1. 引言
直铺管施工属于非开挖施工技术的一种,其原理是利用与顶管施工相同的隧道掘进机进行隧洞开挖,掘进机尾部与管道焊接连接,随着隧洞不断向前开挖,管道不断地被后方的推管机推入地层,当隧洞开挖完成,管道安装同时完成。2006年,由德国海瑞克公司研发制造的HK500PT推管机首次在汉诺威博览会上亮相。直接铺管技术应用迈出了重要一步 [1]。
2007年l0月,全世界首次见证了海瑞克推管技术的成功应用,即在德国沃姆附近的莱茵河底铺设一条长464纳升的涵洞。其用途是作为一条水管和几条电力及通讯电缆的通道。此次,海瑞克推进铺管机提供的平均推力达到80吨力,使管道顺利通过。作业队在24小时内的最大推进速度为90米。工程开工后仅13天就取得了突破 [2]。
推管技术的第二次应用是在2009年7月,地点在德国北部的埃姆登城。当时正在埃姆斯河上兴建天然气地下储库。需要将盐矿冲出才能产生巨大的地下洞室。为了排出高浓度的盐水(卤水),必须在埃姆斯河的外河铺设一条42公里长的管道,其中位于人造沙丘场的最后283米出水管就是用推管技术建成河道人海口的。这使得东弗里斯兰周围脆弱的自然环境所受到的干扰被控制在最低程度。与常规技术相比,推管技术无需沿海岸线设置价格高昂且费时的钢板桩。其最高效率可达9米/小时,所以就效率和环保因素而言,可以满足各方更高的期望 [3]。
2016年,国内首条直接铺管穿越完成。管道局在西气东输镇江高校园区改线项目船山河穿越中,应用直接铺管技术完成管道穿越,长度346米,直径1.016米;
2017年,管道局在陕京四线无定河穿越工程中,应用直接铺管技术完成管道穿越,长度423米,直径1.219米。
镇江直接铺管工程和无定河直接铺管项目,管道穿越平均速度45米/天,最高施工速度89米/天。
直接铺管施工以作业带为主,接收侧可以直接顶出地面,具有施工占地少,施工速度快等特点,在一定条件下具有技术优势,可在管道施工领域推广应用。
2. 直接铺管的主要设备及特点
隧道掘进机、推管机、泥水分离站、泥浆泵、制浆机、注浆泵、储浆罐、配套设备(始发托架、推管机动力站、控制室、洞门密封、变压器等)。
1) 顶管采用激光控向,长度超过200米时控向偏差太大而容易导致顶进失败,直铺管采用内置陀螺仪控向技术,控向精度高,国外项目直铺管最长有2公里的成功案例,而普通顶管超过200米控向难以保障。
2) 长距离顶管施工,千斤顶顶力巨大,普通操作坑后背墙无法满足作业需要,采用竖井操作坑,顶力仍不够时,还需增加中继间、增加套管,增加主管道穿越工序,施工难度大,成本巨大;长距离顶管时工期长,设备一旦出现故障,容易导致顶管失败;直铺管施工对操作坑要求低,设备可靠性高,而且钻进速度快,正常情况下,可达到30~40米/天,在具备场地预制的情况下,可以顶进和回拖同时进行,技术风险小,可靠性高,速度快。
3) 顶管施工在竖井内进行组对、焊接、检测、防腐,工效低,工期拉长,资源利用率低。直铺管施工可在不增加操作坑长度的情况下,利用现有场地进行预制,开展焊接、防腐流水作业,节约焊接、防腐时间,有效保障工期。
4) 长距离顶管时对母材的外防腐层有损伤,而直铺管刀盘在前,对管道的外防腐层没有损伤,施工质量高。
3. 直接铺管技术适用性
地质条件:适用于淤泥、黏土、砂层、卵砾石(粒径 ≤ 5厘米)和强度低于30兆帕的岩石等地层。施工水压:水压0.3兆帕以下。管道穿越长度:适用于长度2000米以内的管道穿越施工。
泰国地处热带,绝大部分地区属热带季风气候,终年炎热,全年温差不大,可谓“四季如夏”。除个别山地外,各地气温均较高,年平均气温一般为27度左右。由于受热带季风影响,泰国全年可明显分为三季:3月~5月气温最高,平均32度~38度,称为“热季”,空气干燥;6月至10月下旬,此为“雨季”,全年有85%的雨量集中在雨季,月平均温度维持在27、8度左右;雨季过后,泰国迎来一年之中最佳的季节——“凉季”,此为11月至次年2月,平均气温为19度~26度。虽称“凉季”,温度并不低。泰国某项目四公司项目部位于大城府到哒府,一年中最舒适的月份是12月,月均温度17度左右,4~5月是温度最高的季节,月均温度高达38度。该项目分两部分(一期,二期),设计总长574公里,设计压力10.02兆帕,设计输送能力320~600立方米/小时,采用纤维素打底 + 半自动焊工艺。一期从在役的Bang Pa-in接收站至披集末站,管道全长约367公里。其中起点至甘烹碧府加压泵站长度约291公里,加压泵站到披集末站约76公里,管径分别为14英寸和12英寸,材质为X60,普通开挖段壁厚为7.48 mm和8.29 mm,定向钻及小定向钻段壁厚为7.92毫米和8.38毫米。阀门、阀井安装共计31个。二期从甘烹碧府加压泵站至南邦末站,管道全长约207公里,管径12英寸,材质为X60,普通开挖段壁厚为8.29毫米,定向钻及小定向钻段壁厚为8.38毫米。阀门、阀井安装共计18个。
项目特点:
1) 管理跨度大:该项目是我公司迄今为止承接的海外项目最长的线路管线,全长570多公里;
2) 作业带情况复杂:由于作业带沿路,地区经济发达,地上地下附着物复杂,沿线大量住户商铺,后两个标段作业带内树木林立、石方地段,伴行大量水管、电缆、光缆(后130公里与TOT光缆伴行),同时伴行电力线杆,大量区域中心线距线杆不足1米,甚至存在交叉,沿线穿越道路、河渠上千处;
3) 可用工期短、一期,二期施工不连续:一期总工期13个月,其中雨季占6个月;后130公里与TOT光缆伴行,TOT光缆方案迟迟未能确定,二期施工停滞。
4) 干系人复杂:管线沿途经过9个府、27个县、79个乡镇、298个村庄;涉及伴行道路、水管、线缆等相关单位不计其数。
直接铺管较定向钻、顶管工法优势见表1:
该项目如果采用直接铺管施工的技术特点:
1) 施工占地少:直接铺管施工占地以管道预制场地为主,可直接利用管道作业带,较盾构、顶管以及定向钻施工占地面积小、硬化要求低(可不硬化)。
2) 施工效率高:直接铺管孔洞开挖与管道敷设一次成型,与传统的盾构、顶管或定向钻施工需要先完成隧道或孔洞多次扩孔再进行管道安装或回拖相比,施工效率高。
3) 具备应急自救能力:当设备发生故障,或施工时在地层中遇到意外情况,无法正常推进时,在具备条件的情况下,可将掘进机和管道整体回拔到地面。
4) 施工不需要深竖井:直接铺管施工不需要制作十几米甚至几十米深的始发竖井和接收竖井,只需要根据工程地质条件、穿越长度等情况,开挖浅基坑,用于设备始发和接收,甚至一些工程无需接收基坑。
5) 在定向钻施工场地受限、管道出入土两点落差较大、管道埋深较浅、盾构顶管施工费用较高时,采用直接铺管穿越施工技术具有明显优势。
参考文献