定向钻孔拖拉管非开挖技术在敷设市政给水管道中的应用.pdf

第 3 2卷第 2期 Vo1 3 2 No 2 建筑施工 B U I L D I N G C 0 N S T R U C T I O N 定 向钻孔拖拉 管非开挖技术在敷设市政 给水管道 中的应用 Tr e n c h l e s s Te c hnol o gy o f Di r e c t i on al Dr i l l Tug ge r f or L a y i ng o f L a r ge Ca l i be r Pi pe l i ne Ap pl i e d t O Ur b an W a t e r Sup pl y P i pe l i n e 口 陈志龙 俞 沈星 2 ( 1 腾达建设集团股份有限公司 上海 2 0 0 1 2 2 ； 2 上海新光工程咨询有限公司 2 0 0 0 8 1 ) 【 摘 要 】 定向钻孔拖拉聚乙烯管 ( P E管)作为一种非开挖施工方法，与传统的开挖施工相比，具有对周围环境、建 ( 构) 筑物 、交通影响小，施 工方便 、综合 施工费用低 、施工周期短 、地表面不受损坏 、社会效益显 著等优点 。结合上 海浦东机 场南 区给水泵站进 水管线铺设工程 ，阐述 了在复 杂环境条件下定向钻孔拖拉 管的施工工 艺和方法。 【 关键词】非开挖技术给水管道 定向钻孔 轨迹设计P E管 施工工艺 【 中图分类号 T U 9 9 ， 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 0 ) 0 2 一 O 1 1 6 0 3 1 工程概况 上海 浦东机场南区给水泵 站位于 飞翱路、 围场河路交 叉 口， 占地面积 1 0 7 1 0 m ， 设计 日供水量 2 0 0 0 rn 。 ， 主要服务 于机场航站楼以南区域。水源由2 根 D N 6 3 0 m m进水管自场 外市政给水管道弓 I 入， 总长约 3 9 5 m ， 沿途需过飞翱路、 围场 河路和围场河( 图 1 ) 。穿越道路路中心标高 4 3 0 m ， 管中心 标高 3 1 O m ， 穿越围场河管中心标高 一 1 0 0 m 。 i t一一 _ +十_ I E| 一 |毒 r场 河 瑚 ： ： 图 1 进 水管线平 面 工还需对场外施工用地另行办理征用地手续。 经方案比较和 优化 ， 进水管线经设计变更采用非开挖定向钻孔拖拉管施工 方法， 经二次拖拉施工穿越至场外市政给水管接入点。这样 既避免了明挖施工对地面道路交通和围场河的影响， 减少场 外征 地费用， 又缩短了施 工工期 。 3 拖拉管材的选用 非开挖施工时会对管线产生较大的牵引力和周向的挤 压力， 所以要求管材具有较大的环刚度以及拉伸强度。 经计算与比较， 聚乙烯( P E ) 管具有很好的拉伸屈服强度 和弯曲模量， 特别适用于非开挖工程。其热熔连接方式也使 管道连接方便、 接头强度高， 优良挠性使得 P E 管道走向容易 依照施工轨迹的要求进行改变： 良好的抗刮痕能力， 使得管 道不易损坏而漏水。同时， p E 管材符合饮用水的要求。 综合考虑设计和施工要求，非开挖拖拉管选用了D N 6 3 0 m m 、 壁厚 3 7 4 0 m m ， P E i 0 0级 ， 压力 1 0 M P a的 P E给水 管。 2 施工方案的比较和优化 4 前期准备 2根进水管原设计为明挖施工， 管材为钢管内衬管。其 中穿越围场河部分为倒虹管， 采用围堰明挖施工。考虑到飞 翱路、 围场河路作为机场南区车辆进出要道， 交通流量大， 开 挖和围堰施工会对道路交通和河道排水造成影响； 调查发现 在飞翱路、 围场河路下还有雨水管、 上水管、 通信电缆和光缆 等， 管线多而复杂； 在围场河外由于不属于机场范围， 明挖施 【 作者简介】 陈志龙( 1 9 6 2 - ) ， 男， 本科， 工程师。 联系地址： 上海 向城路 5 8号 1 1 楼( 2 0 0 1 2 2 ) 。 【 收稿 日 期】 2 0 0 9 1 2 2 1 1 1 6 4 1 施工场地及布置 水平定向钻进管线铺设工程需要两个分离的工作场地： 设备场地( 钻机的工作区) 和管线场地( 与设备场地相对的钻 孔出土点工作 区 ) 。 ( 1 )设备场地 ： 钻机的工作区， 场地约需 3 0 m宽， 长 4 5 m 的面积 ， 见图 2 。 ( 2 )管线场地： 分别设于围场河南侧市政给水接入点和 p雨污水泵站处与明挖施工钢管连接点。 为便于连接与铺设 成品管道， 管线场地一侧总长度应以能够摆放下所预制的管 ： 德螂 童 姆 2 2 0 1 0 陈志龙、 俞沈星： 定向钻孔拖拉管非开挖技术在敷设市政给水管道 中的应用 第2期 道为准 ， 宽度应满足管道施工的需要( 一般为 1 2 N 1 8 m) ， 见 图 3 。 施工场地还需考虑开挖进、 出13坑和设置泥浆循环池。 图 3 设备场地 图 3管线场地 4 2 现场勘查与导向孔轨迹的设计 根据设计提供的管线资料和现场勘查， 查明了在穿越的 飞翱路和围场河路下的各类地下管线主要有给水、排水、 燃 气、 电力、 电信等 5 种管线。飞翱路最大管径为 D N 6 0 0 m m的 雨水管， 最大埋深管底标高为 1 5 3 m 。围场河路最大管径为 D N 8 0 0 m m的给水管， 最大埋深管底标高为 1 6 7 m 。 设计钻进轨迹时要考虑设计平面位置、埋深的要求， 地 下公用管线的影响，钻杆和管材的弯曲半径等多方面因素， 最后设计出最佳的轨迹曲线， 有条件的还可利用现有的设计 规划软件进行优化设计，如 “ 非开挖设计施工专业软件 D r i l I S m a r t 4 0 ” 等。 根据设计文件和地下管线探测结果， 结合 现场踏勘， 设计导向孑 L 轨迹。 根据计算数据和铺设管道要求， 设计的定向钻孔穿越轨 迹纵 断面如图 4所示。 图 4导向孔轨 迹纵断面 5 施工方法及技术措施 5 1 施工方 法 5 1 1 进 、 出 口工作坑 在入土点、 出土点位置( 入土点选择在过飞翱路和围场 河路二次穿越交接点 ， 出土点穿越围场河为河坝南侧与上水 公司市政接入点，穿越飞翱路为与钢管明挖施工连接点 ) 设 工作坑， 挖掘长 4 O m 、 宽 1 5 m 、 深 1 5 m并配有母槽的工作 坑。 5 1 2 设备就位、 安装 、 调试 懒 捆 根据入土点、 入土角度结合现场实际情况使钻机准确就 位。定向钻机放置应符合下列要求： ( 1 ) 钻机应安装在管道中心线延伸的起始位置。 ( 2) 调整机架方位应符合设计的钻孔轴线。 ( 3) 按钻机倾角指示装置调整机架， 应符合轨迹设计规 定 的入土角 。 钻机设备、 泥浆设备、 固控设备安装完成后 ， 对设备进行 调试、 检查、 测试， 确保设备安全运行。控 向设备仪器安装完 成后， 对其进行调试 ， 确保导向孔的精度。 5 1 - 3 泥浆配制 根据地质情况， 本钻孔轨迹多处于粉砂层中， 地层的自 然造浆能 力很差 ， 孔壁稳定 性较差 ， 容 易发生严重缩径 或孔 壁不稳的现象， 应采用优质化学泥浆作钻进液 ， 钻进液质量 的好坏对工程的成功起着非常大的影响。 根据经验对泥浆的配制按如下技术要求： ( 1 )使用中性软水， P H 值控制在 6 - 7 之间； ( 2 )泥浆的粘度控制在 4 5 - 5 5 S ， 泥浆的 P H值控制在 8 1 0之间 ： ( 3 )清孑 L 时泥浆的粘度控制在 6 5 -7 0 S ： ( 4 )失水量小于 1 5 m l 3 O m i n ， 密度 1 1 0 -1 1 4 。 5 i 4 钻导 向孔 钻进导向孔是水平定向钻进施工的最重要阶段 ， 它决定 铺设管线的最终位置。 钻杆按设计的进入点以预先确定的角 度钻入地层， 在钻进液喷射钻进的辅助作用下， 钻孔向前延 伸。 在坚硬的岩层， 需要泥浆马达钻进， 利用弯接头控制轨迹 的方向。 在每一根钻杆钻入后， 应利用定位仪测量钻头位置， 对有地下管线、 关键的出口点或调整钻孔轨迹时， 应增加测 量点， 将测量数据与设计轨迹进行比较， 确定下一段要钻进 的方向。钻头在出口处露出地面， 测量实际出口是否在误差 范围之内。如果钻孔的一部分超出误差范围， 可能要拉回钻 杆 ， 重新钻进钻孔的偏斜部分。 当出口位置满足要求时， 取下 钻头和相关钻具， 开始回扩。 5 1 5 回 扩 同径铺设时， 导向孔完成之后， 可直接回拖铺管。但是 ， 大多数导向孔需要回扩， 将孔径扩至能铺设管道。终孔孔径 一 般应为管线外径的 1 2 1 5倍。 ( 1 )扩孔采用导向钻机进行预扩孔，边扩孔边打入泥 浆 ， 视旋转压 力及 回拉压 力逐渐 加大扩子 L 级别。 ( 2 )扩孔次数需视钻机回转压力及回拖压力而定。 根据 设备能力， 在确保安全高效前提下， 确定本工程扩孔级次为 分别为 ： 巾4 5 0 m m 一 6 5 0 m m 一 巾8 5 0 m m 一 9 5 0 m m 。 ( 3 ) 不同地层应采用不同的回扩器。 采用与地层相匹配 的回扩器和适当的钻进液流量是回扩施工的关键， 可节约资 金和时 间。 ( 4 )扩孔前要做好泥浆循环系统的准备工作 ， 并配有清 运泥浆的专用设备。保证施工现场的清洁卫生， 做到文明施 1 1 7 第2期 陈志龙、 俞沈星： 定向钻孔拖拉管非开挖技术在敷设市政给水管道中的应用 2 2 0 1 0 。 5 1 6 回拖铺管 钻孔扩大后， 管线回拉进入充满泥浆的孔中。准备回拉 的管线应在出口一侧连接并进行检测。 钻杆使用一个拉头或 拉钩和一个单动接头与铺设管连接， 单动接头用于防止管线 回转而拧坏管线。也可将回扩器安装于拉头与钻杆之间， 以 确保钻孔畅通 ， 回拉时， 可向孔内泵入润滑液 ， 并在待回拖 P E管下， 每间隔 5 1 0 m摆放 1个托辊 ， 以便回拖中起到减 阻护壁润滑作用。 回拖启动后， 要作到平稳、 匀速( 回拖中不能停留 ) ， 速度 控制在 0 0 8 m s 。操作手时刻观察回拖压力变化， 及时上 报， 以便采取必要措施， 使将己连接准备好的 P E管， 一次回 拖成功。 拖管时， 大部分泥浆将循环使用， 故需准备两个坑暂存 ， 一 个为泥浆倒坑， 一个为净化好的泥浆坑。 5 I 7 施工现场的清理、 恢复 拉管和其后的测试试验等工作完成后， 应清理现场并撤 出所用施工设备， 恢复场地的地形地貌。这项工作包括排除 入口坑和出口坑中的钻进液， 并回填这些工作坑。 5 2 技术措施 5 2 1 管材 、 管件 运输及 贮存 管材和管件到货后， 做好现场验收工作 ， 小心搬运至管 材 堆放 场地 ， 整齐摆放 ， 不得剧烈 碰撞 ， 避 免接触尖锐物件。 若 P E管被刮伤， 刮伤深度超过 1 c m， 则将其切除。管材堆放 好后， 面上盖一层油毡或布， 避免日晒雨淋。P E管受温度影 响较大， 值班人员经常检查， 发现未防护好的及时处理。 5 2 2 P E管连接 P E管相互连接本工程采用热熔对接方式。使用该方法 连接时， 采用热熔对接焊机， 具体步骤如下： ( 1) 把待接管材置于焊机夹具上并夹紧。 ( 2) 将管材待连接端清洁干净， 然后铣削连接面 ， 若连 接端不干净， 则易产生漏水现象。 ( 3 ) 校直两对接件， 使其错位量不大于 2 m m 。 ( 4) 放入 加热板。 ( 5 ) 加热完毕， 取出加热板。 ( 6 ) 迅速接合两加热面， 升压至熔接压力 3 O P a 并保压 至冷却。 ( 7 ) 热熔完成。 P E管道的焊接必须由经过专门培训的焊工进行操作 ， 才能确保合适工作参数下其强度要求。 焊接时应注意工作环 境， 因大风等可能冷却加热板， 而导致不均匀温度分布， 故可 能会对熔接质量有致命的影响， 同时尘土等污染加热板和管 端也将会导致接头寿命大为减少。 5 2 3 P E管与钢管的连接 工程的前后端都需要与明挖施工埋设的内衬钢管连接。 本工程采用钢塑法兰连接方式 ， P E管端与塑料法兰根之间 1 1 8 采用热熔连接， 钢管端与金属法兰连接， 然后采用法兰片、 螺 栓即可完成 P E管与钢管的连接。 6 质量检验与验收 为检验给水管的驳接止水质量和给水管的安装质量是 否符合设计要求， 在给水管安装后 ， 需做压水试验。 压水试验共分两类，其一为施工过程中的焊接分段试 验， 其二为全线驳接完成后的竣工试验。 6 1 试验压 力的确定 ( 1) 本工程选用的 P E管材公称压力等级为： 1 0 M P a 。 ( 2 )管材适温性能： P E管道的公称压力是指在 2 O c c 时 的内水压力指标。本工程介质温度在 2 0 o c 4 0 o C 之间时， 温 度压力折减系数修正工作压力。 ( 3 ) 确定试验压力： 试验压力为管道系统设计工作压力 的 1 5 倍， 但不得小于 1 0 M P a ( 表 1) 。 表 1 试验压力 水温 t ( q C ) 2 0 3 ( ) 4 f 1 压力折减 系数 1 0 0 8 7 0 7 4 1 O MP a管 工作压 力( MP a ) 0 6 7 0 5 8 0 5 0 试验压力( MP a ) 1 0 1 0 1 0 6 2 试验步骤 ( 1) 将试压管段各配水点封堵 ， 缓慢注水 ， 同时将管内 空气排 出： ( 2 )管道充满水后， 进行水密封性检查： ( 3 )对系统加压 ，应缓慢升压 ，升压时间不应小于 10 m i n ： ( 4) 升压至规定的试验压力后， 停止加压， 稳压 2 h ， 压 力降不得超过 O 0 2 M P a ， 同时检查各连接处， 不得渗漏。 否则 卸压后进行检查处理， 重复以上步骤， 直至符合要求为止。 7结语 本工程由明挖施工改为非开挖方法施工， 解决了开挖影 响交通和河道排水的问题，减少了与其他公用管线的冲突。 改用 P E管代替内衬钢管， 既满足非开挖施工的要求， 也满足 给水管道供水压力和卫生的要求。实践证明： 导向钻进铺管 技术作为一种新的非开挖施工方法， 是城市市政建设和管网 改造， 中小口径管线穿越城市道路、 大中小型江河、 湖泊以及 不可拆迁建筑物施工中一种最佳选择 ， 是不破坏地貌状态和 保护环境的理想的施工方法。 参考文献 1 中国非开挖技 术协会 定向钻进管线 穿越铺 设技 术规 范【 s 】 2 0 0 2 【 2 12 刘军诽 开挖 水平定向钻进铺管施工技 术及 工程应 用研 究 西安 建筑科技大学， 2 0 0 4 i 绸辫藏驾 L 3 誉 -