浅谈微型隧道技术在管道工程中的应用 4页

浅谈微型隧道技术在管道工程中的应用梁军吕拥军(武汉市政工程设计研究院有限责任公司)摘要文详尽分析了微型隧道技术的特点、其适用范围及对土层的适应性，并通过实例简单介绍了两种微型隧道技术在管道工程中的应用，充分显示了微型隧道这种非开挖管道新技术的优越性及其广阔的应用前景。关键词微型隧道技术导向钻进法泥水平衡式顶管导向孔回拖微型隧道技术(Microtunnelling)为小直径的顶管施工方法，指的是非进人式、远程控制的地下管道铺设方法。微型隧道所适用的管道内直径小于900mm，这一管道直径通常被认为无法保障人在里面安全地工作。因此，在顶进过程中，不可能或者禁止派工作人员进入工作面工作。微型隧道施工精度要求都比较高，通常采用地表遥控的方法来施工事先确定了方位和水平高度的管道，施工中工作面的掘进、泥沙的排运和掘进机的导向等全部采用远程控制。这类施工方法又被称为“遥控小直径顶管技术(RemoteSmall-BoreJacking)”。微型隧道技术的主要适用范围微型隧道技术对于施工埋深大于4m的重力排水管道、繁忙的路段或者附近有其它地下管线设施等条件下，具有一定优越性。另外，在环境较敏感的地区，或者采用开挖法将会造成一定社会成本(如对社会及公众带来干扰，影响局部的商业活动等)，微型隧道技术都具有很强的竞争力。微型隧道主要应用领域在于铺设重力排水管道，其他形式的管道也可以采用此法，但应用比例还不大；在某些施工条件下，微型隧道可能是在交叉路口铺设排水管道的有效方法。微型隧道技术对地层的适应性微型隧道技术现在可以成功地用于绝大部分地层，包括坚硬地层、极不稳定的淤泥层和地下水位较高的砂层等。其切削刀盘和其它设备在结构上不但能够满足在高地下水位无粘性土层中施工的要求，也能够处理混合类地层（如含有鹅卵石的砂层等）。但是微型隧道直径较小，同时采用的又是远程控制作业方法，所以对地层的敏感性较大；当地层条件变化较快或遇到障碍物时(如含有大块孤石和漂石的粘土层)，微型隧道施工则不能进行。和传统的开挖施工法比较，微型隧道施工法又有它的优势。对于在地下水位较高或具有沉降危险的不稳定地层进行开槽施工，必须对地层进行良好的支撑、稳定和降水处理，其施工成本是比较高的。微型隧道技术应用实例下面以武昌雄楚大街(珞狮南路路口)污水管道非开挖铺设施工方法为例，简单介绍两种微型隧道技术。1．地理位置施工场地位于武昌雄楚大街与珞狮南路交汇处，外部环境较复杂，交通流量十分大，地表障碍物繁多，原设计为开挖沟槽施工，施工时需中断交通。2．现状管线情况管线分布规律性较强，延伸方向基本与主干道平行，主要有：污水箱涵、给水管、煤气管等，最大埋深为地表以下3.8m。3．地质情况\n施工场地内地层以粘性土为主，所铺设管土层较稳定，适合非开挖铺管，易于基坑的开挖及支护。4．主要工程内容拟沿武昌雄楚大街铺设两根污水管，现需横穿珞狮南路：压力管：管径为DN500mm，铺管长度212米(0+880~1+092),铺管位置位于雄楚大街中线以北7米处。重力管：管径为d600mm，铺管长度247米(0+912~1+159)，坡向西，坡度为0.8%，管底埋深4.2-6.5米，铺管位置位于雄楚大街中线以北10米处，详见图一。图一雄楚大街(珞狮南路)污水管道非开挖铺设平面图5．施工工艺设计实际施工中，由于此路口为两条主干道交叉道口，虽经多方协调，仍无法中断交通施工。最后，为避免大面积开挖而影响交通，设计重新确定采用非开挖铺管方法对该路段两条污水管道进行铺设。针对本工程的具体情况，采用的是导向钻进法和泥水平衡式顶管法。①.导向钻进法导向钻进法属于微型隧道技术中的一种，其原理是：使用水平定向钻机进行穿越施工，其工作过程是通过导向仪进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把设计管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。施工过程一般分为三个阶段：第一阶段是从始发坑，按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔：第二阶段是导向孔钻至目标坑后，将导向孔进行扩孔；第三阶段是采用液压装置将设计管线(一般为PE管道或者钢管)沿着扩大了的导向孔回拖，完成管线穿越工作，详见图二。图二压力污水管导向钻进铺管纵断面图②.泥水平衡式顶管法泥水平衡式顶管技术也是属于微型隧道技术中的一种，它采用\n大推力的液压千斤顶可用在有遥控装置的顶管掘进机的后方，使掘进机及紧随其后的管道穿越土层，达到预选设计的位置上，完成顶管过程。挖掘发生在顶管机的前方，被挖掘物质通过泥浆循环系统用泵排出，到达地表，详见图三。图三重力污水管泥水平衡式顶管纵断面图在各种顶管技术中，泥水平衡式顶管又有其独特的优点：(1)适用的土质范围比较广，如在地下水压很高，以及变化范围很大的条件下，它都适用。(2)可有效地保持挖掘面的稳定，对于管道周围的土体扰动比较小。因此，采用此方法顶管引起的地面沉降较小。(3)与其他类型的顶管比较，泥水平衡式顶管施工时的总推力比较小，尤其在粘土层这种表现更为突出，所以特别适用于长距离顶管。(4)工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土，搬运等危险的作业。(5)泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。下面对工程中采用的两种微型隧道技术的作比较：对比方法优点缺点导向钻进法1．施工速度快2．可控制铺管方向，施工精度较高3．铺管两端可控制深度，便于做井。4．管材可为钢管、PE管5．适应各种地层1．需提供必备的工作场地，下管方向场地要开扩。2．与泥水平衡式顶管法相比误差较大泥水平衡式顶管法1．对地表的干扰小。2．埋深大时施工成本比传统的施工方法成本低。3．管线的方向和坡度可精确控制。1．对工作基坑强度要求严格，凝固周期长，施工时间长。2．管材为刚性管，管径一般大于60mm。3．不宜顶弧形路线。\n针对本污水铺管工程，对以上两种施工方法进行对比：方法管段导向钻进法泥水平衡式顶管法重力污水管1．可铺设PE管，施工周期短2．铺管深度误差可控制在30cm以内。3．需于珞狮南路开挖下管坑，或钻出地面，对路基及交通影响较大。1．铺管精度高2．管材采用d600混凝土管3．管段之间需分段施工4．顶管基坑要求严格，凝固周期长，施工时间长。压力污水管导向钻进法完全可以满足该段压力管铺设要求。管道在高程上为弧形路线，不宜采用顶管法施工。根据以上比较，最后确定重力污水管施工采用泥水平衡式顶管技术，压力污水管施工采用导向钻进施工方法。由于针对本工程的具体问题采用不同微型隧道施工工艺，很好的解决了工程中的实际问题，在保证了排水管道安全顺利地实施的同时，满足了交通要求。下面列出了工程预算费用，以作参考：类型管径材料铺设长度施工工艺造价(万元)压力管DN500mmPE管212米导向钻进法34.62重力管d600mm混凝土管247米泥水平衡式顶管法41.95小结微型隧道技术，这种非开挖管道铺设方法，能在地下工程施工时，减小对周围环境和交通的影响，降低综合成本，并且还有施工周期短，施工安全性好等优势，日益受到人们的青睐，在城市给排水，地下管线工程，以及地下通道工程中得到越来越广泛的应用。