非开挖拉管工艺在市政排水管线中的应用.pdf

7 0 建 筑 技 术 A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 4卷第 1 期 2 0 1 3年 1 月 Vo 1 ．4 4 No ． 1 J a n ．2 0 1 3 非开挖拉管工艺在市政排水管线中的应用 祖道春，颉金城，姜雪峰，李正军 ( 北京建工集团有限责任公 司总承包部 ， 1 0 0 0 5 5 ， 北京 ) 摘要：青塔项 目排水施工现场天燃气 、 给水 、 电信三种管线与排水设计管线位置冲突 ， 不宜采用明开槽施 工 ， 因此选用非开挖拉管工艺进行排水 。 非开挖技术通过导向、 定向钻进等手段 ， 在地表极小部分开挖的情况下 ， 敷设 、 更换和修复各种地下管线 ， 对地表干扰较小 ， 取得了良好的施工效果 。 但该技术仍存在一些局限性 ， 如在重 力流排水中存在缺陷 ， 在今 后的排水工程中有待解 决。 关键词 ：非开挖 ； 拉管工艺 ； 市政排水 ； 导向钻进 ； 回拉扩孔 中图分类号： T U9 9 2 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 0 — 4 7 2 6( 2 0 1 3 ) 0 1 - 0 0 7 0 — 0 3 A P P LI C AT I ON OF NON— EXC AVAT E D T UBE DR AⅥ NG P ROCE S S E S I N M UNI Cm L DRAI NAGE PI PELI NE Z U D a o - c h u n ，J I E J i n - c h e n g ，J I A N G X u e - f e n g ，L I Z h e n g - j u n ( G e n e r a l C o n t r a c t D e p a r t me n t o f B e i j i n g C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p ，1 0 0 0 5 5 ，B e i j i n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Na t u r a l g a s ，wa t e r s u p p l y a n d t e l e c o mmu n i c a t i o n p i p e l i n e s o n t h e d r a i n a g e c o n s t r u c t i o n s i t e o f Q i n g t a P ro j e c t a ff e c t t h e d e s i g n p o s i t i o n o f d r a i n a g e p i p e l i n e a n d o p e n e x c a v a t i o n c o n s t r u c t i o n s h o u l d n o t b e a d o p t e d ， S O n o n— e x c a v a t e d t u b e d r a wi n g p r o c e s s e s a r e a d o p t e d 。f o r d r a i n a g e c o n s t ruc t i o n ． No n- e x c a v a t i o n t e c h n i q u e s e t s ， c h a n g e s a n d r e p a i r s v a rio u s u n d e r g r o u n d p i p e l i n e s t h r o u g h g u i d i n g a n d d i r e c t i o n a l d ril l i n g me t h o d s wi t h e x c a v a t i o n o f o n l y a s mall gro u n d a r e a ．Th i s t e c h n i q u e p r o d u c e s a l i t t l e i n flu e n c e o n g r o u n d s u r f a c e an d e n s u r e s f a v o r a b l e c o n s t ruc t i o n e f f e c t s ．Ho we v e r ，t h i s t e c h n i q u e s t i l l h a s s o n l e l i mi t a t i o n s ，s u c h a s d e f e c t s i n g r a v i t y fl o w d r a i n a g e ， e t c ． ， a n d s h a l l b e f u r t h e r i m p r o v e d i n f u t u r e d r a i n a g e p r o j e c t s ． Ke y wo r ds ：n o n —e x c a v a t i o n ；t u b e d r a wi n g p r o c e s s ；mu n i c i p al d r a i n a g e ；d i r e c t i o n al d ri l l i n g ；r e v e r s e d r a wi n g an d h o l e e n l a r g i n g 1 工程概 况 青塔一街原况中天燃气、 给水、 电信三种管线与排 水设计管线位置相冲突。 经费用咨询， 如进行明开槽施 工 ， 明开槽施工费用约5 5 0 元／ m， 并且施工周期较长 ， 开 挖4 ． 6 m深需采用1 ： 0 ． 5 放坡 ， 管线施工过程 中 ， 青塔一 街道路需全幅 占用，阻断交通 ，同时由于地下管线纵 横，开挖过程中易造成地下管线的破坏。而拉管施工 ( 4 0 0 P E 管 ) 费用约2 2 0 0 元／ m， 不阻断交通 ， 方便居民出 行 ， 避免了因拆迁 、 断路而所需的手续办理 ； 并且施工 周期很短 ， 不破坏现况管线。综合考虑 ， 选用非开挖拉 管施工工艺 ， 取得了巨大的经济与社会效益。 2 拉管施工工艺特点 与传统的明开槽施工工艺相比，非开挖拉管施工 工艺具有如下特点。 ( 1 )综合造价低。 从表面上看 ， 拉管施工工艺相对 收稿 日期 ： 2 0 1 2 — 1 1 - O 1 作者简介 ：祖道春( 1 9 5 7 - ) ， 男， 河北涿卅1人 ， 教授级高级工程师。 常务 副经理 e-ma i l ： z u d a o c h u n @g ma i l c o ra 于传统的明开槽施工工艺来说 ，需要较为先进 的技术 手段 ，施工工艺造价昂贵 ，但考虑到拉管施工无须拆 迁 、 不破坏地表构筑物 ， 从而能节约大量的拆迁费 、 拆 迁补偿费等。尤其对于交通量大 、 人口众多 、 地表构筑 物繁多、 地下管线复杂的地段 ， 其影响将更为显著 。综 合考虑 。 拉管施工工艺能降低大量成本 ， 造价降低。 ( 2 )施工工期短。 非开挖拉管施工工艺无须拆迁 ， 可连续施工，受季节变化的影响小；占用施工场地极 小 ， 减少或杜绝了地表交通 、 人群干扰 ， 从而加速了施 工进度 。 ( 3 )环保。噪声污染及振动低 ， 地下施工无粉尘 ， 不破坏周边环境 ，非开挖从一定程度上减少了建 筑垃 圾的数量， 而且地表完好， 因此不阻断交通 ， 方便居民 出行 。 ( 4 )施工难度低。 拉管施工工艺使明开槽施工难 以逾越 的障碍变得简单 ；无须破除原路面 ，不阻断交 通 ； 能轻松避让地下管线及地表构筑物 ， 可穿越河流 、 铁路等， 且不影响其使用功能。 拉管施工法使明开槽施工难以逾越 的障碍变得简 单 ， 并且在造价 、 施工速度 、 环境保护等方面有着非常 2 0 1 3 年 1 月 祖道春 ， 等 ： 非开挖拉管工艺在市政排水管线中的应用 7 1 明显的优势。 3 拉 管主要施工工艺 非 开挖技术是指通过导向 、 定向钻进等手段 ， 在地 表极小部分开挖 的情况下 ( 一般指入 口和出口小面积 开挖) ， 敷设 、 更换和修复各种地下管线 ， 对地 表干扰小 的施工新技术。 拉管施工技术是非开挖技术中的一种 ， 主要施 工工艺有导 向钻进 、 回拉扩孔 、 热熔焊接 、 管线 回拉。 3 ． 1 导向钻进 拉管工艺成败的关键是导向钻孔的好坏 。导向钻 头可比喻为一只导向的眼睛 ，关键 的问题是如何运用 这只眼睛为施工服务。 3 ． 1 ． 1工 艺流程 将探测仪的探头置于导向钻头上 ，测试探头反射 信号是否正常， 再将导向钻头钻入土中， 通过给进和钻 进过程直到接收井。 在导向钻孔过程中， 技术人员根据 所测获数据 ， 判断钻孔位置是否偏差， 再指示钻机操作 人员进行调整 。 3 ． 1 ． 2注意 问题 ( 1 )施工前须对 导向仪进行校准 ， 严格按照导向 孔轨迹预布控制桩 。 ( 2 )为使钻机操作人员能更好地控制导向钻头的 空间走向， 需严格控制导向仪的校核频率。 ( 3 )施工过程中须避开信号干扰强的地段 ， 如交 通信号线路 、 有线 电视 ； 在附近使用相同频率的其他信 号源也可能会干扰远程显示器的操作 。对于一般性的 干扰地段 ， 应采取屏蔽等措施 ； 对于强烈的干扰地段 ， 需应用地磁导向仪 。 ( 4 )钻机操作人员应依据地层的转变和深度的变 化调整钻进参数。 由于导向钻进过程 中， 现场 的地下状 况有许多的不可预见性 ， 如未探明的地下管线 、 不可逾 越的障碍物等 ， 因此钻机操作人员务必集中精力 ， 密切 注视钻进数据 ， 发现异常需立即停机 。 查 明原 因， 待采 取解决方案后方可开工。 ( 5 )导向孔完成后须对工作坑出入口标高和方位 进行复核 ， 以确保按设计轴线成孔 。 3 ． 2 回拉 扩 孔 3 ． 2 ． 1 工艺流 程 导向钻进结束后， 卸下传感器， 换成规定尺寸的钻 头 ， 拉管机对钻头施以旋转拉力 ， 拖动钻头沿着导向轨 迹进行修边扩孔 ，在钻机对面 的出 口处将回扩钻头连 接于钻杆 上， 再 回拉回扩 ， 在其后不断地 加接钻杆 ， 如 此反复 ， 最终将钻孔扩大到适合铺设管道的孔径。 3 ． 2 ． 2注 意 问题 ( 1 )严格按照扩孔级别进行扩孔 ， 禁止越级扩孔。 逐级扩孔应尽可能减少对土体的扰动 ，这对于防止管 线 的沉降起到巨大作用。 ( 2 )扩孔孔径要严格控制在设计管径的1 ． 2 ～ 1 ． 5 倍 之间。若孔径大于1 ． 5 倍 ， 容易发生塌孔事故， 且增加注 浆工程量 ， 增加施工成本 ， 甚至还会影响管道的高程。 若孔径小 于1 ． 2 倍 ， 拉管过程 中泥浆不易排 出 ， 在拉管 施工时容易发生抱管的事故 ， 严重时导致工程失败 。 ( 3 )在钻进回扩过程 中， 机械操作人员若发现轴 线角度 、 扭矩 、 顶拉力等异常情形 ， 应立刻停止施工 ， 查 明原 因， 待采取相应措施后再继续施工。 3 ． 3泥 浆护壁 无论是导向钻进还是扩孔 、 铺管 ， 泥浆的作 用都极 为重要 ，泥浆使用的好坏 ，几乎能左右整个工程的成 败。 泥浆具有吸附 、 凝聚和悬浮的特性。 拉管施工过程 中 ， 泥浆能迅速流动 ， 减小拖管回拖阻力 ， 起到润滑及 清除孔中钻屑的作用。同时泥浆能吸附在刚成形的孔 壁 ， 并迅速凝结， 形成较坚 固的护壁 ， 防止泥土 、 沙石塌 落 ， 堵塞孔洞 ， 出现事故。 3 ． 3 ． 1工 艺 流 程 施工中 ， 将水 、 膨润土、 聚合物等加入混合仓 ， 进行 充分搅拌形成钻液 ，再由钻液泵将钻液通过中空钻杆 输送至孔底钻头 ， 并与孔中钻屑混合形成泥浆。 在泥浆 搅拌机 内搅拌成糊状 ，用高压注浆机在第二次扩孔时 一 并注入 。 形成泥浆套。 3 ． 3 ． 2注意 问题 ( 1 )根据地质情况 的变化 应及 时调整 泥浆配合 比 ， 在 同一施工段可注入不同种类的泥浆。 在粘土层中 施工。应选用清水泥浆 ：水7 5 ％+ 膨润土2 4 ％+ 钻液宝 1 ％。在粘性土层 、 老黄土层中施工， 应选用碱水泥浆 ： 膨润土2 2 ％+ 钻液宝1 ％+ 水7 5 ％+ 工业纯碱2 ％。 ( 2 、 )泥浆使用过程中， 不可中断泥浆的注入 ， 保持 在整个钻进过程中有“ 返浆” 。 泥浆在土层中容易流失 ， 而泥浆流失后 ， 孔中缺少泥浆 ， 钻杆及管线与孔壁 间的 摩擦力增大 ， 导致管线回拖力增加 ， 加重钻机负荷 ， 甚 至出现塌孔等事故。 ( 3 )对于有可能发生管线下沉 的地段 ， 短距离拉 管工艺可采用随管注浆， 避免管线下沉情形的发生。 ( 4 )泥浆的清理要规范 。应临时搭建一个泥浆处 理池 ， 不可随意排放 ； 要依据工程 实际 ， 有选择地进行 人工清理或机械抽除 。 人工清理外弃泥浆量较少， 但费 时费力； 机械清理 因抽取时需注水使泥浆变稀 ， 增大泥 浆外弃量 ， 对于缺少泥浆排放场地的工程不宜采用。 7 2 建筑技术 第 4 4卷第 1 期 3 ． 4 热熔焊接 热熔焊接是 一种用化学 反应作为热源 的焊接方 法 ， 其化学反应速度特别快 ， 仅几秒钟就可完成焊接 。 本工程选用的管材为P E 管 ， P E 管线具有易施工 、速度 快、 耐腐蚀 、 无污染、 使用寿命长等特点 ， 是拉管工艺中 最常用也是最为理想的管材。 3 ． 4 ． 1工 艺流程 将管固定在热熔机上 ，管头齐平且管头削切干净 后， 对管头两端用加热板加热 。当温度达到2 1 0 ℃左右 时 ， 抽出加热板 ， 端口接触 ， 恒压稳定 ， 直至焊 口冷却 。 3 ． 4 ． 2注 意 问题 ( 1 )热熔对接时密切控制温度 、 时间和压力3 个因 素 ． 防止焊 口处出现拉断事故。 ( 2 )寒冷或大风天气进行操作时应采取保护措 施 ， 雨天严禁操作 。 ( 3 )焊接结束后 ， 检查焊 口质量。 3 ． 5 管线回拉 3 ． 5 ． 1 工艺流程 扩孔结束后 ， 在钻杆末端接上回扩器 ， 其后连接分 动器和锥形铁头进行接管 ．钻机操作人员对管道进行 回拉 ( 图 1 ) 。 图1 管线回拉 3 ． 5 ． 2注意 问题 ( 1 )操作人员应平稳牵引管线 ， 切不可生拉硬拽 。 ( 2 )管材尽可能一次性拖入孔洞中， 回拖过程 中， 除发生不可抗力外 ， 严禁中途停机 ， 以减小回拖的阻力 以及泥浆 、 钻液流失与浪费 。 ( 3 )管线 回拖时要做好管线 的保护工作 ， 尤其要 避免非金属管线损伤。 4 拉管工艺质量控 制 拉管工艺能否应用于排水工程 中，关键在 于施工 过程中能否将成孔的坡度和标高控制在一定范围内。 ( 1 )前期准备阶段 。 应严格控制工作坑间距 ， 依据 管线的设计标高 ， 开挖相应深度的工作坑 ， 以便以较小 的坡度控制出入土点。 ( 2 )导向钻进阶段。 务必做到勤于复测 ， 实时调节 导向钻头 ， 保证成孔的空间位置。 务必减少其他信号干 扰 ， 可采取夜间施工或采取其他防干扰措施。 ( 3 )回拉扩孔阶段。 必须分级扩孔 ， 减少对土体的 扰动， 防止管线发生沉降。 5 拉管工艺的局限性 5 ． 1 期待解 决 的 问题 ( 1 )砂石基层施工难度大。 由于砂石影响 ， 导向钻 头钻进异常困难 ， 而且精度差 ； 即使导向成功 ， 砂石类 土没有可塑性 ， 扩孔施 q - ~ ,- j - ， 钻孔易塌陷， 甚至不成孔。 ( 2 )难以逾越坚硬障碍物。在导向钻进和扩孔施 工中 ， 遇到地下比较坚硬的障碍物时 ， 导向钻进和扩孔 根本过不去 ， 导致最终失败 。 5 ． 2 在排水管线施工中的特殊性 ( 1 )非开挖导向轨迹 的设计因施工工艺的特点 ， 不可避免地需采用曲线段 ，而重力流排水需要的是带 有一定坡度的斜线段 ， 因此管线 的坡度不易控制。 ( 2 )在整个施工过程中 ， 尤其是在回拉扩孔阶段 ， 受钻头 自重的影响 ，将不可避免地导致导向轨迹的弯 曲程度加深。 ( 3 )注浆加固的牢固性堪忧 ， 管线最终的标高位 置不易控 制。 ( 4 )其他一些不可预 知的因素 ， 如地下地质状况 不明等 ， 对成孔质量将造成 巨大影响 。 6结语 非开挖拉管工艺在重力流排水中的应用无论从管 线的设计还是施工来说 ，对于管线完工的最终质量远 没有明开槽施工的好 ，因此在排水工程中的选用需慎 重。 然而任何工艺的的最终确定是依靠综合比选． 开挖 拉管工艺在重力流排水中这～点缺憾并不能影响其在 市政排水工程中的应用。 目前拉管工艺尚处于探索时期 ，许多方法还不太 成熟 ， 如何改进拉管技术 ， 提升拉管设备的性能 ， 已成 为每一个拉 管技术人员的共同任务和责任 。随着城市 现代化建设进程的加快 ，拉管工艺作为城市管网建设 的组成部分已不可或缺 ，拉管施工技术人员务必结合 实践经验 ， 逐渐将拉管工艺推向成熟， 使其有更大的应 用空间。 参考文献 [ 1 ] 何春 明． 浅谈市政给 排水工程 的非开挖砬 管施工技 术[ J ] ． 今 日科 苑 ， 2 0 0 9 ，( 2 2 ) ． [ 2 ] 刘建国 ， 唐建国． 导向钻( 拖拉管) 管道敷设工艺在 市政工程中的应 用[ J ] ． 给水排水， 2 0 0 4 ( 9 ) ．