市政工程中的微型顶管技术

来源： 市政基础设施建设工程

荐读：微土木人，欢迎投稿！

1. 微型顶管技术概述

微型顶管技术（即地箭式工法)亦称做二次顶管工法，技术成熟于德国与日本，是一种从地下铺装管道的技术，在避免对地上建筑物构成破坏、不开挖地面情况下，首先利用液压装置将前导管按照设计轨迹推进贯通，然后通过前导管（出土螺旋管）作为导体，在前导管（出土螺旋管）末端连接扩孔切削头并将拟铺设的管道同时顶进，最终完成管道铺设的施工工艺。

微型顶管工法又被分为标准地箭技术和改良式地箭技术，前者在管道顶进过程中有排土步骤，者则不需要排土。

微型顶管相比于传统大口径顶管的工艺优势主要在于以下几个方面:

①后顶进速度快，穿越土层越软施工速度越快;

②管道铺设精度高，通过经纬仪激光制导满足排水管道重力流要求;

③工作坑占地面积小，大量减少开挖面，亦可只开挖一个工作坑进行接入勾头施工;

④管道铺设后管壁与土层之间无空隙，不存在沉降隐患;

⑤不破坏既有道路（顶管坑直径为1.5～2.1m），影响交通小等。

同时较传统大口径顶管工艺也存在一些局限及不足:

①管径限制，目前工艺适用DN600以下管道;

②管道材质限制，通常施工使用的管材为钢筋混凝土管和聚氯乙烯塑料硬质管(PVC)及钢套管施工;

③土层限制，适用于松软土层，卵石层无法施工等。

2. 地箭式工法顶管原理

微型顶管(DN300≤D≤DN600)适用地箭式工法。地箭式工法顶管原理：首先利用液压装置将前导管按照设计轨迹推进贯通，然后通过前导管作为导体，置换成工具管（黑管），在工具管末端连接扩孔切削头并将拟铺设的管道同时顶进，最终完成管道铺设的施工工艺。

螺旋（微型）顶管机的施工方法为三次工法。

三次工法分为三次施工：

第一次施工为先将导向钻头和导向钻杆推进贯通；

第二次施工则以先导管作为导体，连接变径管及220过渡管进行扩径，扩径完成后将螺旋管推进220过渡管内；

第三次施工则用微顶机扩孔并将管道顶进。

1、第一次施工，导向钻头为斜面钻头，钻头内部有标靶，利用工作井内激光经纬仪观测标靶，从而控制导向钻头的切面方向。推进过程中，由于地层反作用力与切面法线方向相反，因此导向钻头推进方向没有偏差时，导向钻头必须不停地转动，使作用在切面上的地层阻力各方向抵消，保持直线推进。但是，当导向钻头推进方向有偏差时，则调整切面方向至适当方位时，则停止转动导向钻头，使导向钻头向计划轴线方向偏移。当导向钻头基本调整到位时，则立即开始转动导向钻头保持既定方向推进，将导向钻头推进至接收井完成第一次施工。

2、第二次施工，在导杆上装上变径管，把推垫装在机头上，把螺旋套管一根一根推进去，待220过渡管完全贯通后将配套螺旋输送管装入螺旋套管内，为后续掘削时排沙土所用。

3、第三次施工，在螺旋输送管后连接微顶机，将孔径扩大到掘削推进管道尺寸，切削沙土由螺旋输送管排至接收井，为减少微顶机切削头及管道周围摩擦力，常在微顶机切削头注入水或润滑泥浆，使土壤软化易于切削，也可减少推管的摩擦阻力。

螺旋（微型）微顶主要的产品优势：

（1）设计先进：螺旋微顶传动系统设计精巧，稳定可靠，结构紧凑，机头体积小巧，主机全液压驱动，动力强劲、不怕水淹；主顶装置推力大、顶进速度快、做工精良、经久耐用；

（2）产品使用经济性高：工作区域占地小，工作井最小直径2.5米，接收井最小直径1.5米，极大地节约成本；

（3）设备使用门槛低：全套产品简化操作，对操作员技能要求不高，整个顶进过程水平直线度±30mm，有效地降低施工成本，大大提高施工效率；

（4）环境污染少:环保、泥浆量小，解决了城市弃土难问题；

（5）适用土质广泛：适用于软土、粘土、沙土、淤泥质土、硬土等地层。

3. 水平定向钻机原理

首先开挖工作井和接收井各一座，再将水平定向钻机安装固定于工作井内，工法具体实施由工作井向接收井进行，实施步骤包括激光导向、回拖制孔、回拖清孔、顶管施工四道主要工序组成。

1）激光导向施工:先将钻机定位在工作井内，再逐步安装由沃迪公司自主研发的激光导向系统，激光导向系统安装调试完成，将全站仪发出的激光，投影到显示屏上，通过光靶来控制导向顶进方向。导向施工时，由钻机推动钻杆钻进，根据显示屏标明的激光光点位置，通过转动连接在钻杆前端导向头的方向达到调整钻杆的前进方向，确保钻杆按预定的方向达到接收井位置，钻杆最终偏差不超过±3cm 。

2）回拖制孔：在接收井部位的钻杆上安装制孔工具头（带有锥斗型导向头的拖拉装置），在工作井内沿导向方向边转动边回拖制孔工具头，回拖时孔洞内的土方被切割打碎，并制作成半流动状态的稀泥。回拖制孔工具头回拖时尾部需预留连接钻杆；

3）回拖清孔压壁：制孔完成后在接收井部位预留钻杆上安装回拖清孔球（带有扶正器的回拖清孔装置），在工作井内沿导向方向边转动边回拖清孔球，在回拖过程中泥浆由钻机通过钻杆输送入回拖清孔球，再由清孔球向四周孔壁不断喷入调制的膨润土泥浆。喷入的膨润土泥浆和回拖清孔球共同作用，首先将孔道内土体不断搅动，使土体变得更加稀稠便于流动；其次，对孔壁周边土体进行挤压，使得孔壁周边土体更加稳定起护壁作用。同时由于膨润土泥浆本身的润滑作用，为下一步顶进管道起到润滑和压壁护壁效果.          

4）管道顶进：回拖清孔完成后，将水平定向钻机上的制孔设备拆除进行顶管作业，顶管时必须在管材前端安装公司研发的工具头管帽。

5）施工工艺流程及操作要点

数据计算→地面测量放线→井位开挖→钻机就位→钻机复测→钻机调整→钻机定位固定→导向钻进→导向钻杆替换→回拖制孔→回拖清孔压壁→制孔设备拆除→管道安放→管道顶进→管道出洞→管道外壁注浆→检查井砌筑→回填至设计标高→恢复路面

4. 微型泥水平衡顶管

微型泥水平衡顶管一般指管径DN800 ≤ D ≤DN1200的顶管施工技术。

微型泥水平衡顶管原理：

微型泥水平衡顶管掘进机,包括进水管、排泥管、送水泵、排泥泵、机壳及泥水处理装置 ；机壳一侧设有进水管和排泥管且进水管位于排泥管上部,所述进水管一端与送水泵连接,所述排泥管一端与排泥泵连接；泥水处理装置位于送水泵和排泥泵之间且泥水处理装置均与送水泵和排泥泵连接。

5. 摇管法钢制沉井施工

微型顶管工作井可采用φ2590/φ3590型摇管机进行施工，它具有施工占地小、施工周期短、对环境破坏小、费用成本低等优点。

（来源： 市政基础设施建设工程 ， 微土木人荐读 ）