二次頂管工法是近年來從國外引進的一種施工工藝,屬于小口徑頂管的一種,采用的是擠壓出土的方式,適用口徑小于DN800的管道,因其需要增加前序設(shè)備頂進,因此也叫二次頂管。由于其工藝本身的特點,一般頂距控制在60m左右,如果在軟弱土層中頂進,頂距可適當(dāng)加大。其占地小,精度高,速度快及對道路影響小等特點,使其應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,特別是在對高程要求嚴格的管道施工中有較好的優(yōu)勢。
由于需要增加前序設(shè)備(先導(dǎo)管、出泥管)頂進,因此相對泥水平衡頂管工法會復(fù)雜一些,主要流程為:測量→機械安裝→鏡面框安裝→先導(dǎo)管(紅外線激光導(dǎo)向)→先導(dǎo)管到達→更換送土螺旋管及先導(dǎo)管回收→機頭埋設(shè)管接續(xù)→埋設(shè)管推進及送土管回收→埋設(shè)管到達→機頭回收→機械撤離。
具體施工操作如下所述:
① 在管道線路上做好工作井和接收井;
② 在工作井內(nèi)安裝頂管機械,并做好防水;
③ 用頂管機把先導(dǎo)管向接收井頂進,先導(dǎo)管(直徑100mm,長度1~1.5m/節(jié)),第一節(jié)先導(dǎo)管前端有導(dǎo)向箭頭(內(nèi)有導(dǎo)向指示燈),先導(dǎo)管頂進過程中,用經(jīng)緯儀觀測導(dǎo)向箭頭指示燈,根據(jù)指示燈位置變化,旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向管箭頭來調(diào)整方向,頂進一節(jié)加裝一節(jié),一直頂進到接收井;
④ 先導(dǎo)管與出泥管用一個轉(zhuǎn)接頭連接,然后出泥管(直徑210mm,長度1~1.5m/節(jié))頂進,頂進一節(jié)加裝一節(jié),同時折下先導(dǎo)管,反復(fù)操作直至把先導(dǎo)管更換完畢;
⑤ 把出土螺旋(長度1~1.5m/節(jié))頂進到出泥管內(nèi),頂進一節(jié)加裝一節(jié),直至加裝到達接收井;
⑥ 把機頭安裝在出泥管上,并連接好出土螺旋,由機頭帶動出土螺旋,機頭動力來源由地面液壓站,機頭接上液壓油管,泥土稀釋水管,滑材管;
⑦ 管材安裝在機頭后面用頂管機頂進,頂進一節(jié)管材加裝一節(jié),同時拆下出泥管和出土螺旋。頂進過程中如果頂進壓力過高則開動出土螺旋,把泥土往接收井輸出,邊輸出邊頂進,當(dāng)管材到達接收井后,把機頭從接收井吊起,管道成形。
兩種工法均需利用工作井及接收井進行作業(yè),由于其設(shè)備不同,導(dǎo)致井的尺寸有較大區(qū)別,泥水平衡法的頂管工作井內(nèi)尺寸對于道路狹小地段施工是難以想象的;而二次頂管的頂管井較小,工作井尺寸一般為Φ3.5m(或2m×3.5m),接收井尺寸為Φ2.5m(或2m×2.5m),如果采用每節(jié)1m的管道,其尺寸還有優(yōu)化空間。因此,無論從占地或者造價上,二次頂管工法均有較大優(yōu)勢。
二次頂管工法采用的是擠壓出土式的原理,在頂進過程中對環(huán)境的影響較小,且不會改變管道周邊土體的性質(zhì),能較好地保持原土的穩(wěn)定性,僅在頂進阻力過大時,才采用注漿減阻,一般出土量僅為傳統(tǒng)頂管的2/3左右;相比之下,泥水平衡工法是采用泥水切削擴大通道再進行頂進,由于泥水切削在施工過程中產(chǎn)生大量觸變泥漿,會對環(huán)境造成二次影響,且造成管道周邊的土體性質(zhì)發(fā)生改變,在頂管完成后管道周邊充斥著大量的觸變泥漿,必須進行泥漿置換,否則在后期可能會造成地面下陷。因此二次頂管工法無論從施工后期的影響還是造價上,都比泥水平衡頂管工法有一定優(yōu)勢。
二次頂管工法一般頂管管徑范圍為DN400~DN600,與傳統(tǒng)泥水平衡頂管工法相比(管徑范圍為(含)DN800以上),應(yīng)該說側(cè)重點不同,各有千秋。
在二次頂管工藝被引進之前,一般情況下會刻意加大管徑,使管道的口徑達到DN800后再采用泥水平衡頂管工法進行施工,但對于水力計算而言,加大管徑將會導(dǎo)致運行時流速過低,導(dǎo)致管道淤積,加大后期的管理工作及清通頻率。因此,在小口徑管道施工領(lǐng)域內(nèi),二次頂管工法將有著極大的優(yōu)勢。
傳統(tǒng)的開槽施工一般適用于管道埋深淺、場地空曠、對交通影響較小的情況,包括放坡開挖及支護開挖。開挖施工與二次頂管工法相比不僅措施復(fù)雜,工期慢,費用高,還有一定的安全隱患,對周邊交通、建筑物有一定影響。同時開挖施工的工期受天氣影響大,如恰逢雨季,開挖施工不僅會影響到施工工期,還會使基坑長期處于“水浸”狀態(tài),危及到基坑穩(wěn)定和施工安全,易引發(fā)質(zhì)量安全事故。而二次頂管工法不僅工期可以保證,且施工安全。但相對于開槽施工工法,二次頂管也有其缺點,在于如果地下存在障礙物,則頂管將無法順利進行。
定向鉆工藝是一種新近引進的先進技術(shù),一般用于導(dǎo)向繞過障礙物或穿越高速公路、河流和鐵路,目前在燃氣、通信、電力等市政管道施工中使用頻繁。與二次頂管施工工法相比,定向鉆是利用鉆頭回擴鉆孔以加大孔徑,滿足敷設(shè)管道管徑要求后(管道外徑+400mm),再利用導(dǎo)桿將管道回拖拉入擴大了的鉆孔中。整個施工過程中,利用地面聲納探測對管道高程進行定位,難以保證高程偏差,另外鉆頭擴孔也需要注入大量觸變泥漿,在對道路日后的穩(wěn)定性方面,也都遜色于二次頂管施工工法。
該工法具有其他傳統(tǒng)的施工方式無法比擬的優(yōu)勢——施工速度快、精度高、施工面小、對交通及周邊建構(gòu)筑物影響小及基本不會造成地面下陷等,為日后復(fù)雜條件下的管道施工,提供了一種新型可靠的施工方式選擇。隨著市政污水管道的村鎮(zhèn)化建設(shè)全面推廣,二次頂管工法所突顯出的優(yōu)勢會逐漸被關(guān)注,可以預(yù)料在市政污水工程上將會有廣闊的應(yīng)用前景。