复杂地质条件下长输热力管道顶管施工技术探究

复杂地质条件下长输热力管道顶管施工技术探究

王雪

天津华北工程管理有限公司

摘要：随着城市化进程的加快，长输热力管道的施工技术在复杂地质条件下变得越来越重要。顶管施工技术由于其对环境影响小、施工周期短等优点，逐渐被广泛应用于长输热力管道的施工中。本文将就复杂地质条件下长输热力管道顶管施工技术进行深入探究。

关键词：复杂地质条件；长输热力管道；顶管施工

1 工程概况

本工程为某市热力管道工程，管道总长度为10km，设计压力为1.6MPa，设计温度为150℃。管道采用DN300钢管，按照GB50268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》进行施工和验收。由于该地区地质条件复杂，包括砂土、黏土、碎石等多种地层，且存在地下水丰富、岩石分布广泛等特点，因此采用顶管施工技术进行长输热力管道的施工。

2 大规格工作井施工

在顶管施工中，工作井是重要的设施之一，其尺寸和深度根据管道长度和地质条件而定。本工程采用倒挂井壁法进行大规格工作井的施工。

2.1 倒挂井壁法

倒挂井壁法是一种在软弱地基中修建地下工程的方法，其原理是利用钻孔灌注桩作为地下连续墙，然后在桩内挖土形成井筒，最后在井筒内施加压力使井筒向上提升，从而完成地下工程的施工。该方法具有施工速度快、对环境影响小、节约成本等优点。

2.2 倒挂井壁法施工技术与沉井技术对比

倒挂井壁法是一种在软弱地基中修建地下工程的方法，其原理是利用钻孔灌注桩作为地下连续墙，然后在桩内挖土形成井筒，最后在井筒内施加压力使井筒向上提升，从而完成地下工程的施工。该方法具有施工速度快、对环境影响小、节约成本等优点。相比之下，沉井法是一种在地下修建井筒的施工方法，需要在施工现场开挖基坑，然后在基坑内建造井筒，最后将井筒下沉到地下水位以下的位置。沉井法需要耗费大量时间和人力，对周围环境也会产生较大的影响，而且成本较高。因此，在长输热力管道的施工中，倒挂井壁法具有较大的优势。

3 长距离套管顶进（中继间）施工

在长距离套管顶进施工中，中继间是关键的设备之一。中继间由前壳体、后壳体、夹紧装置和推进装置组成。前壳体和后壳体之间通过夹紧装置连接，夹紧装置可以调节前后壳体之间的距离，从而适应不同长度的套管。推进装置可以推动套管向前移动，从而实现长距离顶进。本工程采用两台中继间进行长距离套管顶进施工。

4 吹砂施工

在顶管施工中，吹砂是重要的环节之一。吹砂可以清除管道内部的杂物和积水，保证管道内部的清洁度。本工程采用专业的吹砂设备进行吹砂施工，管道封口采用橡胶膜和钢丝绑扎的方式进行密封，吹填施工采用高压水进行冲洗和填充。

5 与非开挖水平定向钻比较

5.1 施工方法对比

定向钻法和顶管法都是非开挖施工技术，它们在地下管道施工中都有各自的应用范围和优缺点。定向钻法利用定向钻机在地下钻出一个导向孔，然后通过回拉力将孔内钻杆拉出，适用于软弱地基和砂土层等地质条件较好的地段，优点在于施工速度快、对环境影响小、适用范围广等。但是，定向钻法对地质条件和管道密封性要求较高。顶管法则利用顶管机将管道顶入地下，适用于各种地质条件和复杂环境，优点在于施工速度快、对环境影响小、节约成本等。但是，顶管法施工难度较大，对管道密封性也有严格要求。在实际应用中，需要根据工程的具体情况和要求进行选择。

5.2 施工管道对比

顶管施工和定向钻施工对管道的要求不同。顶管施工的管道需要具有一定的刚度和强度，以保证管道在顶进过程中的稳定性和可靠性。同时，管道内部需要有一定的空间，以满足施工的需要。而定向钻施工的管道则要求具有一定的柔性和韧性，以保证管道在回拉过程中的稳定性和可靠性。同时，管道也需要具有一定的强度和刚度，以满足施工的需要。

5.3 顶管法与定向钻施工的优缺点比较

顶管法和定向钻施工都是非开挖施工技术，具有对环境影响小、施工速度快、适用范围广等优点。然而，它们也有各自的优缺点。

顶管施工的优点在于其对环境影响小，因为不需要开挖地表，可以减少对周围环境和建筑的影响。此外，顶管施工速度快，因为机械操作可以大大提高施工效率。最后，顶管施工适用于各种地质条件和复杂环境，具有较强的适应性。然而，顶管施工也存在一些缺点。首先，施工难度大，需要掌握先进的顶管技术和设备，对施工人员的技能要求较高。其次，管道密封性要求高，需要保证管道的质量和安装要求较高。最后，顶管施工的成本较高，需要投入较多的设备和材料。

定向钻施工的优点也在于其对环境影响小，同样不需要开挖地表。此外，定向钻施工速度快，因为机械操作可以快速完成施工任务。最后，定向钻施工适用于软弱地基和砂土层等地质条件较好的地段，具有较强的适应性。然而，定向钻施工也存在一些缺点。首先，管道密封性要求高，需要保证管道的质量和安装要求较高。其次，管道强度和刚度要求高，需要利用回拉力将孔内钻杆拉出，因此需要管道具有一定的强度和刚度。最后，定向钻施工的适用范围受限，适用于地质条件较好的地段，对于复杂地质条件和长距离管道的施工可能存在一定的困难。

5.4 热力管道选用顶管技术其他因素分析

首先，地质条件是选择施工方法的重要因素之一。对于砂土、黏土等软弱地基，顶管法和定向钻法都可以取得较好的效果；而在岩石等复杂地质条件下，则需要采用其他更为合适的施工方法。例如，顶管法可以适应不同的地质条件，能够在一定程度上减少对地基的扰动，对于较硬的土层或岩石层也能进行有效的穿越。而定向钻法则适用于土质较软的地层，特别是在城市等对环境要求较高的地区，能够减少对周围环境和建筑的影响。

其次，管道材质和规格也会影响施工方法的选择。例如，对于钢管等刚度较高的管道，可以采用顶管法进行施工；而对于PE管等柔性和韧性较好的管道，则可以采用定向钻法进行施工。因此，在选择施工方法时，需要根据管道的材质和规格进行综合考虑。

此外，施工周期和成本也是选择施工方法的重要因素之一。顶管法和定向钻法都具有较快的施工速度和较低的施工成本，但是在具体情况下需要进行综合比较和分析。例如，在管道穿越较长距离或地下障碍物较多时，采用顶管法可能更为合适；而在管道穿越较短距离或地下障碍物较少时，采用定向钻法则可能更为经济高效。

最后，环境影响也是需要考虑的因素之一。在城市等对环境要求较高的地区，需要选择对环境影响较小的施工方法。顶管法和定向钻法都能够在一定程度上减少对周围环境和建筑的影响。例如，在穿越河流、湖泊等水域时，采用顶管法可以避免对水域环境的破坏；在穿越建筑物、道路等障碍物时，采用定向钻法则可以减少对障碍物的破坏和影响。

综上所述，热力管道选用顶管技术需要考虑多种因素的综合影响。在具体的工程实践中，需要根据实际情况进行综合评估和比较，以确定最适合的施工方案。倒挂井壁法、长距离套管顶进施工、吹砂施工等施工方法在热力管道工程中得到广泛应用，这些方法具有较高的施工质量和可靠性，能够满足不同工程的需求。在选用顶管技术时，需要考虑地质条件、管道材质和规格、施工周期和成本以及环境影响等因素。在未来的发展中，随着技术的不断进步和创新，热力管道工程将不断得到优化和完善，为城市供热事业的发展做出更大的贡献。

参考文献：

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