困难。在复杂的地下环境或突变的地质中，顶管机容易遇地下障碍物或孤石而卡机，难以退出且影响工期。

螺旋二次顶管适用小管径＜D 800 管道施工，同样须建工作井、接收井，并且先导管顶进、送土螺旋管回收，后排水管道顶进作二次顶管。施工效率低，顶进距离短（一般在60 m 内）。顶进机头遇软土层易下沉，遇卵石层易上爬，遇两侧软硬土层易跑偏，在小口径排水管施工中少有应用。

近年来水平定向钻多用于小管径排水管过路、过河段短距离敷设施工。具有施工所需空间小，地面施工便捷，遇障碍物可在地表处理，埋设管道接头少且热熔连接整体性强，工期快，造价低等优点被逐渐推广。但实际施工中存在以下问题：（1）由于扩孔孔径大导致管道敷设标高控制不准确；（2）由于拖拉阻力大导致管道敷设距离短且管道容易轴向变形；（3）淤泥或砂性地质中洞口止水困难。较少应用于长距离排水管的施工。

后经以下几个方面改良：（1）扩孔钻头带导流槽，拉管时通过拉管帽开孔使泥浆流入管道，保持内外压力平衡，减少摩擦力和阻力，不易拉死管和破坏管结构。管道悬浮在孔道中心流水标高误差小。技术升级后称为导浆拉管技术；（2）减小扩孔孔径，加密导向控制点，通过先做控制井后导向拉管，工艺改良后可用于长距离排水管敷设；（3）设计“井内满水牵引加水下堵漏”的措施克服在不良地质（淤泥或砂层）下施工。在传统定向钻基础上改进了工艺—导浆拉管[4]，发展成整套管、井施工技术，解决软土地基小管径排水管的非开挖施工问题。

1 工艺介绍

1.1 导浆拉管工艺

（1）先实施检查井的施工，作为排水管敷设的标高控制井。工作井根据地勘情况，地质良好、地下水位低则采用逆作法施工，完工后内砌检查井。砂层或淤泥不良地质、地下水丰富则采用带水沉井法施工。

（2）工作坑开挖，开展导向钻孔。为提高标高控制精度，加密导孔控制点，对钻头定位要求每3 m 测量一次深度。如实际位置及深度偏离计划轨迹需纠偏时，应再进行加密测量（间隔为1 m）。控制钻杆轨迹走向，按设计高程导向，顺利穿过各检查井管孔。

（3）扩孔施工，管道回拖导浆拉管。根据地质报告确定扩孔器，扩孔同时注入泥浆。根据旋转和回拉的压力反馈逐步加大扩孔孔径，维持一定泥浆压力和流速。孔径不宜过大，满足管道回拖不卡钻即可。一般扩孔后环隙不超25 mm，避免完工后环隙引起的地面沉降。

（4）管道回拖完成后，对检查井内泥浆进行清水置换。底部抽取泥浆，上部注入清水，最后封堵洞口缝隙。

（5）缝隙封堵后，排干井内清水，割除井内管道上部作流槽。对管道清洗并采用内渗法检验。合格后对定向钻造斜段注浆处理，避免产生地面沉降。检查井安装盖板，恢复路面。

1.2 顶拉管工艺

后因施工现场出现一些受场地限制而无法双边造斜牵引的问题，发展出一种可单边造斜的定向钻工艺—先导顶拉管[5]。

该工艺先采用定向钻技术导向管道敷设轨迹，后通过地面定向钻机提供前进拉力和扭矩，带动地下掘进机克服迎面阻力和切削扭矩。同时利用工作井内千斤顶提供前进的顶力，克服通过钻杆传递的设备余力。实现非开挖下各种复杂土体破碎同时精准敷设管道。

（1）施工先做检查井后定向导孔钻进。同样把检查井作为标高控制井，钻杆通过井管孔和加密导孔控制点的约束，实现管道准确地敷设。与导浆拉管一次拖管穿过多个检查井的区别：顶拉管工艺是在全线末端的检查井开始装管顶拉，待两井段顶拉完成后，则从前一个井重新装管顶拉前一段。依次操作穿过全线检查井，每个井均可装管顶拉，如图1 所示。因此单次敷设长度比导浆拉管长。

图1 顶拉管工艺示意图

（2）其中回拉和顶进方式分别与传统牵引管和泥水平衡顶管类同。不同的是顶拉管采用柔性密封自锁接口实壁管，集中了牵引管和顶管管材的优点：首先，其为柔性材质且强度高，满足受拉、受压工况，对地质不均匀沉降的适应性强；其次，具有双密封接头（锯形密封齿和橡胶圈，见图2），随顶压自紧锁死，抗压抗拉抗剪，达到防渗防震要求；最后，管道轻质，管节最小长度仅0.5～1m，便于在小空间下管安装。

图2 柔性密封自锁接口的节点构造和实物图

2 工程实例

2.1 概况

中山市产业平台（民众园）建设项目幸福大道新建800 m DN 500 污水管，埋深约4～5 m，位于淤泥质土层。由于地质条件差，雨季地表水下渗后，淤泥呈流塑状，主管的支护开挖出现槽底隆起、支护桩踢脚变形等不安全问题。经试验分析后决定采用导浆拉管工艺施工主管。此外，因现场施工场地受限，接户管的管槽开挖一侧邻近项目施工便道，另一侧临近施工中的厂区。为不中断便道通行，同时要克服厂区无法提供牵引所需双边造斜空间，接户管调整采用顶拉管工艺施工。本工程关键节点具体如下。

2.2 标高控制井

主管单次拉管长度为200 m，全长分4 次操作，4段拉管之间设置转接井（内尺寸＞2 m）衔接。同时结合污水检查井最大间距规定，主管每50 m 设置检查井。接户井则为顶管工作井，井内顶进和装管所需，内尺寸＞2 m。

以上转接井、检查井、工作井均为工艺标高控制井，在淤泥含潜水地质下采用带水沉井法[6]实施。沉井形式采用圆形，具有受力均匀、出土方便、不易倾斜、下沉易控的优点。沉井按永久排水结构标准设计，不另设井中井，节省造价。最终统一设计为表1两种尺寸的控制井。

表1 标高控制井尺寸表

2.3 地基处理和止水措施

淤泥地质下，采用高压旋喷桩作沉井底软基处理。桩径0.5 m，间距1～1.2 m，实桩长5～10 m，复合地基承载力＞100 kPa，如图3 所示。此外，地面钻机也需作基础处理，采用2 m×1.5 m×1.5 m 混凝土块固定。

导浆拉管中扩孔回拉管和顶拉管中顶管的进、出井前，均需在井内定位开孔。为维持该过程的井外泥水平衡，保障井内临时作业安全。在井外洞口左右1 m 范围施打2 排高压旋喷桩止水，桩直径0.5 m，桩间搭接0.15 m，实桩长为管径上下1 m 范围，如图3 所示。

图3 沉井地基处理和止水措施（单位：mm）

由于顶拉管需要全过程在工作井内装管、顶进，为进一步维持井外泥水平衡，保障井内长时间作业安全。在井内进、出洞方向增设密封板止水，如图4所示。

图4 带密封仓密封板

2.4 管材选择

导浆拉管宜选用实壁管，一方面内外壁光滑减少拉管阻力，另一方面整体性强、环刚度好、自带柔性且抗拉强度大。主管管材采用牵引专用PE 100 聚乙烯实壁管，电热熔连接并切除接口内翻边[7]。管材环刚度≥12.5 kN/m2，SDR 值为17，含硅量3%～5%，要求符合《非开挖工程用聚乙烯管》（CJ/T 358—2019）[8]标准。

顶拉管为前拉后顶方式，管道经传力杆锁紧形成一个整体，利于管道纠偏扶正。因此接户管搭配使用承插口实壁管，柔性密封承插自锁连接。管材环刚度≥12.5 kN/m2，要求符合《柔性密封自锁接口聚乙烯缠绕实壁排水管及配件》（T/GD STT 1—2020）[9]。

2.5 工艺流程

本工程工艺流程和施工组织分别如图5 和图6所示。软基处理与沉井预制可以同时实施，主管的导浆拉管与接户管的顶拉管可以同步施工，节省工期，利于工程推进。

图5 工程工艺流程图

图6 工程施工组织图

导浆拉管受单次允许最长拉管距离限制，长距离污水管敷设采用分次分段拉管。要求每段拉管采取同一方向导孔，宜从排水方向的上游往下游钻孔。相邻两段拉管的平面中心线须错开一定安全距离，如图3 所示，完工后管道通过转接井内设置流槽衔接。

2.6 验收标准

上述两种工艺完工后管道的允许偏差按《给排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268—2008）[10]规定执行。管道水平轴线偏差小于±100 mm，管内底高程偏差控制+20 mm、-30 mm，管道椭圆度不超过1%。最后采用内渗法结合CCTV 检测作密闭性检查。

3 结语

3.1 支护明挖与新型定向钻对比

以本工程实例，对选用支护明挖、导浆拉管、顶拉管在施工造价和工期方面作简单对比，见表2。

表2 导浆拉管、顶拉管和支护明挖对比表

支护明挖主要因为全线施打拉森钢板桩止水止泥，同时管槽底须作抛填方式软基处理，最终总造价较高。相比下，非开挖工艺仅在控制井处采取桩处理，即使控制井尺寸较大，综合分摊后每延米管道施工造价较低。而顶拉管由于工艺所需使用高强度、短管管材，管材单价、安装人工和整体工期均比导浆拉管工艺高。

3.2 导浆拉管、顶拉管的应用

传统定向钻工艺存在标高控制不准、拉管阻力大距离短、管道易变形、洞口止水困难、环隙大易造成地面沉降，不适用于长距离、对标高控制精准的排水管道施工。

导浆拉管工艺充分考虑到软土地质的管、井施工衔接问题，在拉管减阻、标高控制、止水措施、造斜加固等方面改进。已在珠三角地区得到验证和推广应用，适合淤泥地质、地下水高、明挖困难条件下长距离、小口径排水管的高效施工。

顶拉管工艺融合了传统定向钻和泥水平衡顶管的优势，适应复杂地质条件，便于管道准确定位与纠偏，仅需入土段造斜空间。适用于长距离、场地受限无双边造斜空间的排水管施工。