非開挖管道施工技術在農村飲水安全工程中的應用

高廣軍 黃海榮

（啟東市水務局，江蘇 南通 226200）

1 工程概況

啟東市農村飲水安全工程總投資4.5億元，鋪設各類管道長達6800 km，安裝各類表井30萬座，涉及全市11個鄉鎮，297個行政村，直接受益農村居民92萬人。主體工程于2012年底全部完成，2013年6月實現了全市區域供水全覆蓋的目標。針對啟東農村居民住宅窕埭式分布的現狀，結合穿越河流、道路寬度、土質等實際狀況，工程建設中因地制宜采用了多種非開挖施工技術。

2 傳統施工方式的局限

（1）管道穿越等級河道。供水管道遇到穿越河道時，一種是采用傳統大開挖方式，不但要先破壞河堤，還要對河道做引流，開挖工程量大，難度大，產生的費用也較高，且工期長。另一種傳統的施工方式是隨橋敷設，前提是必須在合適的管位存在滿足荷載要求的橋梁，還要對橋梁進行穩定性檢測，對管道裸露部分進行特殊處理，同樣會產生較高的費用。

（2）管道穿越等級公路。國務院《城市道路管理條例》明文規定：“新建、擴建、改建的城市道路交付使用后5年內、大修的城市道路竣工后3年內不得挖掘”。即使對農村公路進行開挖，也同樣會使道路質量變差、壽命縮短，而且容易造成交通堵塞，嚴重者還會伴有地下管線被挖壞的事故發生。

（3）管道穿越障礙物。管道施工中遇到一些要穿越的、但是跨度較大、埋層較深的障礙物時（如軍事掩體、電力方涵、污水方涵等），若從障礙物上方穿越則埋深不夠，若從障礙物下方通過，挖得太深危險性大，且不易施工。

（4）管道穿越農村埭路。啟東市農村居民住宅呈獨特的窕埭式布局，“非”字型分布于埭路兩側，一般埭路中間位置有中心路連接南北埭路。農村供水埭管鋪設時要貫穿中心路和進宅道路，入戶管道鋪設時須頻繁貫穿埭路，如果都采用傳統的切割開挖方式，勢必嚴重破壞已建中心路（埭路、進宅路）的整體性。

3 非開挖管道施工技術的優點

（1）穿越主干道路不會阻礙周邊交通，不會破壞綠地、植被或影響居民的正常生活和工作環境，避免了傳統開挖施工對居民生活和出行的干擾以及對交通、環境、周邊建筑物基礎的破壞和不良影響。

（2）穿越主干河流時，由于管線埋在河床以下3 m以上，地層內部的氧及其他腐蝕性物質很少，從而起到自然防腐和保溫的作用，可保證管線使用時間比跨河拱管更長。施工時無需在水面或水下作業，不影響河道通航，不損壞河道兩側堤壩及河床結構，且施工不受季節限制，施工周期短、人員少、成功率高、施工安全可靠。

（3）現代化的鉆進設備穿越精度高，易于調整敷設方向和埋深，管線弧形敷設距離長，完全可以滿足設計埋深要求，定向鉆進甚至可以使管線根據導向儀指示繞過地下障礙物。

（4）設備進出場地速度快，施工場地可以靈活調整，并且施工占地少，施工建設速度快。尤其是在農村道路白色化率較高的情況下采用非開挖管道施工技術，相比切割破路開挖造價明顯降低，同時可保證農村道路的整體性，延長使用壽命。

4 非開挖管道施工技術的類型

4.1 水平定向鉆進法

水平定向鉆進法在農村飲水安全工程中，主要運用于骨干河道、高速公路、重要建筑物等管道穿越施工，穿越長度在50～200 m之間，一般是直徑在160～315 mm連接區域供水主干網至各鄉鎮的主干輸水管道，管材選用SDR11PE100級管道。

4.1.1 工作原理

水平定向穿越是通過計算機控制進行導向和探測，先鉆出一個與設計曲線相同的導向孔，然后再將導向孔擴大，把目標管道回拖到擴大了的導向孔中，完成管線穿越的施工過程。

4.1.2 施工工藝流程

（1）鉆導向孔。根據管線穿越的地質情況，選擇合適的鉆頭和地下泥漿馬達，開動泥漿泵對準入土點進行鉆進，鉆頭在鉆機的推力作用下由鉆機驅動旋轉切削地層，不斷前進，每鉆完一根鉆桿測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調整鉆頭的鉆進方向，保證所完成的導向孔曲線符合設計要求，如此反復，直到鉆頭在預定位置出土，完成整個導向孔的鉆孔作業。

（2）擴孔。農村飲水安全工程設計管線口徑一般較小，施工單位使用小型鉆機作業，直徑160 mm管道一般不需要預擴孔，擴孔回拖一次完成。對直徑200 mm以上的管道，需要進行預擴孔，預擴孔就是在導向孔完成后，將該鉆孔擴大到合適的直徑以方便安裝目標管道，擴孔次數取決于最終成孔尺寸。

（3）管線回拖。地下孔經過預擴，達到了回拖要求之后，將鉆桿、擴孔器、回拖活節和被安裝管線依次連接好，從出土點開始，一邊擴孔一邊將管線回拖至入土點為止。由于擴好的孔中充滿泥漿，所以產品管線在擴好的孔中是處于懸浮狀態，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣既減小了回拖阻力，又保護了管線防腐層。

4.1.3 質量控制要點

（1）管材選擇。啟東市農村飲水安全工程中，水平定向穿越拖管均采用SDR11PE100級管道,并由國家級檢測中心按照GB/T13663-2000規范檢測合格。實際施工中，由于管徑160 mm以下的普通供水管道也采用PE管材質，為防止用材混淆，采取監理旁站制度進行嚴格控制。

（2）焊接。由于在PE管回拉過程中，需要承受摩擦拖動阻力、沿鉆道彎曲產生的“絞盤力”、流體動力學拖力產生的流體阻力等形成的軸向拉伸應力，所以對管材熱熔焊接要求非常高，必須按照規范進行磨盤、對接、熱熔、控溫，確保焊接口光滑飽滿。拖管作業完成，經過幾個小時管道彈性恢復后，須立即進行管道嚴密性試驗。

（3）回拖?；赝现氨仨殢筒楣懿牡暮附淤|量及搬運過程中是否損傷?；赝蠒r密切注意孔內情況，鉆機操作手應密切注意控制鉆機的拉力和速度，確?；赝掀胶?，盡量避免發生卡管、鋪管受擠壓變形、泥漿滲出等事故。一旦發生事故切忌生拉硬拽，須分析原因，采取相應的解決措施。

4.2 水平螺旋鉆進法

水平螺旋鉆進法在農村飲水安全工程中，主要運用于縣鄉公路、小型建筑物的管道穿越施工，穿越長度在10～50 m之間，一般是直徑在90～110 mm之間連接鎮與村之間的輸水管道，選用SDR11 PE100級管道。

4.2.1 工作原理

水平螺旋鉆進是通過連接鉆機的螺旋鉆桿向切削鉆頭傳遞鉆壓和扭矩來切削土屑，并將土屑排到工作坑，然后利用螺旋鉆桿將目標PE管拖入孔洞中完成管道鋪設的施工過程。

4.2.2 施工工藝流程

（1）機座導軌。開挖長方形工作基坑，鋪設由兩根平行的箱型鋼結構焊接在軌枕上制成的基坑導軌，確保螺旋鉆桿在工作坑中有一個穩定的導向。

（2）鉆孔。確定管道中心線位置后，通過加長連接螺旋鉆桿推動鉆頭前行，直至鉆頭到達目的基坑，如果貫穿線路土質比較堅實，需要數次逐步更換大一號的鉆頭，重復鉆孔過程，直至管孔滿足目標管道穿越要求。

（3）回拖。將已經預制完成的目標PE管固定在鉆頭一端，鉆機反向旋轉，實現管道回拖。

4.2.3 質量控制要點

（1）軸線控制。螺旋鉆桿雖具有一定的方向控制能力，但不可控制鋪管方向，施工精度有限。因此，鉆機安裝時，必須仔細校正軸線、高程及坡度，使其符合管道設計軸線及坡度,否則難以保證成孔的軸線位置與設計一致。

（2）鉆速控制。應根據土質情況控制鉆孔速度，不能過快，以免土質不均勻或遇到石塊時，軸線發生偏差。鉆孔時遇到小石塊可慢速鉆進，將石塊擠向一側，遇到大石塊便只有退回鉆桿，換位鉆進。

4.3 套管護壁水沖鉆進法

套管護壁水沖鉆進法在農村飲水安全工程中，主要運用于鄉村道路穿越施工，穿越長度在5～10 m之間，一般是直徑63～90 mm之間連接村與組之間的配水管道，護壁套管采用普通無縫鋼管，穿越管道按設計要求使用普通PE100管。

4.3.1 工作原理

套管護壁水沖鉆進是利用相對大口徑鋼管護壁，高壓水槍內射掏土，邊引流邊頂進，最終貫穿形成符合設計要求的管孔，退出護壁鋼管，穿入目標PE管道的施工方式。

4.3.2 施工工藝流程

（1）基坑引流槽開挖。在管槽一側垂直向開挖泥水引流槽，引流槽底高程低于管槽20 cm，通向周邊河道等低洼地。

（2）高壓水槍沖泥?？梢圆捎酶邏呵逑窜嚨乃疀_槍，噴嘴口直徑2～4 mm，射水壓力15 MPa，噴射時水沖槍伸入護壁管，通過高壓水力沖刷，排出泥水，實現護壁鋼管的頂進。

（3）管道穿越。貫通后迅速拔出護壁鋼管，穿入預制完成的目標PE管，防止孔洞坍塌。

4.3.3 質量控制要點

（1）套管跟進定位。采用高壓水沖槍套管內射水，可以進行小范圍、大進深、快速掏土，但必須控制好鋼套管的水平和垂直位置偏差，確保成形管孔的線型基本接近設計管線，同時要對鋼套管均勻加力及時跟進，防止過分掏土出現空洞。

（2）管位修正。目標PE管穿越后，進行管位修正，并在道路兩側各預留足夠長度的管道，便于后期的管道連接施工。

4.4 擠壓式頂管法

擠壓式頂管法在農村飲水安全工程中運用最為廣泛，主要是穿越寬度3～5 m的農村埭路、居民進宅水泥路，一般是管道直徑為50～63 mm到農戶宅前的配水管，穿越管道按設計要求使用普通PE100管。

4.4.1 工作原理

擠壓式頂管法是由挖掘機推動直徑稍大于目標口徑的鋼棒，使頭部呈錐形的鋼棒在限位器中水平向前擠壓，直至貫穿成孔的穿越方法。

4.4.2 施工工藝及過程

（1）安裝限位器。在挖掘機工作臂一側的管槽中安裝前后雙孔限位裝置，用于穩定鋼棒擠壓穿越過程中的方向，調整限位器位置，盡量使其中心線的走向和水平高程與設計管線保持一致。

（2）擠壓頂進。挖掘機對鋼棒尾部徐徐加力，推動鋼棒前行擠壓直至貫穿成孔。

（3）管道穿越。穿入目標PE管道，調整道路兩側管道長度。

4.4.3 質量控制要點

擠壓式頂管法鋪管技術的優點是：操作簡單，不需要較高的專業技術，施工成本低；缺點是：當地層條件發生變化或遇到障礙物時，容易偏離設計方向，施工精度較低。因此，在施工時要求挖掘機操作手把握好挖機手臂的前推平穩度，同時，關注路面是否出現隆起等變化情況。

5 結語

啟東市農村飲水安全工程中采用的各種非開挖管道施工技術，有的使用已經被廣泛認可的成熟施工機械，有的使用自制的施工機械或構配件，經過實踐檢驗，從技術層面以及施工對農村環境和道路的影響方面、施工經濟層面都具有顯著優勢，凸顯了良好的社會效益和經濟效益。