談非開挖定向鉆進(jìn)技術(shù)拖拉管施工工學(xué)論文

　　摘要：本文闡述了非開挖定向鉆進(jìn)技術(shù)拖拉管的軌跡設(shè)計(jì)原理及拖拉管導(dǎo)向、擴(kuò)孔、回拉、檢測等施工技術(shù)，分析了拖拉管施工的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：非開挖定向鉆進(jìn)；拖拉管施工；優(yōu)缺點(diǎn)

　　地下管道施工中，經(jīng)常遇到河流、鐵路等大型障礙物，無法徑直開挖，通常采用頂管施工，需建鋼筋混凝土工作井接收井等，工序多，工期長，造價(jià)高。采用非開挖定向鉆進(jìn)技術(shù)拖拉管施工，能縮短工期，降低工程成本。如上海海港新城污水埋管工程采用非開挖鉆進(jìn)技術(shù)拖拉管就是成功一例。該工程樁號(hào)為KO+OSO至KS+540，管線全長9.5km，其中橫穿濱果公路和軍墾河段，管徑DN600，原設(shè)計(jì)為開挖施工，設(shè)計(jì)變更為拖拉管，管材為高密度聚乙烯HOPE管，非開挖長45m。

　　一、拖拉管簡介：

　　非開挖定向鉆進(jìn)技術(shù)又稱拖拉管、牽拉管施工，是將石油工業(yè)的定向鉆進(jìn)技術(shù)與傳統(tǒng)的管線施工方法相結(jié)合的一項(xiàng)施工新工藝，近幾年被廣泛用于市政、電信、電力等多種地下管線的建設(shè)中。

　　非開挖定向鉆進(jìn)施工是將定向鉆機(jī)設(shè)在地面上，在不開挖土壤的條件下，采用探測儀導(dǎo)向，控制鉆桿鉆頭方向，達(dá)到設(shè)計(jì)軸線的要求，經(jīng)多次擴(kuò)孔，拖拉管道回拉就位，完成管道敷設(shè)的施工方法。

　　二、拖拉管主要施工工藝：

　　(一)水平定向軌跡設(shè)計(jì)與原理

　　導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)是在管線剖面圖基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出鉆孔的最佳曲線。根據(jù)開挖的工作坑、接收坑結(jié)合設(shè)計(jì)井位，按照設(shè)計(jì)管道水力坡度標(biāo)高來設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡。不僅需要考慮避開穿越區(qū)域的地下管線，還要考慮到水文地質(zhì)、地面環(huán)境、鋪設(shè)管道的管徑材質(zhì)、穿越長度深度、鉆機(jī)的性能等因素。管道施工的軌跡要滿足設(shè)計(jì)要求，必須考慮入土點(diǎn)、出土點(diǎn)的斜直段、曲線段長度，嚴(yán)格控制水平穿越段各點(diǎn)標(biāo)高。一般作業(yè)標(biāo)高控制以每根鉆桿為一個(gè)控制點(diǎn)，按設(shè)計(jì)管道水力坡度計(jì)算出鉆進(jìn)軸線上軌跡標(biāo)高。入射角度根據(jù)已知數(shù)據(jù)科學(xué)計(jì)算，正常操作應(yīng)控制在5－12度之間。如果單從施工的順利程度考慮，在產(chǎn)品管線埋設(shè)深相同的前提下，造斜距離越長則軌跡曲線越平緩，有利于后續(xù)管的順利回拖。

　　(二)拖拉管施工

　　2 施工準(zhǔn)備

　　2.1 編制施工方案，明確技術(shù)措施，嚴(yán)格技術(shù)管理。

　　2.2 施工主要設(shè)備及拖拉管材料選擇

　　該工程采用FDP-25型水平導(dǎo)向鉆機(jī)。

　　管材采用HOPE平壁管，管材的強(qiáng)度及環(huán)剛度必須滿足設(shè)計(jì)和施工階段的荷載要求。

　　3 測量監(jiān)測

　　3.1布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)。量測地面、管線監(jiān)測點(diǎn)，及時(shí)反饋信息，指導(dǎo)鉆進(jìn)施工技術(shù)參數(shù)的調(diào)整。

　　3.2 環(huán)境監(jiān)測。定時(shí)監(jiān)測周邊建筑、道路裂縫、水位等信息變化，及時(shí)直接預(yù)警、控制沉降量。

　　4 導(dǎo)向孔與鉆進(jìn)施工

　　根據(jù)設(shè)計(jì)的地下管線位置，開設(shè)長1.5m寬0.5m的樣洞確定管位。在距離工作井15～20m處設(shè)一個(gè)造斜工作坑，在距末井20～25m處設(shè)一個(gè)拖管坑，保證水平導(dǎo)向鉆機(jī)作業(yè)的穿越深度和長度。

　　4.1 工作坑內(nèi)安放導(dǎo)向鉆具。檢查測量儀器，探頭電池的絕緣性能，以防漏電。

　　4.2 將探頭裝入探頭盒內(nèi)，打開接收機(jī)和同步顯示器，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)探頭盒。將探頭盒與造斜鉆頭接好并連接在鉆桿上，開機(jī)輸送鉆進(jìn)液，檢查鉆頭噴嘴。

　　4.3 鉆桿放入導(dǎo)向鉆機(jī)，就位，使鉆桿在設(shè)計(jì)軸線上。逐節(jié)鉆進(jìn)，直至將鉆桿鉆入拖管坑。鉆進(jìn)過程中用無線手持式測量儀跟蹤監(jiān)測，嚴(yán)格控制鉆頭軌跡，沿設(shè)計(jì)軸線前進(jìn)，如偏差大于規(guī)定要求立即調(diào)整。

　　4.4 鉆桿線性與速度控制。鉆桿線性直接關(guān)系到鉆進(jìn)的速度及孔外壓力變化，施工中保持鉆桿線性并控制鉆進(jìn)速度，控制地面沉降量在較小范圍內(nèi)。

　　4.5 灌漿壓力控制。在不同土層中穿越做好泥漿的調(diào)配，施工中控制灌漿壓力(一般在5Kg內(nèi))。即保證施工效果，又減少地表沉降量。

　　5 成孔與泥漿護(hù)壁技術(shù)

　　流砂層定向鉆孔：泥漿護(hù)壁，穩(wěn)定地基與填充雙液注漿加固，將泥漿系統(tǒng)與鉆機(jī)相連，水電系統(tǒng)接入。

　　(1)鉆井液。定向鉆機(jī)鉆進(jìn)中，鉆井液用于穩(wěn)固孔壁、降低回轉(zhuǎn)扭矩和拉管阻力、冷卻鉆頭和發(fā)射探頭、清除鉆進(jìn)產(chǎn)生的土屑等，它被視為導(dǎo)向鉆進(jìn)的“血液”。一般采用優(yōu)質(zhì)膨潤土制備。

　　(2)鉆井液循環(huán)。鉆進(jìn)時(shí)鉆井液會(huì)從另一邊的上空口返出，這時(shí)要使用兩套泥漿循環(huán)系統(tǒng)處理，或運(yùn)走泥漿，減少環(huán)境污染。

　　6 擴(kuò)孔：

　　導(dǎo)向孔成型后，取下導(dǎo)向鉆頭，接上反擴(kuò)鉆頭、分動(dòng)器，即可進(jìn)行回拖擴(kuò)孔。在拖管坑一端的鉆桿上，依次按設(shè)計(jì)方案裝上不同規(guī)格的擴(kuò)孔器，利用導(dǎo)向鉆機(jī)回拉鉆桿進(jìn)行擴(kuò)孔，直至將土孔擴(kuò)大至設(shè)計(jì)孔徑。根據(jù)工程工藝設(shè)計(jì)要求，擴(kuò)孔一共需進(jìn)行5次，分別為φ220、350、500、600、750，最后一次用封閉式鉆頭擴(kuò)孔，使鉆孔直徑滿足拖管管徑要求。

　　7 拖管控制：

　　(1)用熱熔焊接法將每節(jié)管材按設(shè)計(jì)長度焊接好，并將其前端與鉆桿連接牢固，利用導(dǎo)向鉆機(jī)回拉拖管。

　　(2)設(shè)置造斜坑一只，各段一次牽引到位。拖管完成后，鉆頭由工作井取出。

　　(3)置換漿。在鉆進(jìn)和拖管結(jié)束后，及時(shí)將工作坑內(nèi)的泥漿清理出場。用比重約1.75的水泥漿液對(duì)護(hù)壁泥漿進(jìn)行同步置換，充分填補(bǔ)拖管造成的空隙。

　　8 坑底穩(wěn)定地基注漿加固

　　基坑底板穩(wěn)定地基雙液注漿加固：針對(duì)上海臨港軟土土質(zhì)含水量高、軟塑性的特點(diǎn)，有觸變、流變的特性，對(duì)基坑底土體加固，預(yù)防管涌并隔斷水源，改善基底土體的穩(wěn)定性，提高地基土的承載力。拖管前，在基坑底板下1m～3m的深度及周邊范圍內(nèi)，進(jìn)行滿堂雙液注漿加固。

　　9 周圍管線情況

　　周圍有其它公用地下管線、井位，須挖探坑查清其位置與走向，采取必要的避讓或保護(hù)措施。

　　10 管道變形檢測、閉水試驗(yàn)檢查

　　參照上海市工程建設(shè)規(guī)范《埋地塑料排水管道工程技術(shù)規(guī)程》(DG／TJ08-308-2002)關(guān)于管道變形的檢測方法：人不能進(jìn)入管內(nèi)的塑料管可采用圓度測試板管內(nèi)拖拉進(jìn)行檢測。根據(jù)實(shí)際施工情況，拖拉鋪設(shè)結(jié)束后，水可能進(jìn)入管內(nèi)，采用圓度測試板檢查管道變形有難度，本工程采用了類似于通球法的內(nèi)拖法進(jìn)行檢查，并進(jìn)行閉水試驗(yàn)檢查。

　　三、拖拉管施工的優(yōu)缺點(diǎn)

　　3.1 拖拉管施工的優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)采用非開挖技術(shù)，地上功能正常使用：穿過鐵路、公路可不阻斷交通：穿過河流可保證河流通暢、不阻斷通航、有利于排洪等。

　　(2)環(huán)保型施工：由于采用非開挖施工技術(shù)，減少了大量工程土的堆放，有利于環(huán)境保護(hù)。減少了地面開挖、恢復(fù)造成的浪費(fèi)。

　　(3)縮短工期，節(jié)約工程成本：采用非開挖鉆孔技術(shù)，施工速度快，地上工程保護(hù)好，極大地節(jié)約了建設(shè)成本。

　　(4)節(jié)省勞力，安全可靠：與明挖開槽埋管相比較，明顯減少了勞動(dòng)力。定向鉆機(jī)上配置鉆桿自動(dòng)裝卸系統(tǒng)，定長的鉆桿排列在一個(gè)“傳送盤”上，使增加或卸下鉆桿的操作可以在鉆孔作業(yè)不停的狀態(tài)下完成，加快了施工效率，施工安全，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度等。

　　3.2 拖拉管施工的缺點(diǎn)：

　　水平定向鉆拖拉管施工是一項(xiàng)新的生產(chǎn)工藝技術(shù)，目前我國尚無統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工驗(yàn)收規(guī)范。

　　(1)拖拉施工結(jié)束，產(chǎn)品管與回?cái)U(kuò)孔之間的空隙處理，不能象開槽埋管的施工方法回填密實(shí)，對(duì)于橫穿道路的管線部位，孔內(nèi)泥漿固結(jié)后，道路可能出現(xiàn)微量下沉。

　　(2)由于非開挖法施工鋪設(shè)的管道高程近似倒置曲線，雨污水管道內(nèi)淤積污物清洗不便。

　　(3)當(dāng)施工現(xiàn)場有干擾時(shí)，如無線電發(fā)射臺(tái)、輸電線路、變壓器等將影響手持式跟蹤儀的測量精度。

　　四、結(jié)束語：

　　非開挖鉆進(jìn)技術(shù)拖拉管施工適用于有障礙物不宜開挖的地下管線工程，屬于倒虹吸管。

　　本工程采用拖拉管施工，經(jīng)對(duì)導(dǎo)向孔鉆進(jìn)、回?cái)U(kuò)、回拉量測、閉水檢驗(yàn)等指標(biāo)控制，順利地橫穿公路和河流，保證了地面交通通暢及河流汛期排洪，達(dá)到了預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)。

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