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1、拉管施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-GS-0104-市政環境保護企業 謝學武1 序言1.1工藝工法概況城市道路管道施工，因為交通條件限制，現場無放坡開挖條件，不放坡全斷面加強支護開挖方法，對支護要求高，施工安全保障較低，造價很高，而且對交通影響很大，無法確保交通疏導要求。尤其是埋深超出5.0m管道開挖施工，屬于危險性較大深基坑施工。若對開挖深度較大或因交通疏導原因不含有開挖施工條件路段采取非開挖拉管施工方法，可有效處理市政道路管道施工難題。和傳統挖槽埋管法相比,它含有環境影響小、對交通影響小、對地層結構破壞小、施工安全可靠、周期短、社會效益和經濟效益顯著等優點。1.2 工藝原理關鍵是采取地2、下定位系統，經過導向，分級擴孔方法，確保鉆機按預定軌跡完成導向孔，從而達成正確鋪管目標。導向孔施工關鍵依據設計軌跡，采取導向鉆頭內探頭盒發射一定頻率電磁波傳到地表。地面接收器收到信號，使用它能夠隨時測出鉆頭地下位置、深度、頂角、鉆具面向角等基礎參數。導向儀是導向鉆進眼睛，它能使操作人員能夠立即、正確地掌握鉆進情況，隨時調整鉆進參數，確保鉆機按預定軌跡完成導向孔，從而達成正確鋪管目標。工藝原理見圖1、圖2:圖1 施工工藝原理示意圖 圖2 監控裝置示意圖2 工藝工法特點非開挖拉管施工優點，回避了開挖施工中存在對交通、周圍建筑及地下管線影響大，路面、房屋等需要大面積拆除并恢復而造成資源浪費，而且施工3、周期短，可有效避免埋深4m以上溝槽開挖施工時塌方等問題，從而避免了作業人員施工安全等問題，缺點方面，對拉管管材質量要求高，要求環剛度在12.5KN/M2以上管材，從而使大于DN8OO以上大管徑管道管材現在還無法確保此環剛度而不含有拉管施工條件。另外，拉管施工將產生大量泥漿需要處理，文明施工及環境保護方面要求很高，而且其施工費用相對開挖施工費用相對較高。3 適用范圍天然氣、給排水管等輸送介質為液體或氣體、管徑801219鋼管和PE管等。4 關鍵引用標準給水排水管道工程施工及驗收規范（GB50268）、頂管施工技術（人民交通出版社）輸油管道工程設計規范(GB50253)、油氣輸送管道穿越工程施工規4、范(GB50424)、埋地聚乙烯排水管管道工程技術規程（CECS164）、鋼質管道焊接及驗收(SY/T4103)、油氣長輸管道工程施工及驗收規范(GB50369)、管道下向焊接工藝規程(SY/T4071)、石油天然氣工業輸送鋼管交貨技術條件第二部分：B級鋼管(GB/T9711.2)、水平定向鉆進技術規范（中國非開挖協會）。5 施工方法依據設計軸線位置及管道埋深，在施工范圍內經過現場調查、查閱資料、探測等手段調查清楚地下管線分布情況后進行鉆孔曲線設計，經過導向、分級擴孔后將焊接連通管道一次性拖拉至孔內，然后進行后續檢驗井等施工。6 工藝步驟及操作關鍵點6.1 施工工藝步驟施工工藝步驟見圖3：圖35、 施工工藝步驟圖6.2 操作關鍵點6.2.1 測量放線按設計軸線，結合坐標定位和相對定位法，將管道軸線標示和現有路面等設施上。6.2.2 地下管線探測在施工范圍內經過現場調查、查閱資料、探測等手段調查清楚地下管線分布情況。6.2.3 鉆孔曲線設計：1 鉆孔曲線設計：1）滿足規范要求最小曲率半徑。即：R=1500D。 2）滿足穿越公路和河流安全規范要求；3）選擇最好主力穿越層位。綜合考慮入土角、出土角、曲率半徑等原因，依據本工程綜合考慮以上原因，確定導向軌跡。4）定向鉆孔軌跡線段由造斜直線段、曲線段、水平直線段（和管道排水坡度一致）等組成，為確保水平直線段精度要求，造斜段水平距離L可按圖4計算確6、定。N取值在35范圍。 圖4 定向鉆孔軌跡計算示意圖5）入土造斜段和管道直線段之間及管道直線段和出土造斜段之間，最少應有一根鉆桿長度達成管道直線段坡度要求。6）入土角不宜超出10，出土角按導向鉆桿及拖拉管材許可曲率半徑較大值確定，通常不宜超出20。7）相鄰兩節鉆桿許可轉向角依據土質條件，鉆桿長度、材料等原因確定，土質越軟，角越小，角取值通常在1.53.0。2 回拖力計算及最大拖拉長度1）管道回拖力計算按圖5所表示進行計算： 圖5 回拖力計算示意圖式中Pt回拖力（KN）Py擴孔鉆頭迎面阻力（KN） Pf管周摩阻力（KN）Dk擴孔鉆頭外徑（m），通常為管道外徑1.31.5倍；D管道外徑（m）Ra 7、迎面土擠壓力（Kpa）在上海地域，粘性土Ra在5060Kpa；砂性土在80100Kpa；L管道長度（m） f管周和土摩擦系數（Kpa），在上海地域，粘性土f在0.30.4Kpa，砂性土在0.50.7Kpa；2）定向鉆孔拖拉法施工，最大拖拉長度宜控制在表1范圍內：表1 最大拖拉長度控制表管道口徑（mm）所處土層最大長度（m）備注DN300粘性土250砂性土180DN400粘性土200砂性土150DN600粘性土160砂性土120采取特殊、有效成孔及減摩方法時，最大拖拉長度可合適增加。6.2.4 基坑開挖在拉管施工機械前部，開挖一個可供臨時儲存泥漿基坑，基坑深度在2m以內，寬度在1.5m左右，長度8、在8m左右即可。6.2.5 鉆機就位及試運轉按施工部署圖將鉆機及隸屬配套設備安放在預定位置，進行系統連接、試運轉，確保設備正常工作。施工由40001500鋼板箱作為地錨,必需時裝滿沙子提升其穩定性,將鉆機前端固定在地錨箱上。6.2.6 鉆導向孔1 導向孔施工步驟：1）探頭裝入探頭盒。2）導向鉆頭連接鉆桿。3）轉動鉆桿測試探頭發射是否正常。4）回轉鉆進2m左右。5）開始根據造斜軌跡進行鉆進。6）完成直孔段鉆進。7）根據造斜軌跡進行鉆進。8）導向孔完成。2 導向孔施工應注意事項：1）確定管線入土點和出土點位置和深度。2）做好測量放線工作。根據設計要求，做好穿越管線測量放線工作，放線時要做好放線基準9、點確實定工作，并使鉆機、入土點、出土點在同一直線上。3）掌握穿越段地層特征導向孔施工前，應對穿越地層進行分析，以掌握其工程地質特征，確保鉆孔施工時技術參數合理性。4）導向孔施工時，要確保導航員和鉆機操作人員協調一致。5）導向孔鉆進時，要隨時掌握導向孔實際軌跡線，以使導向孔軌跡和設計軌跡之間偏差在設計要求范圍內，發覺偏差超標要立即糾正。6）合理使用泥漿作沖洗液，確保鉆孔成型及鉆具安全。7）選擇優質堿性電池，確保導向儀有足夠工作時間，確保導向孔施工時一次性完成（見圖6、圖7、圖8、圖9）。圖6導向鉆頭入土 圖7 導 向圖8 導向完成 圖9 鉆頭分離 6.2.7 反向擴孔1 施工步驟1）卸下導向鉆頭10、，換上反擴鉆頭及分動器。2）分動器后連接鉆桿。3）擴孔。4）反擴鉆頭抵達鉆頭工作坑后卸下反擴鉆頭及分動器，將前后鉆桿連接起來。5）根據擴孔級次反復施工步驟，直至最終孔徑2 擴孔分級實施擴孔，故預擴孔施工最終擴孔寸徑比設計要求大一級擴孔，清孔，例：250mm、350mm、450mm、550mm、650mm、750mm、850mm。最終擴孔直徑確保1.5倍鋪管直徑，確保管線鋪設通道通暢（見圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15）。圖10 安裝擴孔器 圖11 擴孔拉進（小管徑、大管徑需要提前分級擴孔）圖12 擴孔鉆進、拖管 圖13 擴孔鉆進、拖管曲線圖14 擴孔、拖管抵達接收坑 圖15 擴孔11、頭分離6.2.8 反向拖拉管材管道組焊完成，擴孔器清孔后，依據回拖力、扭矩大小決定管道回拖施工時統計回拖中扭矩、拖力、泥漿流量、回拖速度等數值，回拖數據時實匯報。回拖力計算公式拉L2 f(D2 /4)泥 7.851（D-1）+k粘 DL2式中: 拉計算拉力（t）；L2穿越管段長度（m）；f摩擦系數，；D管子直徑（m）；泥泥漿密度（t/m3）;1管子壁厚（m）；k粘粘滯系數，根據施工規范要求，鉆機應選擇最大回拖力為理論回拖力1.5-3.0倍，能夠完全滿足施工要求（見圖16）。圖16 造斜段拉桿收回（施工完成）6.2.9 現場泥漿配置及處理1 泥漿材料用量依據通常土質情況，確定泥漿配制方案，實施泥12、漿開鉆，開鉆前配制好優質泥漿。泥漿在定向穿越中起關鍵作用，需要針對不一樣地層采取不一樣泥漿，若地質情況復雜，則對泥漿要求比較高，為了對付不一樣情況，需要將采取以下方法：1）將施工用水存入水罐，在水中加入純堿，加速粘土顆粒分散,提升水PH值；2）根據事先確定好泥漿配比用一級膨潤土加上泥漿添加劑，配出合乎要求泥漿。3）依據不一樣地質條件，和不一樣施工工序,確定加入不一樣添加劑。4）為了確保泥漿性能，使膨潤土有足夠水化時間，在用量不能改變情況下，將采取增加泥漿儲存罐數量。5）廢泥漿處理：在焊接場地挖一個廢漿搜集池，搜集廢泥漿，經沉淀以后處理；在鉆機場地也挖一個泥漿回收池，泥漿經過回收池沉淀后，再經過13、泥漿回收系統回收；回收不了泥漿排送到指定地方。2 泥漿在各個施工階段配制方法：這些泥漿配制方案全部是針對通常土質得出，若地質條件改變，其配制方案也隨之改變：1）鉆導向孔階段要求盡可能將孔內物質攜帶出孔外，同時維持孔壁穩定較長時間，保持孔內泥漿面,降低阻力,其基礎配方是：78%預水化膨潤土+0.20.4%增添劑+0.3%降濾失劑+0.2%固體潤滑劑。兩端砂層加0.2%單項壓力封閉劑2）預擴孔階段要求泥漿一定動切力和良好流動性,提升泥漿攜帶能力，其基礎配方為：78%預水化鈉基膨潤土+0.20.4%提粘劑+0.2%降濾失劑+0.2-0.3%泥漿流變劑。3）擴孔回拖階段要求泥漿含有很好護壁、攜帶能力；14、同時還有很好潤滑能力，降低摩阻；其基礎配方以下：78%預水化鈉基膨潤土+0.20.3%提粘劑+0.3%降濾失劑+0.40.6%潤滑劑（RT988）+0.2-0.3%泥漿流變劑。3 泥漿排放施工時廢漿排放必需符合文明施工要求，采取泥漿排放車，隨時處理施工中產生泥漿。7 勞動力組織人員數量及工種安排如表2。表2 現場施工人員需求表（每臺鉆機配置）崗位職責人數項目經理負責整個項目標施工質量、進度、安全控制1人技術員負責整個項目標控向等技術操作、資料管理工作2人施工隊長負責全班施工，協調各工序間操作1人施工副隊長輔助隊長負責全班施工，協調各工序間操作1人質檢員負責工程質量檢驗1人安全員負責施工安全1人15、吊機操作手操作鉆機吊車施工2人駕駛員負責卡車和面包車駕駛工作2人泥漿工負責泥漿配制4人挖機操作員操作挖機2人機械電工負責維修使機械正常運轉1人技工輔助施工6人后勤負責后勤保障1人8 關鍵機具設備關鍵機具設備如表3：表3 關鍵機具設備表設備名稱規格（型號）單位數量生產國（廠）家水平導向鉆機DL1500臺1南京鉆具9泥漿馬達套1廊坊導向儀月蝕套1美國DCI企業泥漿車10噸臺1南京工程運輸車依維柯解放輛2國產發電機50KW+130KW臺2國產、國產污水泵55KW（3.5KW）臺4國產泥漿泵15KW/7.5KW臺2國產高壓泥漿泵949臺1國產9 質量控制9.1 易出現質量問題易出現質量問題關鍵有：9.16、1.1管材環剛度不能確保；9.1.2 管材焊接質量缺點；9.1.3 定向穿越偏差及泥漿配置質量不能確保從而造成塌孔。9.2 確保方法9.2.1 材料控制1 多種材料要有產品質保書、出廠檢驗合格證等，并經我企業檢驗人員及監理驗收合格后方可投入使用。任何未經驗收合格材料不得投入使用。2 組織專員進行材料采購，根據“質優、價廉、就近、立即”標準進行。3 現場材料驗收合格后，根據企業相關要求貯存和使用，以確保整個過程中不損壞、不變質和不丟失。9.2.2 定向鉆焊接質量控制1 焊縫檢驗合格、鉆具及拉管頭可靠連接后方可拉管。拉管中耐心細致，注意參數改變，集中精力，發覺漏點及損傷要立即修補。2 為保護補口防17、腐在拉管時不被破壞，在補口拉管前進方向一側增加半個熱收縮帶，且補口應在拉管前一天完成以確保拉管時補口強度。9.2.3 定向穿越偏差及泥漿配置控制1 水源采取經凈化處理后當地河水，水經過沉淀池沉淀，沉淀以后水存入水罐，在水中加純堿，提升水PH值。2 依據不一樣地層，按事先確定好泥漿配比用一級膨潤土加上泥漿添加劑，配出合乎要求泥漿，粘度控制在4060s之間。3 所用泥漿添加劑有：磺化瀝青（降濾失）、聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰胺提粘、防塌降濾失劑等。4 廢泥漿處理：鉆機場地內挖一個泥漿回收池，回收不了泥漿用泥漿罐車立即運輸到指定位置。5 鉆機及配套設備就位正確可靠，導向孔不得急于求快，要認真復核，參數18、要求正確，偏差要符合要求，司鉆、控向等操作人員要根據制訂方案鉆進，如有異常立即匯報，必需時取得建設單位同意和支持。鉆孔曲線要圓滑，擴孔要耐心細致，且要做好具體統計方便分析復核。10 安全方法10.1 關鍵安全風險分析10.1.1 因為導向過程中碰到障礙物或信號干擾，輕易出現導向偏差太大現象；10.1.2 管線資料有誤及鉆孔偏差致使管線損壞；10.1.3 擴孔器遇障礙引超卡鉆；10.1.4 上鉆桿沒有到位、鉆桿質量缺點及扭矩、拉力過大引發脫扣或鉆桿斷裂；10.1.5 孔內塌方，成孔不好致使拉管阻力過大；10.1.6 孔內泥漿壓力過高引發路面隆起。10.2 采取方法10.2.1 分析確定障礙物位置19、，修改導向軌跡避開障礙。10.2.2 立即停止施工，保護現場，通知相關部門，制訂補救方法搶修。10.2.3 用挖機、頂拉式千斤頂把鉆桿回拉；減慢回擴速度，必需時換小口徑擴孔器回擴。10.2.4 用挖機、頂拉式千斤頂把鉆桿回拉；采取導向鉆頭在原孔位鉆進至出土點，然后重新回擴。10.2.5 用挖機、頂拉式千斤頂輔助拉管；用挖機、頂拉式千斤頂把已入孔管線拉回，重新擴孔。10.2.6 挖孔泄壓。11 環境保護方法 11.1預防環境污染方法施工現場泥漿專員進行清理、打掃，要立即清理出現場，并運到指定地點。施工中不使用含有有毒、有害元素材料。嚴禁在施工現場焚燒垃圾。11.2預防 噪音污染方法嚴格控制人為噪20、音，進入施工現場不得高聲喊叫，無故敲打、亂吹哨，限制高音喇叭施工。盡可能選擇低噪音設備和工藝替換高噪音設備和工藝。12 應用實例12.1 工程介紹甬紹金衢成品油管道線路施工第五標段定向鉆穿越工程，本工程金東段JD029-JD031號樁管線原計劃開挖施工，因為考慮到管線需穿過珍珠混養塘、水泥公路和沼澤地，所以施工難度較大，變更方案為定向鉆施工。此穿越里程樁號為（9+89010+449），穿越處在金華市金東區鞋塘鎮，穿越長度為510m，穿越主管線采取4579.5 3PE防腐管，并行敷設一條光纜套管，管材采取1146.4 20#無縫鋼管。穿越沿線關鍵為珍珠混養塘、水泥公路和沼澤地。12.2 施工情況依據地質勘查匯報及實際穿越地質，本處穿越地質情況關鍵為強-中風化泥質粉砂巖，其抗壓強度較大，經過選擇大噸位設備及高強度鉆具，嚴格控制導向等施工方法，自3月開工，5月完工，歷時3個月圓滿完成了施工任務。12.3 工程結果評價該工程自開始施工至施工過程中，建設方領導及相關政府職能部門領導數次到現場蒞臨指導，在工期要求緊，施工協調難度大情況下，確保工期同時又降低了對周圍居民影響及生態破壞，并為建設方節省成本近40萬元。12.4 建設效果及施工圖片圖17 拉管定向鉆孔設備圖18 拉管引孔施工圖19 拉管拖拉施工圖20 拉管拖拉施工