新工艺|顶拉管施工工艺【管道施工】

顶拉管施工既拉又顶，不同于单独的顶管或者定向钻，是近年来兴起的一项新的管道施工工艺。

非开挖式拉顶管施工工艺原理是首先采用水平定向钻导向技术确定管道标高和轨迹，再利用水平定向钻设备的回拖拉力和管道尾部顶管设备顶力的共同作用，将管道拉顶至设计高程，使管道在两个或多个井内连通。先导顶拉管是一种采用水平定向钻导向技术进行导向，同时采用定向钻机提供扭矩及拉力而通过动力外置式微型隧道掘进机对土体进行破除，并可实现管道同步铺设的非开挖铺管技术。

水平定向钻导向采用井内导向方式，定向钻机直接在工作井内将钻杆送入指定标高平面。当钻杆钻至接收井后，在接收井内卸下导向钻头，并安装牵引机头进行反向扩孔掘进。同时，在机头后面安装柔性密封自锁承插接口实壁短管，对管道进行反向承拉锚固。

拉顶掘进时，水平定向钻机通过特制短钻杆给牵引机头传递回拉力，用以克服牵引机头的迎面阻力，余力则通过传力钻杆传递至管尾连接的后顶板及锚环，同时，工作井中的液压千斤顶实施顶推工作，在拉力与顶力的结合下实现反向拉顶管道贯入土层及安装。

管材优势：非开挖式拉顶管施工工艺采用柔性密封自锁承插接口实壁管，管道接口自锁，抗震抗剪，不易脱节，实现了无需热熔对接设备焊接，避免了接口内翻边及接头渗漏问题。

一般适用管径≤800mm。

井位优势：拉顶管施工工艺适用于既不允许开挖路面且工作面较小的狭窄区域，其工作井规格一般为2.5m，而接收井则最小可做到1.5m。相较于同管径顶管工作井的8m和接收井5m尺寸，极大地节省了作业空间。

环境优势：相较定向钻牵引施工工艺的造斜段施工，非开挖式拉顶管为井内施工，工作面较小。采用拉顶方式结合，管道拉顶速度较易控制，不会改变管道周边土体的性质，能较好地保持原土的稳定性，极大地减小了对周边建构筑物的影响。

顶拉管技术要点

顶拉管工艺包含以下几个关键环节：前期工作、工作井施工、定向钻导向及扩孔铺管。

2.1前期工作

前期工作有场地勘察、管材选择、管道设计等，是顶拉管施工的基础和依据，详尽合理的前期工作可以减少施工过程中的风险、提高施工效率、降低施工成本。

场地勘察包括地形测量、管线探测和地质勘探，通过地形测量，了解施工场地周边的环境情况，如道路宽度、构筑物分布、水系分布等，作为管路设计的基础资料。通过管线探测摸清场地埋地管线分布位置、标高、规格、材质，以确定新建管道的平面位置和竖向标高。施工场地地质条件对顶拉管工艺影响较大，通过地质勘探掌握地层的分布情况、地下水位高程情况，设计时根据地质勘探资料采用合理的处理措施。

2.1.2管材选取

顶拉管要求所选用的管道应能满足刚度要求，同时也需要具备一定的柔性，工程中采用双密封自锁承插接口复合实壁管，该管道具有以下优点：

（1）刚柔兼备。管道为实壁塑料管，能满足管道刚度的要求，同时具备足够的柔性以满足施工工艺和地质不均匀沉降的要求；

（2）管道连接可靠、方便。管道采用承插连接，在承口的内侧和插口的外侧为锯齿状的条纹，确保管道在抗拉和抗压的工况下均能保持有效的结构连接，管道接口处的胶圈确保了管道接口的密封性，在施工过程中，通过后挡板的顶力即可实现管道的连接；

（3）管道轻便、短小。该管道最小的管节为0.50m，轻便短小的管材能够满足小空间的安装需求，特别适用于场地局促的建成区。

2.1.3管道设计

管道设计是前期工作中的核心，包括管道工艺设计和管道结构设计，工艺设计确定管道的平面位置、管径、竖向标高及工作井间距。结构设计确定工作井井型和施工方案，根据形状的不同，工作井分为圆形井和方形井，圆形井受力条件好，方形井可应用于场地宽度受限处，工作井的施工方案有开挖法、逆作法和沉井法，设计时，应根据场地环境和地质条件的不同，选取合适的井型和施工方案。

2.2工作井施工

根据定向钻机的放置位置，将顶拉管工艺分为两种工况：定向钻机放置在地面的地面式工况和定向钻机放置在检查井内的坑式工况，坑式工况由于设备放置在工作井内，对工作井空间需求较大，工作井直径通常大于2.5m，而地面式工况工作井直径可以采用2.0m，甚至1.5m。

当施工场地交通繁忙或地面存在敏感设施时，建议采用地面式工况，以减小对现状地面设施的破坏，顶拉管井可采用现浇或预制检查井，现浇检查井现场适应性好，可以根据现场排水管接入情况调整孔洞位置，较为灵活，但施工工期长。预制检查井批量化生产，可以大幅度缩减施工工期，提高产品质量，但遇现场调整时，会对井的整体结构造成一定的破坏。

工作井施工方式可采用支护开挖施工、逆作法施工或者沉井施工，支护开挖施工需要对场地进行钢板桩支护，对周边场地的扰动较大，敏感区域谨慎采用，逆作法施工可以减小对周边场地的影响，施工可控性较好，但需要对井周边加注止水桩，工程造价较高。沉井法施工适用于土质较软、地下水位较高的地段，但在沉井过程中遇到管线或漂石等障碍物时，处理较困难。

2.3定向钻导向

定向钻导向孔施工是顶拉管施工的关键步骤，地面式工况将导向钻机放置于井外，通过造斜段使导向钻头到达设计标高，整钻头角度，按着设计管道中心标高钻进至第一个工作井，穿过预留孔洞后沿着设计管道中心标高穿入下一个工作井，这种工艺可以减小工作井径尺寸，降低对地面设施的影响，但标高控制难度较大。井内导向将导向设备放置在井内，工作井直径较大，但标高控制较为准确。

2.4扩孔铺管

扩孔铺管为顶拉管施工的核心步骤，完成定向钻导向后，在工作井内将导向钻头更换为反向扩孔掘进钻头，该钻头没有内置动力，依靠定向钻机提供拉力及扩孔所需的切削扭矩，在反向扩孔钻头后面连接传力杆，传力杆与特制连接短钻杆连接，可以根据施工进程不断将特制连接短钻杆进行连接加长，在管道后面安装后端顶板，当管道贯入土层以后，再加长连接短杆，并安装第二节管道，管道接口形式采用双密封自锁承插接口，通过导向机传导至后端顶板的顶力，即可实现两节管道的咬合连接，重复以上步骤，直至完成整个管段的安装。

在此过程中反向掘进钻头的直径要根据管道直径来选取，通常掘进钻头的直径仅需比管道直径大50mm左右即可，这样既能减小管道在顶拉过程中的受力，确保管道的顺利敷设，也不会因为管道周边空隙太大而导致地面沉降和塌陷，影响公共安全

技术特点

顶拉管因其独特的优势，获得越来越多的业内认可和应用，该工艺具有以下优点：

（1）施工周期短、效率高，顶拉管工艺无需进行大范围的支护开挖作业，工作井井径小，且其独特的管道连接方式方便、可靠，大大缩减了施工周期，提高了工作效率。

（2）施工质量控制好施工过程中管段一次性顶拉到位，整体性好，在施工过程中管道受到的轴向力小，轴向形变小，减少了管道施工过程中的结构性缺陷，确保了管道施工质量，另外扩孔钻头的外径仅需略大于管道外径，标高控制准确。

（3）施工安全性好顶拉管为非开挖施工，相对于明开挖施工，安全性好，且顶拉管工艺工作井径小，施工周期短，难度小，可减小施工过程中不可控风险。

顶拉管工艺获得了一定程度的成功应用，但目前还没有出台相应的设计标准和施工标准，无法为设计和施工提供规范的技术标准和工艺做法，且由于顶拉管工艺需要管材能承受一定的顶力，需要采用实壁塑料管，管材成本比较高。

顶拉管融合了水平定向钻及顶管工艺，不需要扩孔，采用短管施工，标高、平面位置控制精度较高。

淤泥质地层

流塑性淤泥地质无法给管道提供足够的承载力，在导向钻杆按设计标高贯通后，会产生钻杆略微下沉、精度失控的质量隐患。施工过程中，在严密监控方向及标高的基础上，可以适当抬升导向杆标高，一般上调4~5cm，给整体下沉留有余量。

粉细砂地层

粉细砂地质顶拉时，钻头搅动四周的粉细砂钻头虽加注泥浆，粉细砂易沉淀在钻头下方，造成钻头上翘。因此，可以适当下调导向杆标高，一般下调2~3cm。

新式泥水平衡机头通过在顶拉过程中不断注入泥浆改善土压，并结合机头自带的压力自平衡系统，可以保证土体压力的变化量在可控范围之内，降低道路塌空风险。泥水平衡顶拉在管道外部始终存在一定的泥浆压力，因此对于淤泥质土优势较为明显;但是在普通的较好地质中顶拉所受阻力较大，施工效率较低，可以采用普通钻头。

顶拉管相比传统定向钻，虽然已针对两端造斜、施工占用作业面较大的弊端有所优化，但是导向杆人地端依然需要造斜施工，对于作业空间受限的施工环境依旧存在制约。针对导向杆造斜段，目前已有新开发的井下铺管机(坑道机)，导向杆动力设备独立设置，从井下直接按照设计标高打设导向杆，充分利用回顶终点的工作井，从而减小了施工作业面。

顶拉管适用的管径范围为DN300-DN1000，因此将相同管径的顶拉管与顶管的工程造价进行对比。DN600顶管的工作井为直径5m的沉井，接收井为直径3m的沉井；顶拉管的工作井、接收井均为直径2m的小沉井。

顶管(含沉井)的单价为6000~7000元/m，顶拉管的单价为3000~4000元/m，顶拉管的造价远低于顶管。

采用坑道机顶拉管工艺可以对起伏严重的管道进行搅碎、重新换管，对于其他管道损坏情况同样可采用顶拉管工艺进行辅助修复，拓展了顶拉管工艺的使用范围。

顶拉管对孤石没有较好的避让方式。