排水管道工程定向钻孔拖拉法施工技术 9页

排水管道工程定向钻孔拖拉法施工技术　　摘要：结合工程实例，对定向钻孔拖拉法进行详细地剖析。文中通过介绍定向钻孔拖拉法施工工艺的流程及应用、主要施工技术参数的确定、常见问题的解决方案、以及环境保护等，详细论述定向钻孔拖拉法在排水管道施工的优越性。　　关键词：排水管工程；定向钻孔拖拉；施工技术　　1工程概况及方案比选　　深圳市坪山河流域排水管网完善二期工程Ⅰ标，求水岭路主管TT-WC1至TT-WC7段，管道长度共138m，埋深3.18～3.77m，管径为DN500，水位标高为35.26m，水位深度为0.9m。根据地质勘察报告，岩性描述为：34.86m以上为人工填土，主要成分为含少量碎石及砂砾的粉质粘土，稍湿，松散状态；30.76～34.86m为含角砾粉质粘土。　　该施工段是求水岭工业园和求水岭村的主要通道，路面宽度为6.5米，施工场地狭小，车流量大，路面两侧均为厂房生产区。若采用传统“明挖法”挖槽施工，须进行全封闭施工，全路段破除砼路面、钢板桩支护。施工期间对该区域的交通有极大阻碍，造成村民交通生活、厂区生产运输严重影响。相比之下，定向钻孔拖拉法施工具有对交通影响最小、施工方便、工期较短、施工成本较低、环境保护等优点。综合施工、技术、经济、环保等方面的比较，选用定向钻孔拖拉法施工方案最有优势。　　2施工准备\n　　2.1施工机械的选用　　（1）导向探测仪的配置应根据机型，穿越障碍物类型，探测深度和现场测量条件以及定向钻机类型选用。　　（2）导向钻头的类型和尺寸应按岩土的类型，土层的造斜能力，造斜配套工具等要求进行确定，钻头类型笔尺寸可参照表1选用。　　表1　　根据施工现场的实际情况，采用了相应的施工设备：　　主要施工设备表　　2.2管材选用　　HDPE实壁管抗外压能力强、柔韧性好、单位质量轻，非常适合牵引施工。故本工程采用HDPE实壁管，其密度：0.95g/cm，短期弹性模量：850Mpa，抗拉强度标准值：26Mpa，抗拉强度设计值：18Mpa，环刚度：10kN/m2，满足设计要求各项指标，采用对接热熔接口，确保定向钻进敷设施工中不断裂。　　2.3施工测量　　施工测量工作准确无误，是完成定向钻孔拖拉法施工的首要保证条件。主要的控制参数包括：　　（1）在进行施工测量前对已知控制点复测，并间隔2m进行布控放点，用红油漆进行标记清楚。　　（2）导线方位角闭合差、水准点闭合差、管道轴线与高程必须满足相应的测量质量标准与检测频率。　　2.4导向孔轨迹设计\n　　钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土的角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和铺设管线的性能等。结合施工现场计算可得，造斜段AD＼BC长度为20m，直线段为实际铺设长度68m。AD造斜段是钻杆进入敷设管道的过渡段，BC造斜段是钻杆出露地面的过渡段，也是敷设管道的进入通道.　　弧形导向孔轨迹图　　2.5工作坑开挖　　根据测量放线定点开挖工作坑，大小为4m×4m，井深为3.7m。接收坑为3m×3m，井深3m。工作坑采用钢板支护，防止周围土壤塌陷，保证施工安全。　　3施工工艺　　图1施工工艺流程　　4施工质量控制　　在定向钻孔拖拉法施工中，施工现场控制参数是处于动态平衡的，需根据现场状况采取相应措施进行调整，其主要包括标高控制、钻导向孔控制、预扩孔质量控制、泥浆配合比控制、管道组对焊接控制、回拉管材控制、管道注浆控制。　　4.1标高控制措施　　（1）利用现有地形标高与设计图纸上的管底标高计算出每个控制点的深度，并制作成数据表，用于导向钻孔时对每个控制点进行控制，及时发现偏差并纠正。\n　　（2）直观控制：通过已设的两个水平测量点，利用塔尺进行直观测量导向钻头的标高，算出导向仪在地面上测量的深度与实际深度的偏差，然后根据这一个系统偏差对导向孔进行纠正。　　4.2钻导向孔控制　　钻机应试运转并调整好适合本次施工的参数。按设计轨迹钻导向孔。在造斜段数据控制点按1m长度设置；水平段可按3m长度设置，以控制导向孔不偏离轴线。控制每根钻杆的标高偏差范围在±80mm误差范围内，轴向偏差范围控制在±100mm误差范围内。在地表测量点做好标记，以方便后期测量和核对深度及位置。导向过程中配合使用水准仪，保证到达污水井前2～3m时，达到设计高程。　　4.3预扩孔质量控制措施　　（1）预扩孔是管道回拖成功的关键程序，根据本地区地质资料，DN500管采用逐级扩孔，确保其管道顺利穿越。　　（2）扩孔直径为管道外径1.3倍，并采用以下措施保证成孔质量及路面安全：　　①施工中及时调整泥浆配比，泥浆比重大于1.03，使其与粘土混合物产生的泥浆比重达到1.2。为了增加钻孔的护壁效果，防止塌孔，在泥浆中按比例加入高分子聚合物（钻液宝）、烧碱等外添加物，使钻孔壁形成一层保护层达到良好的护壁功能。　　②钻孔施工应连续、匀速扩孔，控制扩孔的时间在5分钟/根，从而使孔内泥浆能均匀分布，保证泥浆处于粘滞状态。　　③\n根据每次的预扩孔情况，合理安排下一级扩孔尺寸和扩孔器水嘴的数量及直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，避免泥屑床生成。　　④最后一次扩孔与回拖工序要连续进行，间隔时间控制在3个小时之内。　　4.4泥浆配合比控制　　泥浆的配制随着不同阶段和地质情况而相应调整：　　（1）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定；其基本配方是：7―8%预水化钠基膨润土+0.2―0.4%增粘剂+0.3%降滤失剂。　　（2）预扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力；其基本配方为：7―8%预水化钠基膨润土+0.3%―0.5%提粘剂+0.4%降滤失剂。　　（3）扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力，同时还有很好的润滑能力，减少阻摩力和扭矩；其基本配方如下：7―8%预水化钠基膨润土+0.3―0.5%提粘剂+0.4%降滤失剂+2%―3%的润滑剂。　　（4）泥浆黏度保持在55～65s之间，pH值应控制在8～10之间。施工现场每2h应对泥浆黏度观测一次。　　4.5管道组对焊接控制　　管道采用拖拉管专用管，采用电热熔焊接，使其焊缝系数>1，其焊缝强度应超过本体。由于在管道回拖过程中，管道断裂往往并不是出现在焊缝位置，而是出现在焊缝左右0.5米～1.5米的地方，根据现场实际焊接试验，为保证焊缝强度和防止管道在回拖工程中出现断裂，本例焊接时间一般为30min。\n　　4.6回拖管材及回拖力控制　　回拖管材操作中，主要为管材焊接和钻机的操作控制。回拖前须检查管道连接的热熔焊接质量，待焊接自然冷却检查合格后方可进行拖管。在回拖管道过程中，密切注意孔内情况、钻机操作手应密切注意钻机回拖力、扭矩的变化。如发生突变，需马上停止作业，查明原因并调整相关参数后才允许重启机器。回拖应平稳、顺利，严禁蛮拖。回拉完成后通常需等待24h，待管材应变恢复后，再切断管材。管道与井壁接头处一般用遇水膨胀橡胶作为止水材料。　　回拖力计算及最大拖拉长度：　　根据管道回拖力计算公式：　　F=（F1-G）K-------（式1），F1=πD2Ld1/4-------（式2），G=π（D2-D12）Ld/4-------（式3）　　本工程的回拉力F={3.14×68×[0.53322×13-（0.53322-0.52）×9.5]/4}×0.7　　=126.3KN　　式中：F―回拖力（KN）；F1―管线排开泥浆的重量（KN）；G―管线在空气中的重量（KN）；　　D1―管道内径（m），D―管道外径（m）；d―管线的比重（KN/m3）；d1―泥浆的比重（KN/m3）；　　L―管道长度（m）；K―管周与土的摩擦系数，一般取0.2～0.8（本例取0.7计算）。\n　　本设备（ZT-25D）额定回拉力为250KN，规范要求实际回拖力应小于设备额定回拖力的70%（175KN），最大拖拉长度70m，本工程经计算实际回拖力为126.3KN，拖拉长度为68m，满足施工规范及施工要求。　　4.7管道注浆控制　　造斜段、管道外壁及窖井回填土中的空隙必须注浆填充密实，最大限度减小路面的沉降值。在注浆施工时应注意：　　1.根据实际情况每3～6m注浆一次，根据计算注浆量一定大于泥浆量，注浆时尽量保持不要间断。　　2.当钢管拖入地面时一定要用堵头堵死，防止浆液从花管前端流出。　　5质量检测　　（1）管材质量检验：由于本单位工程中接头数量不足100个，只需做1个接头热熔焊缝焊接力学性能试验，实时观察及检查焊接力学性能检测报告。　　上述检验中若有不合格的则应加倍抽检，加倍检验仍不合格时应停止焊接，查明原因并整改后方可施焊。　　（2）管道接口应不渗漏泥水，可抽检进行闭水试验。　　（3）窨井处管道口连接密封牢固，洞口不渗漏泥水。　　（4）管道水力坡度符合设计要求。窨井处管道平面位置、管内底标高应进行测量，允许偏差应符合下表规定：　　6验收检测　　本工程采用了通球法的内拖检查方法，进行了管道变形情况的检查，通过率达100%。\n　　为了保证管道闭水试验的准确性和缩短管道封闭时间，本项目采用橡皮气囊封闭管头，闭水试验水位为试验段上游管内顶以上2m，当试验水头达到规定水头时开始计时，观测管道的渗水量持续时间为30min，期间应不断地向试验管段内补水，保持试验水头恒定。最终试验渗水量为26m3/24h?km，符合规范要求。　　在管道施工完成2个月后，采用排水管道CCTV技术进行复测，根据检测录像，进行管道状况的判读，确认管道是否需要修复和修复应采用何种工法，可以科学地制订养护方案。　　7环境保护措施　　在定向钻孔拖拉法施工中，用于管道润滑及护壁作用的泥浆往往会对周围环境产生较大影响。为降低其影响，本项目采用分级过滤池，多级沉降池的方式，除去泥浆的较大颗粒，通过泥浆泵的搅拌作用，使泥浆可循环利用，不仅降低了施工成本，有效地减少对现场环境的影响。完工后统一使用配套运输车把沉淀池、过滤池中的余料运离现场，使泥水不向外泄漏，最后回填沉淀池、过滤池，达到环境保护的目的。　　8常见技术性问题及解决方法　　（1）在实际操作中，经常出现管线探测仪显示分辨力、准确度、可信度不高等问题。解决措施为加强对已知资料的研究，考虑可能出现影响和干扰因素，对可能出现电磁电场的影响值进行估算，使影响和干扰因素处于可控范围内。\n　　（2）施工现场土质松软，导致钻孔不易形成，孔洞容易塌方的问题。解决措施为一方面改进泥浆配合比，添加高分子添加剂和提高其配合比，提高护壁粘稠性能。另一方面，改善其施工工艺，缩短钻孔及回拉时间，确保在停止钻进时，孔内泥浆始终在正压，以保证钻机性能不受影响。　　（3）由于钻杆掘进过程中常会遇到软弱土而导致掘进钻头的摩擦阻力过小，不能完全平衡锤体前进时后座反作用力，降低穿越成功的可能性，易造成塌孔，缩径的问题。解决措施为加强对土质的判断，进行土质处理，在泥浆中添加防渗水，防塌孔的纤维素，悬浮剂和分散剂。　　9结束语　　综上所述，定向钻孔拖拉法是城市市政建设和排水管网改造施工中一种新型的非开挖施工方式，具有不破坏原地貌状态和保护环境的施工特点。本工程采用定向钻孔拖拉法施工，经对导向孔钻进、回扩、回拉量测、闭水检验等指标控制，达到了预期的建设目标，缩短了建设工期，节约了施工成本，减少了交通干扰，取得了良好的社会和经济效益。　　参考文献：　　[1]张海燕、刘小东；热力管道非开挖定向穿越施工技术的应用[J]；工程建设与设计；2010年03期　　[2]DBJ13-102-2008.《水平定向钻进管线铺设工程技术规程》.　　[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.《给水排水管道工程施工及验收规范》。