拖拉管和顶管.doc

拖拉管和顶管
关于导向钻（拖拉管）管道铺设工艺用于排水工程的研究关于导向钻（拖拉管）管道铺设工艺用于排水工程的研究

摘要：在城市道路上和交叉口埋设地下管线越来越困难。拖拉管工艺的出现，避免了道路的开挖和对其它地下管线的损坏，同时降低了地下管线施工时对交通、环境的影响得到，但是，这一新工艺的出现应有其背景和适用范围，对重力流的雨、污水管因排水坡度要求严格而能否应用值得探讨，本文介绍了拖拉管工艺的特点，分析了在排水管道工程中应用存在的问题。
关键词：拖拉管工艺铺设管道对雨；污水管排水功能带来的负面影响
1 导向钻（拖拉管）管道铺设过程简介
用导向钻机安装管道的方法称之为导向钻穿越法（拖拉管）。这是一种非开挖地面就可以在地下快速铺装管道的方法。
导向钻进的过程是受三维控制的，通过钻杆的旋转和一个特殊设计的楔形钻头来完成导向孔的曲线钻进（如图1）。
其施工过程为：
① 钻导向孔
启动钻机后根据设定的钻进路径和定位仪的指示向前推进旋转的钻头，需要改变方向时，只需将钻头朝向设定钻进的方向，由钻机向前推进到一定距离即可，达到设计的偏转角度后，即可再旋转钻进。一般只有在需要纠正方向时才停止旋转。旋转钻进后，成孔的轴线为三维蛇形曲线，如图2 所示。
② 扩孔与回拖
当钻孔时由钻机驱动装着楔形钻头的钻杆从地面钻入，再按预定的方向抵达目的地后，卸下钻头换上适当尺寸的特殊类型的回扩器（如图3 所示）。回扩器快速旋转并通过回扩器上的多排高压泥浆喷嘴冲刷孔壁，使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔扩大到所需直径（有时可能需要进行多次扩孔），同时或随后将需要铺装的管线进行回拖（图4）。
回拖管线时产品管线在扩好孔的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线在回拖时防腐层的磨损。经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般是管径的1.5~1.7倍（距离越长扩孔越大、管径越大扩孔也越大），所以不会损伤防腐层。可安装管道的直径最大可达1m。
③ 适用管材
适用管材不仅有PE 管、PVC 管，另外钢管也可以使用该法来铺装。
2 导向钻（拖拉管）工艺在市政工程的应用
近年嘉兴市区基础设施建设及道路改造迅猛，为了避免道路开挖、避免对地下既有管线的损坏及环境和交通影响，自去年开始拖拉雨、污水管及通讯管在道路及交叉口已多次应用。在主干道路及道路交叉口被拖拉的雨、污水管总长已达2.16 km，管径630 ~ 400 mm，埋深2 ~ 7 m。其造价（不含井）钻孔拖拉600 ~ 800 元/m，PE 管材（以管径630 mm 为例）700 ~ 800 元/m。
3 导向钻（拖拉管）工艺用于市政工程存在的问题及建议
拖拉管技术的应用确实便捷。道路避免开挖、施工方便、工期快、交通、环境影响小等，但是雨、污水管与通讯管不同，其管径，通讯管线细小，雨污水管粗大，其功能，雨、污水管排放液体，受标高和坡度的控制，要求严格。
目前，被拖拉的雨、污水管都是重力管。雨、污水是在管道的设计流水坡度下，依靠重力由高向低自行流淌排放。规范规定管底标高设计与施工误差管径1000 mm 以内的不大于10 mm。
研究拖拉管的工艺和实际操作，由于钻杆和被拖拉的产品管具有一定的刚度，被拖拉的产品管从地面到地下以及钻杆的退出其轨迹是一条平滑的弧线，因此，被设定的钻进线是一条弧线（如图5）。
因此，道路交叉口两端距离短，拖拉管线成型后是一条弧线（长距离的拖拉管成型后是一条三维的蛇形曲线）。由于扩孔器自重大，在重力作用下或几次冲扩孔，轴线必然下沉，更加加大了其弧度，地质情况的变化泥浆的冲力难以掌握。在交叉口，距离越小弧度越大，埋深越大弧度越大。
问题1
弧线的两端与开挖管的两端相接，弧线对雨、污水的排放日后就产生了沉积、堵塞，难以清理。
问题2
由于被拖拉的产品管是悬浮于孔道内的，泥浆不会被置换。其间隙之大，久而久之，泥浆会渗透固结，孔道会坍塌变形，管轴也会随之改变，所以管轴及管底标高将是与原设计完全不同的管轴与标高，最终将造成管道的排放不畅、沉积、堵塞，路面也可能随之沉陷。
问题3
拖拉完工的雨、污水管其轴线、坡度、管内底标高除暴露的出、入口以外均无法掌握，也没有验收标准，按排水工程也难以验收。
因此，拖拉管能否在城市道路雨、污水管中进行应用值得探讨。

顶管法
   隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。施工时，先以准备好的顶压工作坑（井）为出发点，将管卸入工作坑后，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土（见图[顶管法施工示意图]）。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，只要千斤顶的顶力足以克服顶管时产生的阻力，整个顶进过程就可循环重复进行。由于预管法中的管既是在土中掘进时的空间支护，又是最后的建筑构件，故具有双重作用的优点；而且施工时无需挖槽支撑，因而可以加快进度，降低造价；特别是采取加气压等辅助措施后，能解决穿越江河和各种构筑物等特殊环境下的管道施工，为世界许多国家所采用。近几十年来，头部和管节分开顶进的盾构式工具管的出现，中继接力技术的形成，促进了顶管法施工技术的应用，使顶进距离越来越长。美国在不用中继接力环的情况下,顶进距离为588米；联邦德国在用中继接力环的情况下，创造了1210米的长距离顶管记录。中国在1981年 4月完成的穿越浙江省甬江的顶管工程,直径为2.6米,采用5只中继接力环,单向顶进581米,终点偏位上下、左右均小于1厘米。70年代在上海金山石油化工总厂海永取水口及污水排水口工程中，采用了垂直顶进管道的方法，在杭州湾内修建了进、排水口工程，标志着中国的顶管技术的发展。
 顶管施工时，顶进管除受到横跨管轴的各种荷载和力的作用外，同时又受到管轴方向具有偏心度的顶力作用，这些荷载和力都以波动的形式出现，故管道的结构强度必须按波动荷载叠加后的双向应力状态进行设计。
 顶管法常用钢筋混凝土管，每节管的长度为 2.5～3.5米,重量以不超过10吨为宜。顶管接头一般采用带有钢外套环的平接式，外套环可以固定在管的一端，也可以不固定。接头之间用环形防水密封圈做防水垫。
 顶管按挖土方式的不同分为机械开挖顶进、挤压顶进、水力机械开挖和人工开挖顶进等。顶进的施工设备主要有顶进工具管、开挖排泥设备、中继接力环、后座顶进设备等。
 管道按顶进长度分为一般顶管和长距离顶管。一般顶管顶进距离通常不超过100米,多数使用于城市排水工程中，其长度配合窨井间距,每50米左右设一工作坑,顶通后在工作坑内砌筑窨井。长距离顶管在穿越江河或通入湖海底下的施工中,顶进距离长达数百米,要采取中继接力、管外减阻，以及灵活控制导向的顶进工具管（顶头）等技术措施。顶进工具管安装在管道的前端，起导向出土作用。为了减少总顶力，增加顶进长度，可将工具管和管子分开顶进。当顶进距离增大到顶力达到最大值时，可增加一个中继接力环来接力。它是一个将许多扁千斤顶布置成环形的移动式顶推设备，安装在两段管道之间，扁千斤顶工作时，后面的管段成了后座，前面的管段向前顶进。在长距离顶管中，可将管道分成数段，段与段之间均设置中继接力环,按先后次序逐个启动,使管道分段顶进。这样就能增长总的管道的顶进长度。
 顶管法施工具有比开槽埋管法对地面干扰小的优点，又有能在江河、湖海底下施工的特点，故自70年代起世界各国对顶管施工技术纷纷进行探讨和研究，广泛采用了中继接力技术、膨润土触变泥浆减摩剂、盾构式工具管、机械化全断面切削开挖设备、水力机械化排泥、激光导向等技术和措施，从而使顶管的顶进长度和顶进速度越来越大，适应环境也日益广泛。1981年，英国人应用仿生学原理,将蚯蚓前进的机理应用到顶管施工上,研制了蚯蚓式顶管的新技术。日本将遥控技术应用到顶管法中，从而开创了小至直径35厘米的小型顶管施工，操作人员在地面控制室中通过闭路电视和各种仪表进行遥控操作，对顶管技术进行了重大革新。顶管技术除直接用于各种管道的顶进外,还演变出许多特种顶管工程,如平列式顶管，用于铁路和道路立交上的大型箱涵（地道桥）顶进、垂直顶管等。