采用非開挖夯管施工地下管道的工程實(shí)踐黃云兵與傳統(tǒng)的開挖施工相比，非開挖施工就是不開挖地面鋪設(shè)地下管道的一種施工方式，能有效解決地下管道穿越不具備開挖條件的障礙物，是地下管道施工技術(shù)的一項(xiàng)進(jìn)步。從1896年美國首次采用頂管法，在鐵路下頂進(jìn)一根混凝土管開始，頂管施工方法成為鐵路、公路下鋪設(shè)地下管道的標(biāo)準(zhǔn)施工法。20世紀(jì)60年代后，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展和大型千斤頂?shù)牟捎茫敼苁┕しǐ@得迅速推廣O1986年在英國倫敦成立的國際非開挖協(xié)會(InternationalSocietyforTrenchlessTechnology),簡稱SSTT，標(biāo)志著非開挖技術(shù)施工方法被發(fā)達(dá)國家普遍接收和認(rèn)可。我國從1953年到1985年采用傳統(tǒng)的非開挖技術(shù)階段，1985年到90年代中旬引進(jìn)消化國外非開挖技術(shù)，90年代中旬后開始自行研制非開挖裝備和相應(yīng)的技術(shù)。我國從一開始引用的非開挖技術(shù)是頂管法，從2000年后，隨著定向技術(shù)的快速發(fā)展，定向鉆機(jī)、氣動矛、夯管錘等非開挖設(shè)備的運(yùn)用，非開挖技術(shù)施工地下管道已經(jīng)成為我國普遍采用的一種施工技術(shù)，至2008年，我國在非開挖施工比例、設(shè)備擁有量已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。非開挖施工的選擇方式有了很大擴(kuò)展，采用非開挖技術(shù)施工成為地下管道施工首選。本文介紹采用非開挖夯管工藝施工地下管道的應(yīng)用案例，為非開挖夯管工藝的應(yīng)用提供一些參考。一、工程概況1、上海市污水三期1.8A標(biāo)位于寶山淞南地區(qū)的，承擔(dān)雨污水主十網(wǎng)和部分道口支管的施工。位于長江南路長逸路口的Y9#井為頂管工作井，該井為長方型狀長8.5米寬4.2米，基坑采用鉆孔灌注樁圍護(hù)，分別向兩個方向頂進(jìn)①1800雨水總管。由于該井位于道路交叉口，還分別設(shè)計了一根長45米①1200管道和一根29米長的①600雨水通向支路。該工作井位于長江南路中央，已經(jīng)占用了大量車道，開挖施工要半封交通，還要碰到道路兩側(cè)大量的地下管道，因此，只有采用非開挖施工的方式，而采用那種非開挖工藝成為焦點(diǎn)問題。結(jié)合我公司的應(yīng)用實(shí)踐，我們提交分別頂管和夯管的方案，經(jīng)專家討論同意。01200支管與頂管工作井夾角650，經(jīng)現(xiàn)場測算工作井的斜角面長度達(dá)5米，采用短節(jié)1.2米混凝土管手掘式頂管施工。0600支管與頂管工作井夾角860，沒有頂管要求最小距離，由于支路窨井位于人流密集，頂管施工的接收井為原井，不具備開挖條件，經(jīng)方案反復(fù)比選，決定采用對基坑長度要求小并可利用原井的非開挖夯管方案。2、崇明東灘是中國電信國際光纜的登陸點(diǎn)之一，2007年10月為配合海底光纜登陸，需穿越海堤埋設(shè)一根①219直徑，長約58米的套管。海塘管理部門提出了具體要求：采用不開挖的施工，并能保證海堤密實(shí)的施工工藝。光纜套管管徑小，頂管施工不可能，而非開挖定向鉆施工工藝需擴(kuò)孔，管理部門認(rèn)為對防止海水倒灌存在隱患，被否決。非開挖施工工藝中還有氣動矛、夯管錘等可選擇。經(jīng)建設(shè)單位和海塘管理單位確定，最終選擇對土體基本不擾動的夯管施工工藝，并委托我們施工。二、夯管錘的施工原理與適用范圍1、 施工原理夯管施工法就是將夯管錘將待鋪設(shè)的鋼管沿設(shè)計路線直接夯入土層，實(shí)現(xiàn)非開挖穿越鋪管。夯管錘是一個低頻、大沖擊功的氣動沖擊器，由壓縮空氣驅(qū)動。夯管錘構(gòu)造見圖一夯管錘在施工過程中，產(chǎn)生較大的沖擊力直接作用在鋼管的后端，通過鋼管的傳遞到前端的管鞋上來切削土體，被切削的土體進(jìn)入鋼管內(nèi)，待鋼管抵達(dá)目標(biāo)后，取下管鞋，鋼管留孔內(nèi)，土體采用壓氣、高壓水射流或螺旋鉆桿等方法排除，有時為減少阻力，在夯入一節(jié)鋼管后，間斷地將管內(nèi)的土排出。完成上述工序后，管道施工完成。施工原理示意圖見圖二2、 適用范圍1）、對管材的要求由于夯管過程中要承受較大的沖擊力，因此夯管錘只能用于鋪設(shè)鋼管，一般應(yīng)使用無縫鋼管，也可采用焊接鋼管，若采用螺旋鋼管容易產(chǎn)生方向偏移。鋼管壁厚應(yīng)滿足一定的要求，如果夯管距離超過40米，壁厚應(yīng)增加20?25%。管壁要求見下表：表管徑（mm）<250350?800800?12001200~15001500~2000壁厚（mm）卡6卡9卡12卡16卡202）、施工能力范圍夯管錘最適合大管徑、管幕及套管施工，也可用在沉管灌注樁、鋼管樁和異圖一：夯管錘結(jié)構(gòu)示意圖1 2 3 4 51-砧子2-沖錘 3-缸體4-配氣孔5-配氣桿17 18 19 20 21 2223 24 25 26 272817 18 19 20 21 2223 24 25 26 2728-地層2-切削頭3-鋼管4-墊木5-出土器6-出土窗口7-夯管錘8-滑車9--錘進(jìn)氣閥12-注油器13-示油窗14-主進(jìn)氣閥15-空壓機(jī)排氣閥16-空壓機(jī)19-夯管頭20-注漿軟管21-調(diào)節(jié)錐套22-張緊器23-壓力表24-注漿閥25-儲27-油量調(diào)節(jié)閥28-注漿管進(jìn)氣閥29-高壓軟管圖二：夯管錘施工原理示意圖型鋼板樁施工。最大沖擊力每次可達(dá)到2000t，最大施工管徑能達(dá)到3500mm。一般施工管徑范圍為50~2000mm。施工長度一般為10~80m，最大可達(dá)120m。施工速度一般在6?8m/h,快時可達(dá)15?20m/h。以上數(shù)據(jù)，具體需根據(jù)土層情況定。實(shí)際施工經(jīng)濟(jì)的夯管速度應(yīng)該為2~3m/h為宜。三、夯管錘施工的特點(diǎn)1、土層適應(yīng)能力強(qiáng)夯管錘鋪管對地層適應(yīng)能力較強(qiáng)，幾乎可以在任何土層中使用，無任是含大量礫石土層還是含水土層均能順利夯入管道。雖然夯管錘的地層適應(yīng)能力強(qiáng)，但在地層密實(shí)度、硬度、粘性、含水性、含礫石情況對夯管錘的鋪管能力影響很大。在松軟、粘性小、含水量豐富、礫石含量少（20%內(nèi)）的地層層中鋪管較容易，在密實(shí)、硬、粘性大、含水少、礫石含量大（超過60%）的地層中鋪管相對較困難。2、 施工精度較高夯管錘施工方法一般在其水平與垂直偏差控制在2%以內(nèi)。在不均勻地層中采用土體進(jìn)入管內(nèi)來控制偏差，在均勻地層及短距離、小管徑施工中可采用體外排土，也能達(dá)到上述要求。3、 對地表及臨近構(gòu)筑物影響小夯管錘采用體內(nèi)排土的施工方法，對土體的擠壓力接近零，雖然其每次的振動錘擊力很大，但基本對地表與臨近構(gòu)筑物沒有影響。4、 對工作坑要求相對較高夯管錘施工方法其工作坑要求相對較高，工作坑長度不得小于：夯管錘長度+管段長度+行程+錐頭長度。一般施工中夯管錘長度為2?3m，施工的每節(jié)管段為2?3m，行程0.3?0.5m，錐頭長度按夯錘型號和夯進(jìn)的管徑來確定，本次選用的夯錘型號H300，可直接夯325鋼管，錐頭長度就為0，夯大于或小于325的管道就要增加錐頭長度。為此，一般工作坑長度至少在5米以上。工作坑寬度根據(jù)施工作業(yè)的要求與施工管徑定，一般為管徑加1~2米。開挖工作坑中，如遇地下管線也問題不大，只要滿足兩個條件，1就是夯管錘、導(dǎo)軌或管節(jié)是否能放置下去，2就是管線是否采用“托、吊、抱”等保護(hù)好。夯管錘采用氣動作用力，因此對水淹較敏感。因此工作坑水位應(yīng)控制在槽底以下。5、施工成本低夯管錘設(shè)備較簡單，操作與維護(hù)較方便，施工成本相對較低。除對管材的特殊要求造成降低適應(yīng)能力與經(jīng)濟(jì)能力較差外，其他均是較為理想的非開挖施工方法。四、設(shè)備與材料的選型1、設(shè)備選型兩次施工均選用了我公司H300型夯錘施工，其主要技術(shù)指標(biāo)見下表：表二設(shè)備型號主機(jī)外徑（mm）主機(jī)長度（mm）耗氣量（m鄉(xiāng)min）空氣壓力（MPa）適用管徑（mm）可鋪設(shè)的管徑（mm）最大鋪管長度（m）H300300/31021009~120.4?0.7§273?§630§108-§73075注：最大鋪管長度是指管徑與方向精度控制的綜合。由于長江南路設(shè)計為6600雨水管道，需夯6800鋼管作為套管，夯管錘通過調(diào)節(jié)錐套大小來完成不同管徑的管道夯進(jìn)。2、管材的選擇本文介紹的兩次夯管施工中，電信要求直接夯入鋼管作為套管直接使用，無須防腐等措施。而長江南路為雨水支管，采用鋼管施工費(fèi)用較高，且存在防腐等問題，為此，我們選擇的管材組合方案4套，供業(yè)主選擇。1）鋼管+內(nèi)外防腐該方案按要求施工時防腐層不脫落，就能達(dá)到質(zhì)量要求，外防腐計劃采用加強(qiáng)級，采用三油二布或三PE，內(nèi)防腐采用煤瀝青、環(huán)氧煤瀝青或涂料。為保護(hù)防腐層，最好采用加大的管鞋（切削頭），但該方法容易產(chǎn)生管道偏位。還有就是采用注漿潤滑，這樣也能很好的保護(hù)防腐層。同時，由于焊縫較多，焊縫處的防腐質(zhì)量控制較難，也會影響夯管的施工進(jìn)度。2） 鋼管+陰極保護(hù)該方案就是鋼管無須防腐或簡單防腐，防腐主要依靠犧牲陽極的保護(hù)措施。可采用比鐵的電極電位負(fù)的鎂陽極或鋅陽極，在砌筑窨井時，將鎂陽極包或鋅陽極包直接連線焊接在管道上，鎂陽極包或鋅陽極包可埋在地下或靠窨井筑一尺寸為30*30mm的陽極包檢查井。此方法相當(dāng)于采用鍍鋅鋼管，但又可以通過陽極包的檢驗(yàn)來滿足管道使用年限的要求。3） 、鋼套管+PE內(nèi)套管。該方案由于采用內(nèi)管為PE或PPR管，鋼管無須防腐，由于PE或PPR管價格較高，對于排水管道不很經(jīng)濟(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是PE管質(zhì)量可靠，使用年限長，采用熱熔接頭可使鋼管的內(nèi)徑減小，PE或PPR管沒有土壓力的存在，可采用壁厚相對薄的材質(zhì)，節(jié)約施工費(fèi)用。4）鋼套管+UPVC內(nèi)套管由于該方案的UPVC內(nèi)套管具有承插頭，外徑增大，成本增加，為此該方案不采用。通過上述比選，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計和總包單位討論決定，選擇鋼套管+PE內(nèi)套管的管材組合方案。3、鋼管選擇：為保證夯管的方向操控性，按夯管工程的規(guī)范要求應(yīng)該選用無縫鋼管。在長江南路夯管中，考慮無縫鋼管管徑越大越貴，同時，理論上來講，管徑越大同等距離方向控制越好，作為雨水管套管對材料的要求也不高，為此，我們在長江南路施工中選擇了螺旋鋼管，且管壁厚度按最小選擇，節(jié)約了施工費(fèi)用。五、夯管施工具體步驟1、夯管施工流程圖圖五：夯管施工流程圖

2、工作坑開挖長江南路頂管工作井支管管底標(biāo)高在總管頂面上約10cm，支管離地面約4米，需要我們在工作井內(nèi)搭設(shè)約2米高的工作平臺。為增加工作面，我們將灌注樁打穿后，將需打入的鋼管伸入井壁約0.5米，工作面總長度延長到4.8米，為此我們按“夯管錘長度+管段長度+行程+錐頭長度”=2.1+2+0.3+0.7=5.1米＞4.8米，為此我們將管段長度縮短為1.5米，這樣，工作面達(dá)到了施工要求。崇明東灘采用開挖基坑，由于海堤內(nèi)側(cè)無作業(yè)位置，灘涂地下水位高，基坑挖至海堤下部壓頂處，拆除部分砼，施工后修復(fù)。基坑底部采用10cm碎石層整平。3?導(dǎo)軌安裝H300型夯管錘一般采用20#槽鋼作為導(dǎo)軌，要求槽鋼水平、平穩(wěn)。崇明東灘采用的開挖基坑，要求導(dǎo)軌下部焊鋼抓嵌入槽底碎石層；長江南路采用將導(dǎo)軌與工作平臺鋼管焊接固定，由于管徑大，采用兩根導(dǎo)軌上架設(shè)自制滑車，標(biāo)高調(diào)節(jié)到①800鋼管中心標(biāo)高一致。在水平夯管的條件下，導(dǎo)軌前端比后端高1%*管節(jié)長度，導(dǎo)軌順直與接入的窨井成一線，以此為基準(zhǔn)，根據(jù)排管要求決定導(dǎo)軌坡度，并要求每夯入一節(jié)管道將導(dǎo)軌矯正一次。4、 設(shè)備安裝與施工1） 將切削頭與鋼管焊在一起，對著發(fā)射坑壁將鋼管置于導(dǎo)軌上。2） 按照圖二將設(shè)備連接好，用張緊器將夯管錘與鋼管拉緊使之成為一個整體。3） 注油器內(nèi)加滿潤滑機(jī)油，將化學(xué)泥漿配置好，置于儲漿罐中。4） 開動空壓機(jī)，打開主進(jìn)氣閥、注漿罐進(jìn)氣閥和注漿閥，調(diào)試注漿量。注漿量為含水量越小越大。5） 關(guān)閉注漿閥，打開夯管錘進(jìn)氣閥，檢查鋼管和夯管錘的水平度。6） 打開注漿閥，待泥漿從注漿管流出后，開啟夯管錘進(jìn)氣閥，慢速夯入鋼管。在鋼管進(jìn)入地層1~3米之間應(yīng)最少3次檢查調(diào)整鋼管的水平、垂直位置，鋼管進(jìn)入地層距離較多后（一般6米以后），將無法調(diào)節(jié)方向。7） 一條鋼管進(jìn)完后，撤去張緊器，將夯管錘、出土器、調(diào)節(jié)錐套、夯管頭拆下，焊接下一條鋼管，重復(fù)上述操作。8） 注意事項(xiàng)注意調(diào)整注油器的注油量，其調(diào)節(jié)范圍為0.005?0.05L/min，觀察夯管錘排出的尾氣，以其中略含油霧為宜。夯入3米后，完全開啟夯管錘進(jìn)氣閥，全速夯進(jìn)鋼管。5、 管內(nèi)清土長江南路夯管施工到窨井位置時應(yīng)及時停止夯擊，按位置在井內(nèi)打洞，然后再夯擊進(jìn)入窨井墻體，管道外緣采用壓漿密實(shí)，窨井墻體粉平。隨后及時穿插內(nèi)管，在工作井內(nèi)分段焊接。管道內(nèi)清