PE非开挖技术手册内容正式稿

中财PE非开挖管道施工技术手册

第一章 总 则

第一节 总 则

一、为了使PE管道在非开挖施工过程中合理安装，正确使用管材、管件，确保工程质量、施工

安全、节约材料、提高经济效益，特制定本手册。

二、本手册采用的PE管道为公称外径系列。管材产品应符合国家标准GB/T13663-2000；管件产

品应符合国家标准GB/T13663.2-2005。

三、为了加强对PE管道定向钻进敷设施工的质量控制，特制订本手册。

四、本手册适用于PE管道工程定向钻进敷设及顶管敷设施工及验收，管道口径为 D630mm及以下。

五、本手册依据国家工程建设的法律、法规、管理标准和有关技术规范标准编制。除符合本手

册所规定的要求外，尚应符合国家现行相关规范、规范。

六、工程中所需原材料、半成品和成品的质量及工程技术质量标准，应符合国家及生产厂家的有关规范、标准，同时应符合本手册规定。

第二节 专 业 术 语

一、非开挖技术 trenchless technology

即在不开挖或少量开挖地表的条件下进行各种管线的探测、铺设、修复和更换的施工技术。 二、水平定向钻 horizontal directional drilling technology

水平定向钻进技术的简称：指使用水平定向钻设备、通过定位仪器导向，从地表定向钻孔、扩孔和拉管，在不同的深度和地层铺设地下管线的施工方法。 三、顶管法 top-tube method

顶管施工就是借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直椎到接收坑内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖敷设地下管道的施工方法。 四、钻进液 drilling fluid

由水和膨润土或聚合物调制成的混合液体，用以冷却钻头、携带岩屑与润滑钻具及稳定护壁作用。

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五、起始工作坑 entry shaft, entry pit, start shaft,start pit

非开挖铺设地下管线的起点，为安装定向钻进设备和存放成孔液而开挖的工作坑。 六、接收工作坑 reception pit, reception shaft,exit pit,exit shaft

非开挖铺设地下管线的终点，为定向扩孔安装回扩头，回拖管线而开挖的工作坑。 七、导向定位仪 locator

利用安装在钻头上的探头发射出来的电磁波信号并通过地表接收装置进行接收以确定地下钻孔位置的电子仪器。 八、导向孔 pilot hole

导向钻进施工时，按设计轨迹钻进的小口径钻头钻进的最初的小口径钻孔。又名先导孔。 九、入/出土角 entry/exit angle

定向钻进施工时，钻杆钻入地层或钻出地层时钻杆与水平方向所形成的角度。 十、随钻测量 measurement while driling (MWD)

在钻进的同时连续检测有关地下钻孔信息的测量技术。 十一、回扩 back reaming

在运用定向钻进设备施工过程中，钻完导向孔后，根据铺设管线的管径及钻机能力，利用扩孔钻头进行回拉扩孔的施工过程。回扩可进行多次。 十二、回扩钻头 back reamer

用于逐级扩大钻孔，连接在钻杆前端的钻头。 十三、回拉 pull－back

铺设管线时，将待铺设管线从接收工作坑反方向拉回到起始工作坑，称之为回拉，亦称回拖。

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第二章 非开挖技术及公司产品简介

第一节 地下管线的分类

当今社会，几乎所有的人类活动都离不开地下管线(管道和电缆)(如图1)。

（图1 地下管线分类图）

随着科技的进步和社会的发展，城镇和农村大量的新管线需要铺设，现有的管线需要及时的检查、维护和修复。而传统的开挖技术具有很大的局限性，如造成交通不便、影响环境、施工周期长、成本高等，已经不能适应新时代的需要。此外，管线经过古迹保护区、闹市区、农作物及

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植物保护区、高速公路、铁路、建筑物、河流等场合，施工十分困难，甚至根本无法进行施工。因此，非开挖技术(Trenchless Technology or No-Dig)应运而生。

第二节 非开挖施工技术介绍及施工方法

非开挖地下管线铺设施工技术(简称非开挖铺管技术)是指利用岩土钻掘、定向测控等技术手段，在地表不挖槽和地层结构破坏极小的情况下，对诸如供水、煤气、天然气、污水、电信电缆等公用管线进行铺设的施工技术。

非开挖施工方法早在19世纪末就已经出现，一些非开挖铺管法，如顶管法和水平钻进法已大量采用，只是当时没有使用“非开挖”这一术语而已。这里将顶管法和水平钻进法称为“传统的非开挖地下管线施工法”。本施工技术手册也是主要针对这两种施工方式进行讲解和概述。 20世纪70年代以来，为了适应经济发展的需要，陆续出现了各种新的非开挖地下管线施工方法(参见表2－1)。这些方法与传统的非开挖方法相比具有以下的特点： 1、引入了管线轨迹的测量和控制技术；

2、可在复杂地层(如在地下水位以下、含卵砾石的地层和硬岩地层)中施工； 3、大大提高了铺管的能力，包括铺管的直径、长度和精度； 4、可以原位更换和修复现有的地下管线； 5、高效、低成本。

为了区别于传统的非开挖地下管线施工法，我们称新的非开挖地下管线施工法为现代的非开挖地下管线施工法，其所使用的非开挖施工设备称为现代非开挖工程机械。 非开挖施工方法大致可分为如下三大类： 1、管线铺设：铺设新的地下管线； 2、管线更换：在原位更换旧管线；

3、管线修复：修复现有管线的局部缺陷或改善其性能。 （表2－1） 常见非开挖施工技术的特点及应用见下 施工方法 管线铺设 顶管法 定向钻进法 管线更新 爆管法 吃管法 管线修复 注:PE=聚乙烯

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典型应用 各种大口径管道，跨越孔 长跨越孔，水平环境井 各种重力和压力管道 各种重力和压力管道 管材 钢、塑料 钢 塑料 PE PE 适用管径 ＞900 300—1500 50—1200 100—900 施工长度 30—1500 100—1500 230 200 中财PE非开挖管道施工技术手册

第三节 中财PE非开挖管材产品及性能介绍

一、执行标准

我公司的PE非开挖给水管材按国家标准GB/T13663-2000、管件按照国家标准GB/T13663-2005组织生产，并符合卫生标准GB/T17219规定。

PE非开挖排污管材按照标准 二、产品种类

1、中财PE非开挖管材所用原料主要为PE100。管材长度一般为6米或12米，也可根据客户要求供货。PE非开挖管材产品规格见表：

（表2-1） PE100级非开挖给水管材公称压力和规格尺寸

规 格 D110 D125 D140 D160 D180 D200 D225 D250 D280 D315 D355 D400 D450 D500 D560 D630 壁 厚mm SDR11 10.0 11.4 12.7 14.6 16.4 18.2 20.5 22.7 25.4 28.6 32.2 36.3 —— —— —— —— SDR13.6 8.1 9.2 10.3 11.8 13.3 14.7 16.6 18.4 20.6 23.2 26.1 29.4 —— —— —— —— SDR17 6.6 7.4 8.3 9.5 10.7 11.9 13.4 14.8 16.6 18.7 21.1 23.7 26.7 29.7 33.2 37.4 SDR21 5.3 6.0 6.7 7.7 8.6 9.6 10.8 11.9 13.4 15.0 16.9 19.1 21.5 23.9 26.7 30.0 2、我公司的PE非开挖管材，与其配套的管件完全可以满足工程需要。管件根据施工方法、用途的不同，可分为电熔管件和热熔管件；根据生产方式的不同，可分为注塑管件和焊制管件两大类。大部分管件都可以采用注塑模具一次成型，但对于一些壁厚、体积、重量都较大的管件，则采用管材焊制加工的方法制造。采用焊制方法的管件有三通、四通和弯头，公称尺寸范围随着管材扩大；采用注塑方法生产的热熔管件有法兰、异径套通、弯头、等径三通、异径三通和端帽；电熔管件也采用注塑的方法生产，其种类有电熔套筒、电熔异径套通、电熔弯头 、电熔三通和电熔鞍型三通等。（如下图2）

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1、焊制45°弯头 2、焊制三通 3热熔三通

4、电熔90°弯头 5、 电熔套筒 6、电熔三通

图2 部分管件

三、产品外观

1、我公司的PE非开挖管管材、管件颜色均为黑色，管材表面有醒目的蓝色色条。 2、管材的内外表面应清洁、光滑，不允许有气泡、明显的划伤、凹陷、杂质、颜色不均等缺陷。管端头应切割平整，并与管轴线垂直。

3、管件的内外表面应光滑、平整、不允许有气泡、裂纹、明显的凹陷、痕纹、颜色不均等缺陷。管件应完整无缺陷，浇口及溢边应修除平整。（如下图2）

图3 管材、管件表面图 四、产品特点

1、中财PE非开挖管材产品特点：

（1）中财PE非开挖管材具有其优良可靠的焊接性能——只要用我公司推荐的焊接工艺，焊接后PE管热熔接口的强度高于管材本体的强度，实现了接口与管材—体化，可充分保证管材接口的强度，可有效抵抗非开挖施工过程中所产生的轴向拉伸应力，抗拖拉能力强。与橡胶圈类接头或其它机械接头相比，不存在因接头扭曲所造成的泄漏或接头易出现脱开的现象。

（2）中财PE非开挖管材具有其优良的挠性——可以有效的避免管道沟槽的不平整度和弯曲

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度，使得PE管的敷设可以蛇行铺设，大大提高了其敷管的弹性；其次有些非开挖施工技术（如采用内衬法）就是充分利用了PE材料的柔韧性，施工前改变PE管的大小和形状，插入旧管后能很好恢复原来的大小和尺寸。

（3）采用非开挖施工技术，不论是铺设新管或旧管道的修复及更新，刮痕是无法避免的。刮痕造成材料的应力集中，将导致管道的损坏。而中财PE非开挖管材具有较好的耐慢速裂纹增长能力，大大减少刮痕的损害。

（4）中财PE非开挖管材质量轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。

（5）中财PE非开挖管材具有良好的卫生性能——材质无毒性，无结垢层，不滋生细菌，很好地解决了城市饮用水的二次污染。还具有较强的抗地基不均匀沉降性能，其断裂伸长率一般超过了500%，非常适合非开挖的拖拉管或修复管。

（6）中财PE非开挖管材有效的解决了普通PE双壁波纹管和PE缠绕管只能短距离铺设的局限，同时也解决了因接头强度过低和外壁粗糙所致的摩擦过大而易拉断或渗漏的隐患。

（7）中财PE非开挖管材具有其卓越的耐腐蚀性能——除少数强氧化剂外，可耐多种化学介质侵蚀；无电化学腐蚀。有效的解决了传统的铸铁管，钢管的易腐蚀、使用寿命短、施工难度大，成本高、卫生指标达不到要求等缺陷。

（8）中财PE非开挖管材具有良好的抗震性能——有效的解决了传统的管道材料抗地基不均匀沉降性能低下的缺陷。

（9）中财PE非开挖管材内外壁光滑，水流阻力小——能充分提高管材的通径流量。同时管材耐摩擦系数低，采用定向钻施工时，穿管阻力小。

（10）中财PE非开挖管材耐冲击强度高——重物直接压过管道，不会导致管道破裂。 （11）中财PE非开挖管材具有长久的使用寿命——在额定温度、正常的工作压力状况下，PE管道可安全使用50年以上。

（12）中财PE非开挖管材管材件配套齐全——完全可以满足工程需求，杜绝了因采用不同厂家管材焊接后焊接接口脱开或漏水的隐患，为管材后续的质量跟踪提供保证，解决了用户的后顾之忧。

2、中财PE非开挖管材采用非开挖技术施工时，与传统的施工方法相比较具有以下优点： （1）解决了传统开挖施工法对居民正常生活的干扰，对交通、环境、周边建筑物等基础的破坏和不良影响。非开挖施工基本不会阻断交通、破坏绿地、影响商店、医院、学校和居民正常生活和工作秩序。

（2）在传统施工方法无法施工或不允许开挖施工的场合，如穿越运河、湖泊、重要交通干道等区域，可采用我公司PE非开挖管材从其下方穿越铺设。

（3）现代非开挖技术可以高精度地控制地下管道的铺设方向、埋深、并可使管道绕过未曾发现的地下障碍（如巨石和地下构筑物）。

（4）有较好的经济效益和社会效益，在一些难以采用开挖施工的场合，非开挖管道铺设、更换、

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修复的成本可低于开挖法施工，管径越大，埋深越大，优势越明显。 五、产品性能

1、PE非开挖给水管材性能指标

（表2－3 ） PE给水管材物理性能要求 序号 1 2 3 4 项目 断裂伸长率,﹪ 纵向回缩率(110℃), ﹪ 氧化诱导时间(200℃),min 耐候性(管材累计接受≥3.5GJ/㎡老化能量后) 80℃静液压强度(165h) 断裂伸长率, ﹪ 氧化诱导时间(200℃),min 要求 ≥350 ≤3 ≥20 不破裂,不渗透 ≥350 ≥10 （表2－4 ） 管材的静液压强度 序号 1 2 3 项目 20℃静液压强度(100h) 80℃静液压强度(165h) 80℃静液压强度(1000h) 环向应力,MPa PE80 PE100 9.0 12.4 4.6 5.5 4.0 5.0 要求 不破裂,不渗透 不破裂,不渗透 不破裂,不渗透 2、检测设备

检测设备是产品品质的重要保证，在大规模、集约化的生产过程中，产品质量的稳定性与一致性有举足轻重的作用，PE管在我国尚属新型建材，具有极高的安全保障要求，中财管道在引进世界最先进的生产设备和最优质原料的同时，更添置了一系列先进的检测设备，如多台全自动高低温恒温控制的大型管材耐压爆破试验机，电子拉力实验机，机械式拉力试验机，恒温干燥箱，气密性试验箱，从美国进口的DSC差式扫描量热仪，熔融指数仪，电熔，热熔焊机及多角焊机等，为用户提供高品质的产品。

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1、融体流动速率测定仪 2、DSC热差扫描测试仪

3、德国IPT管道液压爆破实验机 4、水分快速测定仪

5、电子拉伸试验仪

（图4 部分检测设备）

六、中财PE非开挖管材的应用领域

1、城镇自来水管网系统； 2、城镇燃气管网系统；

3、可用于内衬法、修复法、爆管法置换水泥管、铸铁管和钢管的管网系统； 4、工业原料输送管道； 5、园林绿化供水管网；

6、埋地排水、排污用管网系统； 7、农用灌溉管道系统；

8、通讯光缆、电力电缆用护套管网系统。

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七、中财PE非开挖管材最大铺设长度，可参考下表：

(表2-5) PE100管材最大铺设长度 扩孔钻 0.8MPa 1.0MPa 1.25MPa 规格 头外径 长度 拉力 长度 拉力 长度 拉力 1.6MPa 长度 拉力 D110 D125 D140 D160 D180 D200 D225 D250 D280 D315 D355 D400 D450 D500 D560 D630

D250 D300 D300 D300 D300 D300 D300 D450 D450 D500 D500 D550 D600 D700 D750 D800 68 76 108 116 132 150 178 180 207 235 270 308 346 383 428 486 18.7 24.2 30.8 40.7 50.6 62.7 80.3 97.9 123.2 155.1 196.9 250.8 317.9 392.7 491.7 621.5 90 99 121 146 168 191 220 227 259 296 338 384 431 479 535 607 23.1 29.7 37.4 49.5 62.7 78.1 97.9 119.9 150.7 191.4 243.1 308 390.5 482.9 603.9 765.6 118 127 180 182 210 234 272 285 324 369 419 475 532 591 661 749 28.6 36.3 46.2 60.5 77 94.6 119.9 147.4 184.8 234.3 297 376.2 476.3 588.5 738.1 933.9 143 163 193 226 255 283 333 351 396 434 511 582 651 725 807 915 34.1 45.1 56.1 73.3 90.2 113.3 150.7 178.2 223.3 272.8 358.6 456.5 577.5 713.9 893.2 1131.9 注：长度—PE管材铺设的最大长度（m） 拉力—PE管材能够承受的最大拉力（KN）

八、中财PE非开挖管材在非开挖施工中如何选用管材

用于定向钻敷设的聚乙烯（PE）管道，除了满足流量、压力以外，管材材料还必须是具有良好的耐慢速裂纹增长和抗快速裂纹扩展的性能，具有独特的柔韧性，抗拉强度和弹性模量高的管材。建议采用PE100 SDR11系列管材，因为它能提供较大的强度、弹性模量和环刚度，这是由于定向钻钻出的孔洞直径是管道外径的1.2-1.5倍，敷设管道一般均在地表3m以下，管道周围填充钻孔泥浆和土壤切削的混合物。这些混合物在未脱水固化时，管材的侧土及周围还不能象填充材料那样给管道提供土壤的支撑，回拖时管道要有弯曲变形，除承受对孔洞土壤的压缩推力外，还要承受回拖力。回拖力过大时，管材会发生变形，从而使管材的整体性能下降。因此，确定安全的回拖力是选材的重要内容。回拉力计算请参照第三章第四节中回拉力计算公式。

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第四节 管材、管件运输及贮存

一、管材、管件在运输、装卸和搬运时，应小心轻放，排放整齐，避免油污，不得受剧烈撞击及尖锐物品碰触，管材吊装不得采用金属绳索 不得抛、摔、滚、拖。

二、管材长距离运输，宜采用支承架、成捆排列、整齐运输；散装件运输应采用带挡板的平台车辆均匀堆放，平台或挡板不得与管材直接接触，应加支垫物。

三、管材与车辆应牢固固定，运输时不得松动；带承口管材应分插口承口二端交替堆放整齐，捆扎牢固。

四、管材堆放场地应平整，无突出尖棱物块，不应露天堆放；室内库房贮存应通风良好，室温不宜大于40℃，远离热源，且应避免接触腐蚀性试剂或溶剂。

五、管材直管堆放高度应小于或等于1.5m，带承口管材承口和插口两端交替排列存放；管件应码放整齐，堆放高度不宜超过2.0mm。堆放场地或库房应设灭火器和消火栓。

六、管材出库应遵守“先进先出”原则， 减少管材、管件库存时间，不宜大于一年；管材、管件在工地短期露天堆放时，严禁在阳光下暴晒，应有篷布覆盖。

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第三章 工 程 设 计

第一部分 非开挖定向钻进施工设计

第一节 一 般 规 定

一、非开挖铺管工程一般情况下宜按两阶段设计：初步设计和图件设计。

二、对重大的、技术复杂的穿越工程应进行初步设计。初步设计应根据国家现行标准、规范，在充分调查研究基础上，结合管线的使用功能和建设方意见，优化设计方案。 三、非开挖铺管施工图设计应包括下列内容：

1、工程概况：项目、地点、内容、主要工程量、计划施工周期； 2、既有地下管线； 3、施工方法、技术工艺； 4、施工机具及材料； 5、检验及验收标准。

四、设计文件应提交施工图审查，审查合格后方可使用。

五、设计变更应填写设计变更通知书及变更内容，并经原审图机构审查确认后方可继续实施。

第二节 导向孔轨迹设计

一、定向钻导向孔轨迹设计应包括下列内容：

1、钻孔类型和轨迹形式； 2、选择造斜点；

3、确定曲线段的曲率半径； 4、计算各孔段钻孔轨迹参数。

二、定向钻导向孔轨迹宜由斜直线段、曲线段、水平直线段等组成。其设计应根据生产管线技术要求、施工现场条件、施工机械等进行轨迹综合组合。 三、定向钻导向孔轨迹设计可采用作图法或计算法确定。

1、作图法：入、出土角和曲线段的确定可按图5进行。

（图5 导向孔轨迹设计示意图）

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图中：α1——入土角 α2——出土角 A——入土点 D——出土点

B——第一曲线段和直线段轨迹变化点 C——直线段和第二曲线段轨迹变化点 h——轨迹（铺管）深度

L1+ L2+L3——定向钻铺管水平长度

2、计算法：入、出口角和曲线段的计算可按本规程图5.3.3及下列公式计算。

?2=2arctg?1=2arctgL1＝h(2R1－h) h2R1?h L3＝h(2R2－h) h2R2?h 四、入土角应符合下列条件：

1、入土角应根据机具设备性能确定； 2、入土角应根据施工场地条件确定；

3、入土角应根据穿越路由上既有地下管线（构筑物）的分布情况确定； 4、入土角（点）距穿越障碍物起点的距离应能完成造斜段的钻进； 5、入土角（点）应能达到铺管深度要求； 6、入土角宜为80～200。

五、出土角应根据定向钻铺设管线类型、材质、管径确定。PE管、PVC管的出土角宜在00～200。 六、在地面上采用始钻式钻机钻进导向孔时，第一直线段轨迹应是入土角的斜直线段，该段最小距离不应小于一根钻杆长度；大型设备该段距离不宜小于10m。

七、定向钻穿越公路、铁路、河流、地面建筑物时，最小覆土深度应符合专业规范要求；当专业规范无特殊要求时，最小覆土深度应符合表3－1的规定。

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（表3－1） 最小覆土深度 项目 城市道路 公路 高速公路 铁路 河流 地面建筑 深度 与路面垂直净距＞1.5m 与路面垂直净距＞1.8m；路基坡角地面以下＞1.2m 与路面垂直净距＞2.5m；路基坡角地面以下＞1.5m 路基坡角处地表下5m；路堑地形轨顶下3m；0点断面轨顶下6m 一级主河道百年一遇最大冲刷深度以下＞3m 二级河道河底最低标高以下＞3m，最大冲刷深度以下2m 根据基础结构类型，经计算后确定。 注：最小覆土深度还应必须大于生产管管径5～6倍以上。

八、定向钻铺设的管线与建筑物或既有地下管线的距离应符合下列规定：

1、铺设在建筑物基础以上时，与建筑物基础的水平净距不得小于1.5m；

2、铺设在建筑物基础以下时，与建筑物基础的水平净距必须在持力层扩散角范围以外，尚应考虑土层扰动后的变化，扩散角不得小于45；

3、在建筑物基础下铺设管线时，必须经过验算后确定深度；

4、与既有地下管线水平铺设时，D200mm以上的管线，净距应为最大扩孔径的2倍以上；φ200mm以下的管线，净距不得小于0.6m；

5、从既有地下管线上部交叉铺设时，垂直净距应大于0.6m； 6、从既有地下管线下部交叉铺设时，垂直净距应符合下列要求： （1）粘性土地层应大于扩孔直径的1倍； （2）粉土地层应大于扩孔直径的1.5倍； （3）砂土地层应大于扩孔直径的2倍；

（4）小直径管道（D＜110mm）垂直净距不得小于0.5m。

7、遇可燃性管道和特殊管线及弯曲孔段应考虑加大水平和垂直净距。若达不到上述距离时，应增设有效的技术安全防护措施。

九、定向钻铺设PE管的最小允许曲率半径可采用以下公式计算：

EDH ?＝2? ?式中：?－曲率半径（cm）

E－弹性模数（Mpa）

DH－管外径（cm） ??－弯曲应力（Mpa）

铺设PE管时，钻孔轨迹的曲率半径应同时满足钻杆的曲率半径。

十、钻杆的曲率半径应由钻杆的弯曲强度值确定。根据工程实践经验，一般情况下钻杆弯曲半径

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为1200D以上（D为钻杆外径）。

第三节 工 作 坑

一、定向钻铺管应根据场地条件、管线类型、管径、材质、埋深、地质条件、既有地下管线分布情况及定向钻施工的设计参数确定工作坑的形状、大小和深度。

二、工作坑支护形式分有钢板桩、钢筋混凝土排桩、喷锚支护及放坡支护等，支护方法和适用条件可按表3-2选用。

（表3-2） 工作坑支护方法和适用条件 工作坑支护 排桩、喷锚 适用条件 土质比较松软，且地下水又比较丰富； 渗透系数＞1×10cm/s的砂性土，覆土深度较大时 土质比较好，地下水又较少，深度＞3m时；渗透系数在1×10-4cm/s左右的砂性土 土质条件较好，地下水又较少，深度＜3m时 -4钢板桩 放坡 注：1、工作坑距建筑物较近，应采取特殊措施；

2、采用的支护方式，其整体刚度、稳定性和支撑强度必须通过验算；施工时应进行全过程位移观测；

3、工作坑内降水方法，根据水文地质条件确定；

4、放坡施工的工作坑，坡顶必须无荷载，余土应弃在2m以外；

5、工作坑支护方式应符合《建筑基坑支护技术规程》JGJ120中的有关规定要求。

第四节 回拉力计算及定向钻机选择

一、管材回拉力计算

1、定向钻回拉力按图6所示如下：

(图6 定向钻示意图)

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管道回拉力计算公式如下：

Pt=Py+Pf

Py=πDk2Ra/4 Pf=πDLf

式中： Pt—回拉力（kN）；

PY—扩孔钻头迎面阻力（kN）；

Pf—管周摩阻力（kN）；

Dk—扩孔钻头外径（m）,一般为管道外径 1.2~1.5 倍；

D—管道外径（m）；

Ra—迎面土挤压力（kPa）。在护孔泥浆中粘性土 Ra在 50~60kPa；砂性土在

80~100kPa； L—管道长度（m）；

f—管周与土的单位侧壁摩擦力（kPa）。在上海地区，粘性土 f 在 0.3~0.4kPa；

砂性土在 0.5~0.7kPa；

2、定向钻机钻孔口径宜根据第四章第三节（表4-4）计算值的1.5～3倍来选择。 二、管材所能承受最大拉力的计算

目前，拖拉管主要针对PE管材，根据聚乙烯燃气管道施工技术规程CJJ63-2008中规定：盘

管敷设或长距离铺设管道采用拖拉法时，拉力不得大于管材屈服拉伸强度的50%。管材最大拉伸屈服强度参照下表：

管材用料 PE80 PE100

根据上表，为了安全，我们取50%拉伸屈服强度的最小值（fn KN/m2）。 管材所能承受的最大拉力的计算如下：

拉伸屈服强度 19～21 MPa 22～23 MPa 50%拉伸屈服强度（MPa） 9.5～10.5 11～11.5 50%拉伸屈服强度（KN/m） 9500～10500 11000～11500 2Ft= fn×A

A=πS（DN-S）

Ft—— 管材承受的最大拉力（KN）

fn—50%拉伸屈服强度的最小值（KN/m2）

A—管材的截面积（m2） DN—管材公称直径（m） S—管材的公称壁厚(m)

三、拖拉法所用管材铺设的最大长度

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根据管材所承受的最大拉力Ft、由管材回拉力计算公式可以导出每种规格的管材所能拖拉的最大长度，计算参照回拉力计算公式进行。具体铺设长度请参照第二章第三节（表2－5）。

第二部分 非开挖顶管施工设计

第一节 顶管施工的一般规定

顶管施工就是借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直椎到接收坑内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间，这是一种非开挖敷设地下管道的施工方法。顶管施工法是继盾构法之后而发展起来的一种地下管道施工方法，也是使用得最早的一种非开挖施工方法，起源于美国。最初，顶管施工法主要用于跨越孔施工时顶进钢套管，随着技术的改进，顶管法也用于无套管情况下顶进永久性的公用管道，主要是重力管道。 一、顶管施工法一般规定

1、顶管的施工设计应包括以下主要内容： （1）施工现场平面布置图；

（2）顶进方法的选用和顶管段单元长度的确定； （3）工作坑位置的选择及其结构类型的设计； （4）顶管机头选型及各类设备的规格、型号及数量； （5）顶力计算和后背设计； （6）洞口的封门设计； （7）测量、纠偏的方法；

（8）垂直运输和水平运输布置；下管、挖土、运土或泥水排除的方法； （9）减阻措施；

（10）控制地面隆起、沉降的措施； （11）地下水排除方法； （12）注浆加固措施； （13）安全技术措施。

2、管道顶进方法的选择，应根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定：

（1）在粘性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施；

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（2）在软土层且无障碍物的条件下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管法； （3）在粘性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法；

（4）在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法； （5）在顶进长度较短、管径小的金属管时，宜采用一次顶进的挤密土层顶管法。

3、采用手掘式顶管时，应将地下水位降至管底以下不小于0.5mm处，并应采取措施，防止其他水源进入顶管管道。

4、顶管施工中的测量，应建立地面与地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处。

第二节 顶管顶力的计算方法

PE管材顶管的顶力可按下式计算，亦可采用当地的经验公式确定： P=fγD1[2h+(2h+ D1)tg2(45°-ф/2)+ω/γD1]L+PF 式中P——计算的总顶力(kN)；

γ——管道所处土层的重力密度(kN/m3)； D1——管道的外径(mm)；

H——管道顶部以上覆盖土层的厚度(m)； ф——管道所处土层的内摩擦角(o)； ω——管道单位长度的自重(kN/m)； L——管道的计算顶进长度(m)；

f——顶进时，管道表面与其周围土层之间的摩擦系数，其取值可按表3－4所列数据选用；

PF——顶进时，工具管的迎面阻力(kN)，其取值，宜按不同顶进方法由表3－5所列公式 计算。

（表3－4） 顶进管道与其周围土层的摩擦系数

土类 粘土、亚粘土 砂土、亚砂土

（表3－5） 顶进工具管迎面阻力(PF)的计算公式

顶进方法 手工掘进 工具管顶部及两侧允许超挖 - 18 - 18

湿 0.2～0.3 0.3～0.4 干 0.4～0.5 0.5～0.6 顶进时，工具管迎面阻力(PF)的计算公式(kN) 0 中财PE非开挖管道施工技术手册

工具管顶部及两侧不允许超挖 挤压法 网格挤压法 л· Dav · t · R л· Dav · t · R a·л/4 · D· R 注：Dav——工具管刃脚或挤压喇叭口的平均直径(m)； t——工具管刃脚厚度或挤压喇叭口的平均宽度(m)；

R——手工掘进顶管法的工具管迎面阻力，或挤压、网格挤压顶管法的挤压阻力。前者可采用500kN/m2，后者可按工具管前端中心处的被动土压力计算(kN/m)； a——网格截面参数，可取0.6～1.0。

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第四章 工 程 施 工

第一部分 非开挖定向钻进施工

第一节 施工准备

一、一般规定

1、定向钻铺管施工应符合设计要求，技术措施安全可行、减少环境污染、不破坏相邻管线与建筑物。

2、定向钻铺管施工前，应制订施工组织设计或专项施工方案，以防管材拉扁，并做好技术交底。

3、材料进场时，应进行质量检验，并附有质量证明合格文件。

4、施工时，必须要选择专业的非开挖公司进行施工，以确保工程的顺利完工 二、中财PE非开挖管材施工时，应做好如下施工准备

1、 给水排水管道工程施工前应由设计单位进行设计交底。当施工单位发现施工图有错误时，应及时向设计单位提出变更设计的要求。

2、 给水排水管道工程施工前，应根据施工需要进行调查研究，并应掌握管道沿线的下列情况和资料。

（1）现场地形、地貌、建筑物、各种管线和其他设施的情况； （2）工程地质和水文地质资料； （3）气象资料；

（4）工程材料、交通运输及排水条件； （5）工程供水、供电条件；

（6）工程材料、施工机械供应条件；

（7）在地表水水体中或岸边施工时，应掌握地表水的水文和航运资料。在寒冷地区施工时，尚

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掌握地表水的冻结及流冰的资料；

（8）结合工程特点和现场条件的其他情况和资料。

3、 给水排水管道工程施工前应编制施工组织设计。施工组织设计的内容，主要应包括工程概况、施工部署、施工方法、材料、主要机械设备的供应、保证施工质量、安全、工期、降低成本和提高经济效益的技术组织措施、施工计划、施工总平面图以及保护周围环境的措施等。对主要施工方法，应分别编制施工设计。

第二节 定向钻铺管钻机

一、定向钻铺管钻机分类和技术性能可按表4-1选用。

（表4-1） 定向钻机分类及其技术性能 分类 给进力或回拉力(kN) 扭矩(kN·m) 回转速度（r/min） 功率(kW) 钻杆长度(m) 给进机构 铺管直径(mm) 铺管长度（m） 铺管深度(m) 导向测量系统 小型 ﹤100 ﹤3 ﹥130 ﹤100 1.50～3.00 钢绳和链条 ﹤350 ﹤300 ﹤6 手持式导向仪 中型 100～450 3～30 100～130 100～180 3.00～9.00 链条或齿轮齿条 350～600 300～600 6～15 手持式导向仪或随钻测量仪 大型 ﹥450 ﹥30 ﹤130 ﹥180 9.00～12.00 齿轮齿条 600～1200 600～1500 ﹥15 随钻测量仪 第三节 定向钻施工机械的安装、调试、铺管施工

一、定向钻铺管施工设备安装应符合下列条件：

1、设备应安装在生产管中心线延伸的起始位置； 2、调整机架方位应符合设计钻孔轴线； 3、按设计入土角调整机架倾斜角度；

4、钻机定位后，应用锚杆锚固。土层坚硬且干燥可适用直锚杆；土层松散可采用砼基础或沉箱螺旋锚杆锚固定位。

二、导向系统配置应根据机型、穿越障碍物类型、探测深度及现场测量条件等选用，使用前应符

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管施工出现问题，严重的会使顶管施工失败，给工程造成巨大损失。

挤压式顶管只适用于软粘土中，而且覆土深度要求比较深。通常条件下，不用任何辅助施工措施。

手掘式只使用于能自立的土中，如果在含水量较大的砂土中，则需要采用降水等辅助施工措施。如果比较软的粘土则可采用注浆以改善土质，或者在工具管前加网格，以稳定挖掘面。手掘式的最大特点是在地下障碍较多且较大的条件下，排除障碍的可能性最大、最好。

半机械式的适用范围与手掘式差不多，如果采用局部气压的辅助施工措施，则使适用范围会较广些。

泥水式顶管适用的范围更广一些，而且在许多条件下不需要采用辅助施工措施。

土压式的适用范围最广，尤其是加泥式土压平衡顶管掘进机的使用范围最为广泛，可以称得上全土质型，即从淤泥质土到砂砾层它都能适应（N值从0-50之间，含水量在20%-150%之间的土它都能适应）。而且，通常也不用辅助施工措施。 二、各种顶管形式所适应的范围可参见表4-7

辅助施工：

顶管施工有时离不开一些辅助的施工方法，如手掘式顶管中常用的井点降水、注剂等。又如进出洞口加固时常用的高压旋喷施工和搅拌施工等。

不同的顶管方式以及不同的土质条件应采用不同的辅助施工方法。顶管常用的辅助施工方法有井点降水、高压旋喷、注剂、搅拌桩、冻结法等多种，都要因地制宜地使用才能达到事半功倍的效果。

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（表4-7） 顶管施工方法适用的地质条件与辅助施工的关系 顶管方法 △ ○ × 地质条件 开肩式人工挖土 辅助施工 分类 土质 N值 含水量（%） 无 有 类 有机土 粘土 粘土 粘性粘土 土 亚粘土 亚粘土 亚粘土 粉砂 砂性松软砂土 土 固结砂土 松的砂砾 固结砂砾 砂砾含卵石石土 砾 卵石层 硬土 岩土 软岩 岩石 50以上 × × × × △ A、B × × × × × △ A、B △ △ A ○ ○ × ※ ※ ※ △ × × × △ △ × × × A × △ A、B × △ ○ A、B △ △ A ○ △ △ A 30以上 10-40 40以上 20以下 △ × △ ○ A、B × △ A、B × ○ A、B × △ ○ A、B △ △ × △ A、B △ △ △ ○ A、B △ △ A A A ○ ○ ○ ○ A 10-30 20以下 × △ A、B × × × △ △ A ○ △ ○ A 10-20 15-25 20以上 10-15 50以上 50以上 20以上 50以上 ○ ○ △ △ ○ B × × × × ○ ○ ○ B ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ 5-10 50以上 △ ○ A ○ × △ A ○ △ 0 0-2 0-5 150以上 × 110-150 × 80以上 × × △ △ A A × ○ ○ △ 种无 有 类 A × × × × × × 半开肩的挤压式 辅助施工 种无 有 类 × △ × △ 开肩的平机械式 辅助施工 种无 有 类 A △ △ 土压式 一般土压式 辅助施工 种无 有 类 A × △ △ ○ △ ○ 泥土加压（DK）式 辅助施工 种 无 有 类 A A A 辅助施工 种泥水式 △ ○ △ ○ ○ 说明：○-适用，△-基本不适用，×-不适用，※-特殊机型适用，A为注浆，B为降水。

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第二节 顶管施工法的工艺流程

一、顶管施工法工艺流程如图8：

（图8 顶管施工法示意图）

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第三节 小口径顶管施工法的介绍

一、常用施工法—小口径顶管施工法介绍

小口径是指人只能在管内爬行，有时甚至于爬行也比较困难的管子，这种管子口径一般在D500mm-D1000mm之间。我公司管材：如PE管材最大可以做到D630mm，完全可以满足小口径顶管所需管材规格要求。小口径顶管施工法是目前较常用的一种顶管施工方法。

小口径顶管施工法又称小口径顶管法，起源于日本，是指人不进入管内作业的遥控式顶管施工法，一般用于口径在900mm以下的管道铺设。但实际上可以铺设更大直径的管道，最大可达3000mm，甚至更大。小口径顶管不仅用于下水道施工中，而且还广泛用于自来水、煤气、电缆、通信等各个领域的管道敷设工程中。过去，由于这些管道埋深浅、口径小，所以大多采用开挖法施工。但是，随着城市建设规模的不断扩大，城市中道路等级也越来越高，加上交通量的不断上升，许多建成区内已无法采用开挖法施工。另外，随着铁路网、公路网和高速公路网的建成，许多过路管道也不允许采用开挖施工。这就促使小口径顶管得到迅速发展和完善，显示出其优良的施工性能和低廉的施工成本，反过来又促进它的更广泛、更普及地使用。所以，小口径顶管发展到如今，由于施工速度快、施工精度高、适应土质范围广而深受业主与施工单位的欢迎。

小口径顶管施工时，要求在要铺管的两端设立两个工作坑(顶进工作坑和接受工作坑)， 工作坑的尺寸根据管道的直径和长度，以及顶管掘进机的大小而定。工作坑的周围应有足 够的空间放置地表施工设备。小口径顶管的施工设备主要由钻掘系统、激光导向系统、出渣系统、顶进系统、润滑系统和控制系统等(见图9)。

（图9 小口径顶管施工示意图）

1、钻掘系统

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钻掘系统由驱动电机或液压马达、破碎装置、钻掘刀头组成。视地层条件的不同，可选用不同形式的钻掘刀头。如刮刀式切削头用于不含石块的土层；盘式滚刀和刮削相结合的刀头用于中软岩石地层；滚刀型切削刀头用于较硬的岩层。破碎装置由偏心旋转锥体和固定的外锥套组成，随钻掘的进行，较大的岩块可被二次破碎以便顺利排出。一般可将1/3顶管掘进机的石块破碎到粒径为19～25mm，大大减少排渣堵塞现象。

2、激光导向系统

激光导向系统由激光发生器和激光靶及信号传输显示系统组成。激光发生器固定在顶进工作坑中，发出的激光束照射在位于顶管掘进机内的光靶上。测量信号的传输、显示有两种方式：一种是主动式，光靶由光电管组成，偏斜信息直接在光靶处转换成数字电信号后传到控制台；另一种是被动式，激光照射在刻度盘上的偏斜信息由光靶附近的闭路电视摄像系统拍摄后，传输到控制台的显示屏。根据测量到的偏斜数据，可操纵液动纠偏系统，从而实现调节铺管方向的目的。

3、出渣系统

出渣系统有两种方式，一种是螺旋排渣系统，它由螺旋钻杆、渣土提升装置等组成，一般用于不含水的地层，一次性铺管距离较短；另一种是泥浆排渣系统，它由地表的泵站和泥浆除渣设备以及排送管路组成，泥浆用来携带渣土、冷却刀具、辅助碎岩以及平衡地层压力。这种系统具有一次性铺管距离长、适用地层范围广、可在含水的地层中施工的优点。

4、顶进系统

顶进系统安装在顶进工作坑内，由顶进油缸、滑架等组成，油缸的顶推力，视地层、管径和管长而定。

5、润滑系统

润滑系统用来润滑管道的外壁，减少顶进时的摩擦力。它由泵送装置、管路等组成，润滑液一般为膨润土泥浆或聚合物。

6、操作控制系统

操作控制系统设置在地表，包括参数显示、方向控制等，它是小口径顶管的遥控指挥部。 小口径顶管可根据它的工作原理和取土形式分为先导式或压入式、螺旋式或土压式和泥水式三大类(见表4-8)，每类又可分为几种，每一种中还有若干种机型。

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