浅谈定向钻牵引技术在市政排水管道工程中的应用 2页

DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．04．126浅谈定向钻牵引技术在市政排水管道工程中的应用林琳(上海城兴市政工程设计有限公司，上海200233)摘要：随着近年来人们对于社会问题、交通问题和环境污染问题的日趋关注，非开挖定向钻牵引技术在市政排水管道工程中越来越得到广泛的运用。本文主要介绍定向钻牵引技术在市政排水管道设计、施工中的应用，并结合实例对大12径管道在定向钻施工中的运用做了简要介绍。关键词：定向钻牵引；非开挖；大口径；设计；施工中图分类号：TU992．24文献标志码：B文章编号：1672—401l(2013)04—0265—020前言近年来，随着我国城市化进程的加快，城市内的排水管网建设日益完善。在城市排水管网建设中，当采取开槽埋管施工不经济或困难时，一般采用非开挖技术进行施工。现有的非开挖技术主要有顶管非开挖与定向钻非开挖。通常由于受到顶管工艺的限制，一般的最小顶管采用的管径只能达到嘶oo，对于小于①600管径的施工或仍采用开槽埋管，或采用定向钻牵引技术进行非开挖施工。定向钻牵引技术与顶管施工技术一样，是非开挖铺设地下管道技术中的一种。目前，在上水、天然气、电信和电力工程施工中广泛采用，已成为一种普遍的施工工艺。近几年随着定向钻穿越控制精度的日益提高，被不断运用于市政排水管网建设中，尤其是在穿越重要路口及河道等项目中的优势更为明显。1定向钻牵引技术工艺定向钻铺管技术一般来说就是利用钻机和配套设施沿所需铺设的管线设计轨迹先钻出一个导向孔，然后由工作管通过旋转接头与扩孔器连接回拉不断扩孔，直至将孔径扩大至拖管所需要的口径，并将管道随着钻杆的同步回拖或者分步回拉。采用上述技术工艺以达到不开挖道路即可完成管道铺设的目的。定向钻施工的主要工艺流程如图1。图1定向钻管道施工主要工艺流程在穿越高速公路、河流和铁路或绕过障碍物时，导向钻头方向可以进行调整。整个钻孔过程可以在事先挖好的工作坑与接收坑间进行，也可以在安装钻孔机的场地以小角度入土角直接从地表钻进。在需牵引大口径管道时，可采用多级扩孔的方法将钻孔孔径逐步扩大。2定向钻孔轨迹设计定向钻孔轨迹线段由造斜直线段、曲线段、水平直线段(与管道设计坡度一致)组成。管道轨迹线由入土、出土两个造斜段曲线和管道直线段组合而成，由下式可以确定管道的轨迹曲线，进一步得到管道的实际工作长度。L=L1+IJ2+b(1)式中L一管道实际工作长度，m；L1一入土造斜段距离，m；L2一管道有效段距离，m；k一出土造斜段距离，m。圈2管道轨迹曲造斜段水平距离可按照如下公式计算确定，以保证水平直线段精度要求。}Io=H—Do／2(2)L1=2A+[Ho+A(sinet+sin2ct+⋯+siII((not))]／tg(a)+A(COSd．+cos2a+⋯+eo$((not))(3)L3=2A+[战+A(sina+sin2a+⋯+s蛔((not))]／tg(Q)+A(COSa．+cos2a+⋯+COS((not))(4)式中，n的取值范围在3—5。A土坑控翻井’控制井出土坑。，——一———_＼，———一————、N、f『r‘矿；弋巍黻型坠=辩爹_，{圈3定向钻进轨迹线设计圉出、入土造斜段与管道直线段之间均应至少留有一根钻杆长度以达到管道直线段坡度要求。入土角度应尽量控制在15。以内，出土角由导向钻杆和拖拉管材的允许曲率半径较大值确定，一般应尽量控制在20。以内。钻杆的外径Rz宜大于73mm，其曲率半径应由钻杆的弯曲强度值所确定，一般可取R2≥1200Dz3钻导向孔根据穿孔的地质情况选择合适的钻头。将导向钻头打\n入．地下，同时进行泥浆护孔，钻头在钻机的推力作用不断前进。每根钻杆钻完后，需要对钻头的实际位置进行测量并及时调整钻头的钻进方向，以保证所钻的导向孔曲线与设计轨迹线一致。反复以上步骤直至钻头在预定位置出土，最终完成整个导向孔的钻孔作业。4导向孔回扩钻完导向孔后，必须将所钻的孔径扩大至适合敷设管道的直径。通常需要根据现场实际情况，从小到大、经过多次来回扩孔才能最终完成整个回扩过程。预扩孔的直径和次数，应根据具体的钻机型号和地质情况决定。通常可按下式计算确定最终回扩孔的直径。D’=KlXD(5)式中D’一最终回扩孔直径，衄；n一敷设管道外径，mm；K1一经验系数，一般取1．2一1．5，当地层均质完整时，K，取小值，当地层复杂时，K】取大值。扩孔期间，为了防止孔洞坍塌，可以通过加注膨润土、水和泥浆添加剂混合而成的钻井液，在扩孔器周围形成护壁泥浆。经过护壁泥浆保护后，管道在扩孔中是悬浮于泥浆中的，而管壁四周与孔洞间则充满泥浆。应注意，回扩孔径需大于管道使得管道不会由于空间不足或摩擦阻力太大而受到损坏。5回拉敷设管道扩孔完毕后，即可进行回拉管道敷设工序，用热熔法将回拉管道连接成与成孔长度相当的管道，连接工作完成后，将管道与扩孔器相连，回拉将管道牵引进孔洞内。回拉管的管材宜采用HDPE管(高密度聚乙烯管)。管道回拉力计算按公式6-7及公式8计算。Pt=Py+Pf(6)Py=，rrDk2Ra／4(7)Pf=叮『DLf(8)式中Pt一回拉力，kN；Py一扩孔钻头迎面阻力，kN；P：fL管周围阻力，kN；Dk一扩孔钻头外径，m，一般为管道外径的1．I—1．3倍；D一管道外径，m；ml_迎面土挤压力，kPa；L一管道长度，m；f二管周与土的单位侧壁摩擦力，kPa。图4回拉力计算示意图6回拖管材管道拉伸强度、管道接口的熔接强度及固化时间是管道回拉工序中十分关键的几大因素。根据对市场上现有的各类市政排水用管材的性能比较后发现，聚乙烯管(PE管)及高密度聚乙烯管(HDPE管)在市政排水管道拖拉牵引施工中运用较好。对于高密度聚乙烯管，推荐管道壁厚D／T值小于等于11。管道壁厚应与管线长度相适应，敷设管道越长、管径越大，所选择的管道管壁需越厚。对于高密度聚乙烯管道的连接需严格按照电热熔施工要求焊接，用热熔法将HDPE管道连接成与成孔长度相当的管道。连接工作完成后，将管道与扩孔器相连，回拉将管道牵引进孔洞内。在管道回拉过程中，如遇牵引的管道很长，为避免在整个牵引过程中出现拉断管道的情况，应对管道外围进行适当钢筋加固，确保牵引管整体性，防止断管。7工程实例中华园路(江浦路～西城大道)位于江苏省昆山市大经贸区内，道路为东西走向。与道路相交的河道主要有李岸泾、东尤泾、直南江和姚家港，其中污水管道以东尤泾为界分向道路起终点处的污水收集主管敷设，污水管道需穿越李岸泾、直南江及姚家港。考虑到该工程污水管道埋深较深、河床淤泥较厚、土质较差，为了便于施工而采用非开挖技术，同时为了降低工程造价，选用定向钻孔牵引法施工。其中，穿越李岸泾及直南江时牵引管管径为DN600，穿越姚家港时牵引管管径为DN800，穿越河道段保证污水管道管外径距规划河底标高垂直距离大于1．5m。牵引管采用高密度聚乙烯(HDPE)缠绕管，接口采用电热熔接口。牵引管控制井均采用内径为05m的圆形钢筋混凝土结构井。8小结定向钻牵引技术与传统施工方法相比具有不破坏路面，不中断交通及航运，施工周期短，周边建筑沉降量小且不污染环境等优点。同时，与已有的顶管施工技术相比，定向钻牵引又具有施工速度快、铺管精度高及安全可靠等优点。虽然该项施工技术的使用实施历史较短，但其工艺先进性、优越性所带来的经济效益和社会效益十分显著，随着近年来人们对于社会问题、交通问题和环境污染问题的日趋关注，定向钻牵引技术必将在市政排水管道工程中得到广泛的应用并对城市建设和城市管理起到更为积极的作用。[ID：000466]参考文献：[1]上海市城市建设设计研究院．排水管道定向钻进敷设施工及验收规程(试行)[R]．2006．[2]左小鹏，吴勇波．导向钻进技术在淤泥地质中的运用[M]．科技创新导报，2009(8)．[3]黄绍强．大口径HDPE双壁缠绕管在定向钻牵引施工中的应用[J]．广东建材，2004(4)．