浅议非开挖水平定向钻技术在市政污水管道工程的应用 3页

2012年11月日伍歪垂了田工艺与设备【文章编号11673-0038(2012)33-0129—03浅议非开挖水平定向钻技术在市政污水管道工程的应用黄煜(北海市市政工程设计院北海市536000)摘要：非开挖水平定向钻技术应用于市政给排水工程中，具有不破坏环境、不影响交通、施工周期短、综合成本低、社会效益显著等优点。随着我国城市化进程的加快以及人们生活水平的不断提高，水平定向钻拖拉法在市政给排水工程中得到了广泛应用。本文阐述了水平定向钻拖拉法在市政污水管道中的应用。关键词：市政工程；污水管道；水平定向钻；技术应用非开挖技术按施工方法分主要有水平导向定向钻；顶管法；盾构法等。其中顶管法主要应用在大中口径(D800～D3000mm)管道；盾构法主要适用于大口径(D≥3000ram)管道：而水平定向钻主要应用在中小口径(D300～D800mm)管道。目前非开挖技术广泛应用在市政给排水管道工程中，而市政污水管道D≤800ram中小口径的管道占有相当大的比重。水平定向钻拖拉法成为污水管道非开挖施工的首选。水平定向钻拖拉管就是在原地表不开槽(只局部开挖工作井)的情况下，使用水平定向铺管钻机敷设各种地下管线的一种技术，其施工工艺流程为：施工准备_+测量放线斗设计钻进轨迹_工作坑_÷钻导向孔斗泥浆配制_扩孔_拉管_+恢复地形地貌。水平定向钻拖拉法适用于被拖拉管道两端有足够的造斜段距离，该方法可用设计的井位作为工作井，可根据土质的承载力，选择先挖掘或后挖掘，承载力好的土质一般先挖掘，以便于储存废弃的泥浆，并可在井位处切断管头，这样管材不必在地下积存，反之，对于承载力差的土质，则选择后挖掘，这样，被拖拉管材从井位到入钻处的斜段部分，就要暂时存留在地下，需等到做检查井时断开拖出。水平定向钻拖拉法单次拖拉距离最大可达300m(主要由土质、管材以及管径的具体情况来决定)，通常拖拉管的最大管径可达800mm。以下简介水平定向钻在北海市银滩中路污水改造工程的应用。银滩中路位于北海市4A级旅游区银滩内，是横贯银滩景区的一条东西向主干道，道路于1993年建成，道路红线宽度30m，银滩大桥至银滩大门段长3280m，道路同期建设有雨污水管道，原设计的污水管道采用钢筋混凝土管，接口为钢丝网水泥砂浆抹带接口，由于银滩地区多为砂质土，地下水位高且受潮汐影响，受当时施工水平限制，原污水管道施工质量无法保证，接口绝大部分均已错口，管内淤积严重，致使原污水管道已完全无法使用，目前银滩中路沿线的酒店、宾馆等的生活污水直接排入银滩中路已建雨水管道，污水未经处理而直接排放至银滩海域，使银滩水环境的污染量大大超过了其本身自净能力，从而破坏了水的良性循环，导致银滩海域水质受污染。因此，银滩中路污水管网的建设将污水接入市政污水管道，将极大改善银滩地区环境。银滩中路(广东南路至银滩东门)段污水管道已于2003年随银滩中区(一期)改造工程新建了污水管道，本次建设的为银滩中路(银滩大桥至广东南路段)污水管道，该段道路长1240m，车行道及人行道均己建设完成，且地下管线繁杂(道路横断面管线位置如图1)。．j——————————————————．———————————————————，—————．———————～—191—————————————————————————一——．————————————————一作为银滩景区的交通主干道，如在车行道下敷设必将对银滩地区的交通造成极大的不便，同时该段污水管道埋深较深，如采用开槽施工，势必会对其他已建管线造成影响。综合考虑，本段管道设在道路南侧人行道上，管道中心线距道路中心线12．55m处，采用非开\n工艺与设备■材国黄强2012年11月挖水平定向拖拉管施工。1设计前的准备水平定向钻拖拉管的布置方案受多种因素的影响，其中最主要的是现场的地上和地下条件。设计前的准备工作的关键，是做好拖拉管段的勘察测量和地上、地下障碍物(尤其是地下隐蔽障碍物)的调研工作。现场的地上条件包括地形、地貌以及周围建筑物、道路、河流等；地下条件包括工程地质、水文地质、现有地下管道、地下水和地下隐蔽工程等。因此，在水平定向钻设计前必须取得第一手的地质资料，为编制设计方案和计算工程造价提供依据。这些资料一般包括：现状与规划公用设施管线性质、材质、位置、直径和埋深；现状地面及地下桩基；水(河、沟渠)、道路、桥涵或其他地面障碍物的资料；穿越地层的土质类型和结构，土质的主要物理力学特性(特别是土的抗剪强度和土层的内摩擦角)、含水量、透水性、岩石硬度、含卵石或砾石的比例等。2穿越曲线的设计穿越曲线设计即寻找最理想的钻进路径，它是水平定向钻拖拉法设计的核心。拖拉管的穿越曲线由造斜段与水平段组成，图2为水平定向钻拖拉管穿越曲线示意图。笙!垄塑曼丝堡0l奎±垦丝壁：1．笙!垄塑垦丝壁!：拖拉管水平K度J．图2水平定向钻拖拉冒穿越曲线水平定向钻拖拉法穿越曲线的设计过程如下：(1)对管道进行技术经济比较与论证，对工程特点进行分析，选择最适宜的管材。(2)根据流量及试验压力，确定管道的壁厚和管道外径D。(3)确定拖拉管水平段的埋深h及长度l，。l，一般是穿越障碍物的实际需要长度。拖拉管的最小覆土需满足以下要求：①穿越公路、铁路、河流时，其覆土厚度满足有关专业规范的要求，当无特别规定时，应符合下表的要求；②敷设在建筑物基础一侧时，管道与建筑物基础的水平净距必须在持力层扩散角范围以外，且应考虑土层扰动后的变化，扩散角须《450；③敷设在建筑物基础以下时，必须经过验算对建筑物基础不会产生影响后，方可确定埋深；④与现有地下管线平行敷设时，扩孔与地下管线的水平净距须4：0．6m；⑤与现有地下管线交叉敷设时，扩孔与地下管线垂直净距在黏性土中须《0．5m，在砂性土中须《1．0m；⑥遇可燃性管道、特种管线时，应考虑加大水平净距和垂直净距。当达不到上述距离要求时，应增设技术与安全防护措施。表1拖拉管敷设最小覆土厚度穿越对象最小覆小厚度城市道路与路面垂直净距1．5m公路与路面垂直净距1．8m；路基坡脚地面下1．2m高速公路与路面垂直净距2．5m；路基坡脚地面下1．5m铁路路基坡脚处地表下5m；路堑地形轨顶下3m；凸起地形轨顶下6m河流一级主河道规划河底标高以下3m；二级河道规划河底标高以下1．5m(4)确定拖拉管的曲率半径。拖拉管的曲率半径包括第1造斜段(钻杆进入敷管位置的过渡段)曲率半径R．及第2造斜段(钴杆钻出地表的过渡段)曲率半径R，。拖拉管的曲率半径R通常是由钻杆的曲率半径与管材的曲率半径共同确定的。钻杆的曲率半径R：由钻杆的弯曲强度所决定，但因钻杆制造厂家的不同也有差异，通常根据经验取R：≥1200D。(D：为钻杆外径)，这是保证钻杆不至于过载的最小转弯限值。拖拉PE管的最小曲率半径R耐。按(1)式计算：R。=1000ED／(2叮p)(1)式中：E——管道弹性模量，MPa；D——管径，m；q『_一管道弯曲应力，MPa。通常拖拉PE管的曲率半径大于管材外径的40倍即可，故其曲率半径通常是由钻杆确定；而钢管的弹性模量较大，拖拉钢管的曲率半径通常是由钢管本身确定。根据经验，拖拉PE管的曲率半径通常取R：800～1200D，拖拉钢管的曲率半径通常取R=1200～1500D。(5)造斜段水平长度l。与1：的确定。造斜段水平长度是由水平段管道埋深h与R确定的。若造斜段水平长度值太大，则导致拖拉管总长度增加，致使总投资增加；若造斜段水平长度值太小，则难以达到要求的施工精度，而且施工难度、风险增加。根据国内的经验，造斜段水平长度值一般为h的8～10倍，而国外则高达1l倍以上。(6)入土角0【与出土角B的确定。一般入土角OL宜≯15。；出土角B由导向钻杆及拖拉管材允许的曲率半径较大者确定，一般B宜≯5～80。(7)确定入土点A与出土点B。根据水平段埋深h、曲率半径R及入土角仅与出土角B等参数，可确定距障碍物最近的可能的入土点与出土点，得到拖拉管总水平长度L，从而可得到拖拉管穿越曲线的实际长度L’。L’可以根据穿越曲线来计算，也可以采用经验值L’=(1．02。1．04)L。3拖拉管回拉力计算拖拉管段回拉力Pt的计算。根据拖拉管的回拉力，\n2012年11月薯葡国蒜窿工艺与设备【文章编号】1673—0038(2012)33-0131—03工程施工机械的自动化与无人化技术探究贾锋平(宁波国弘工程咨询有限公司浙江省宁波市315000)摘要：随着社会经济的发展，土木工程的发展也随之而起，呈现出大型化和现代化的特点，工程施工机械更是不会落后，其发展趋势向大型化、专1"3化和自动化迈进，其自动化和无人化技术更是引人探究，这使得机、电和液这些技术在工程施工机械中得到了广泛的应用。本文就针对自动化的发展趋势进行了探讨，并探究了工程施工机械的自动化与无人化技术。关键词：工程机械；自动化；无人化技术；发展引言随着人类的崛起，我国的劳动力变得丰富起来，人们的物质生活水平提高了，这让科学技术得到发展，机械的自动化和无人化技术更是得到运用，以机械自动化和无人化代替人工劳动力是历史的发展趋势，更是我国今后发展的方向。虽然机械自动化和无人化技术在我国的发展历史悠久，对人类的帮助也一直很大，就因为如此，它也成为近几年来发展最为迅速的科学技术之一，并对人类的影响极大。但是社会是在不断进步的，机械自动化和无人化技术实际上还仍处在初级操作阶段，身为发展中国家，我国要想转变成发达国家，提高科学技术，是一项任重而道远的任务，对于我国目前的发展形势，发展这项技术更是不容抗拒。1工程施工机械的自动化发展趋势科学技术的发展会带动机械自动化的发展，机械自动化的发展则是科学技术发展的结果，这是一个漫长的发展过程，需要我们共同努力，且不可太过急躁。新科技的发展带动了全球机械自动化的发展，其发展趋势有以下几个方向：(1)光机电化发展方向。对于一般的机械化系统来复核管道壁厚是否满足拖拉的要求。拖拉管段的回拉力Pt为：P,=Py+Pf(2)2Py='n'DKR。14(3)PI=订DL’f(4)式中：P．——拖拉管段的回拉力，kN；P。．——扩孔钻头的迎面阻力，kN；D。——扩孔钻头的外径，m；一般为管道外径的1．1～1．4倍：Rf一迎面土积压力，kPa；P．—一管周摩阻力，kN；f一管周与土的单位侧壁摩擦力，kPa。迎面土积压力R。和管周与土的单位侧壁摩擦力f根据不同土质状况取值，通常黏性土取R。=50～60kPa，f=0．3～0．4；砂性土取R．=80二-100kPa，f--0．5。0．7。4泥浆的合理运用拖拉管施工过程中，泥浆的使用是否合理是成功的关键所在，需根据不同的土质选择不同的泥浆配方及不同的扩孔器，不同的扩孔器使用不同的泥浆量，并在扩孔的过程中始终要保持泥浆顺利排出。针对北海银滩沿海地区含沙量较高的土质，要选择优质的膨润土作为主要原料，并适量的添加适用的添加剂，泥浆的粘度：中沙，细沙，一般在50～60s；沙粘土，粉粘土，一般在30～40s。粘土，一般在10s左右。在银滩中路污水管道施工拖拉管施工中，因土质为中沙及回填的粘土，所以，在不同土层中选用了不同的泥浆粘度，使得工程能够顺利的完成。5结束语水平定向钻技术会越来越多的应用在市政污水管道施工上，根据《给排水管道工程施工及验收规范》(GB50268—2008)要求对管道的高程进行测量，同时，作为市政污水管道应进行闭水试验，这是确保拖拉管施工质量的重要手段。和传统的开槽施工方法相比较，在已建成路面上采用非开挖水平定向钻技术敷设污水管道，能最大限度的保护地上已建成设施及不影响道路交通，能产生良好的社会效益和经济效益。