排水管道工程定向钻孔拖拉法

1、排水管道工程定向钻孔拖拉法施工及验收规程 (试行)Code for Directional Drilling construction and acceptance of Micro sewerage pipelines trechless主编单位：上海城投水务事业部水环境公司上海市城市建设设计研究院参编单位：上海市第二市政工程有限公司 上海建工桥隧筑港有限公司二00五年八月目 录1、总则32、术语、符号42.1、术语42.2、符号53、基本规定64、设计74.1管材75.2 定向钻孔轨迹设计85.3 控制井105.4 进出洞口措施115.5 回拖力计算及最大拖拉长度126、施工145.1 一

2、般规定145.2 施工机械安装、调试145.3 定向拖拉施工167、工程质量验收206.1 一般规定206.2 试验与检测206.3 工程竣工验收21附录一 施工记录表式22附录二 本规程用词说明281 总 则 为了加强对排水管道工程定向钻拖拉法施工的质量控制.特制订本规程。 本规程适用于上海地区新建、扩建和改建的永久性室外排水管道工程定向钻孔拖拉法施工及验收.管道口径为DN600mm及以下。 本规程依据国家工程建设的法律、法规、管理标准和有关技术规范标准编制。除符合本规程所规定的要求外.尚应符合国家现行相关规范、规程。 本规程未作规定或工程有特殊要求时.应按国家和上海市的有关标准规范执行。

3、工程中所需原材料、半成品和成品的技术质量标准.应符合国家及上海市现行的有关规范、标准执行.同时应符合本规程规定。2 术语、符号2.1 术 语 定向钻孔拖拉法定向钻机设在地面上.在不开挖土槽的条件下.采用探测仪导向.控制钻杆钻进方向.达到设计管道轴线要求.经多级扩孔.拖拉管道回拉就位.完成管道敷设。 二程式拖拉法将设备置于工作井中.采用经纬仪导向.控制钻杆钻进方向.从接收井回拖拉管道就位.完成管道敷设。 平壁管内外壁光滑平整的管材。 环刚度管道抵抗环向变形的能力。可采用测试方法或计算方法定值.单位kN/m2。 控制井为控制导向钻杆敷设标高而设立的井.一般设置在设计的检查井位置。 造斜段钻杆由入土

4、角转为水平角及由水平角转向出土角的过渡段。 多级扩孔控向完成导向钻杆敷设后.须采用从小到大不同口径的钻头回转切削成所需孔径。 护壁泥浆在扩孔过程中.须及时连续地注入护壁泥浆.其作用减小切土扭距、护孔成形、携带钻屑.护壁泥浆配制及施工方法是施工的关键工序。 回拉扩孔后必须立即进行回拉.以防塌孔和环向变形。扩孔完成并达到规定的技术指标后.将设计要求的管材连接成管道.用导向钻杆回拉就位。回拉速度范围通常介于2550cm/min之间。2.2 符 号H排水管道埋深（管内底深度.单位为m）Ho排水管道中心线深度(m)D管外径(mm)Do管内径(mm)L定向钻造斜水平距离(m)A每节导向钻杆长度(m)A相邻

5、两节钻杆允许转向角()RminHDPE管最少曲率半径(mm)EHDPE管弹性模量（MPa）spHDPE管弯曲应力（MPa）Rz钻杆曲率半径(mm)Dz钻杆外径(mm)3 基本规定 排水管道定向拖拉施工方法一般有定向钻孔拖拉法工艺和二程式拖拉法工艺.必须根据周围环境条件确定具体施工方法。 排水管道定向拖拉施工方法.宜交叉使用定向钻孔拖拉法工艺和二程式拖拉法施工.以保证管道轴线控制在同一设计轴线上。 控制井与管道施工顺序.宜先进行控制井施工.后进行管道定向拖拉施工。 拖拉用的管材宜采用PE管.其材质及性能均应符合国家有关现行标准及相应规定。 定向拖拉施工中的护壁泥浆应根据地质条件合理使用。 在定向

6、拖拉施工中和施工后.管道上方的地面及相邻建筑物不得有沉陷、坍塌或隆起.相邻或相交管线及地下构筑物应无损坏。4 施工准备4.1 管材选择 拖拉用的管材宜采用HDPE聚乙稀平壁管.管材的强度及环刚度必须满足施工及使用阶段的荷载要求。（1）施工采购的管材.应符合现行国家标准或行业标准.对尚未制定国家标准或行业标准的产品不得采用。（2）本规程中采用的管材使用寿命不得低于50年。 HDPE聚乙稀管材的物理性能应符合下列规定： 质量密度： 0.940.96g/cm3； 短期弹性模量：800MPa； 抗拉强度标准值：不小于20.7MPa； 抗拉强度极限值：80MPa； 抗拉强度设计值：不小于16.0MPa。

7、弯曲模量300MPa； 环向弯曲刚度：不小于8kN/m2管材允许的拖拉应力按12MPa控制。 管材的外观质量及尺寸应符合下列要求：（1）管材外观颜色应一致.内壁光滑平整,无划伤、毛刺等缺陷。（2）接前管材的端面应平整且与管中心轴线垂直.管材长度方向不得有明显弯曲现象。（3）管材外壁应有统一的标识（生产企业、产品名称、公称直径、环刚度及生产日期等）。（4）拖拉管的内径必须满足设计管径的要求。常用的有DN300、DN400、DN500、DN600. 所采用的HDPE聚乙稀管的主要设计标准应满足流量要求、环刚度和辅管过程中的拖拉力的要求。4.2 定向钻孔轨迹设计 定向钻孔轨迹线段宜由造斜直线段、曲线

8、段、水平直线段（与管道排水坡度一致）等组成.为保证水平直线段精度要求.造斜段水平距离L可按图计算确定。Ho=H-Do/2 式-1L=2A+Ho-A(Sin+Sin2+Sin(n)/tg(n)+A(Cos+Cos2+C0s(n) 式-2 n取值在35范围。图 定向钻孔轨迹设计图 入土造斜段与管道直线段之间及管道直线段与出土造斜段之间.至少应有一根钻杆长度达到管道直线段坡度要求。 入土角不宜超过10.出土角按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定.一般不宜超过20。 相邻两节钻杆允许转向角根据土质条件.钻杆长度、材料等因素确定.土质越软弱.角越小.角取值一般在1.53.0。 定向拖拉穿越公路、铁

9、路、河流时.最小覆土深度应符合有关专业规范要求；当专业规范无特殊要求时.管道敷设最小覆土深度应符合表的规定。表 管道敷设最小覆土深度序号穿越对象最小覆土深度1城市道路与路面垂直净距1.5m2公 路与路面垂直净距1.8m；路基坡脚地面下1.2m3高速公路与路面垂直净距2.5m；路基坡脚地面下1.5m5铁 路路基坡脚处地表下5m；路堑地形轨顶下3m；0点断面轨顶下6m6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； 待敷设管道与建筑物和既有地下管线的距离应符合下列规定:（1）敷设在建筑物基础以下时.与建筑物基础的水平净距必须在持力层扩散角范围以外.尚应考虑土层扰动后的变化

10、.扩散角不得小于45；（2）在建筑物基础以下敷设管道时.必须经验算后确定深度；（3）与既有地下管线平行敷设时.水平净距不得小于0.6m；（4）从既有地下管线下部交叉敷设时.垂直净距应符合下列要求： 粘性土不得小于0.5m；砂性土不得小于1.0m；（5）遇可燃性管道和特种管线及弯曲孔段应考虑加大水平净距和垂直净距。达不到上述距离时.应增设有效的技术安全防护措施。 HDPE管材的弯曲半径应大于管材外径的40倍。控制的最少曲率半径可按公式（）计算。 Rmin=ED/（2sp） （） 钻杆的曲率半径应由钻杆的弯曲强度值所确定。根据经验一般Rz1200DZ。4.3 控制井 控制井结构形式应由设计单位确定

11、.井尺寸根据工艺方法不同而定。管道洞口处理要有密封装置.防止漏水漏泥。 控制井应根据拖拉长度.并结合场地条件、水文地质条件和设计参数.设置若干控制井.且至少二个.一般设置在检查井位置。 定向拖拉施工时.应先进行控制井施工.后进行管道定向拖拉施工。一般在长度大于100m时至少在中间加设一座控制井。 控制井支护形式按管道埋深、水文地质条件及既有管线分布由设计确定。4.3.5 二程式拖拉法控制井平面内净尺寸不小于长宽=4.0m2.5m.管道中心与底板顶面净距不小于750mm。4.3.6 二程式拖拉法施工每节长度一般控制在75m以下。 拖管回拉完成后.管材需要若干小时（一般等于牵引时间）恢复拖拉时产生

12、的应变。当从铰过的钻孔中牵引时.拖拉头应被拉出控制井井壁一定距离其值大约等于整个拉伸长度的3。通常需等待一整夜恢复后.再切断管道。4.4 进出洞口措施 定向拖拉施工进出控制井洞口应根据不同水文地质条件、埋深、周围环境和经济性.选择合理的进出洞口加固技术措施。进出洞口措施可以有降水、注浆、冻结等加固方法。 对条件允许的场合.可优先考虑降水法。若采用注浆加固法.应充分考虑钻头的切削能力.土体加固的强度和时间。在深基坑条件下.在施工前应经计算确定其加固处理方法和尺寸。进出洞口措施应保证扩孔及管道进出洞口过程中的土体稳定。 控制井洞口要设置能满足不同口径要求的密封止水装置.防止漏水漏泥。4.5 回拖力

13、计算及最大拖拉长度 管道回拖力计算按图所示如下：图 回拖力计算示意图 Pt=Py+Pf - （-1） Py=pDk2Ra/4 - （-2） Pf=pDLf - （-3）式中 Pt回拖力（kN）； Py扩孔钻头迎面阻力（kN）； Pf管周摩阻力（kN）； Dk扩孔钻头外径（m）,一般为管道外径1.31.5倍； D管道外径（m）； Ra迎面土挤压力（kpa）。在上海地区.粘性土Ra在5060kpa；砂性土在80100kpa； L管道长度（m）； f管周与土的摩擦系数（kpa）。在上海地区.粘性土f在0.30.4kpa；砂性土在0.50.7kpa； 定向钻孔拖拉法施工.最大拖拉长度宜控制在表范围内：

14、表 最大拖拉长度控制表管道口径(mm)所处土层最大长度(m)备注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采用特殊、有效的成孔及减摩措施时.最大拖拉长度可适当增加。5 施 工5.1 一般规定 排水管道定向拖拉施工应符合设计要求.并要求技术措施安全可行.减少环境污染.不破坏相邻建（构）筑物及管线。 施工前应提出施工组织设计和专项施工方案并报建设、监理单位审批后方可实施。5.2 施工机械安装、调试 定向钻孔拖拉施工钻机的分类及技术性能可按表选用。表 定向钻机的分类分类小型中型大型回拉力KN450扭矩KNm30回转速度r/min130100

15、130100功率kW180钻杆长度m1.53.03.06.06.012.0给进机构钢绳和链条链条或齿轮齿条齿轮齿条敷管深度m15城市定向拖拉施工一般选用中型钻机。 定向钻机安装应符合下列要求：（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.施工前应用导向探测仪复查或采用测量计算的方法复核；（4）钻机安装后.起钻前应用锚杆锚固。土层坚硬和含水率低时.宜用直锚杆；土层较软时.宜采用螺旋锚杆。混凝土基础或沉箱定位.要满足钻机回拉力支撑要求。 导向探测仪的配置应根据机型、穿越障碍物类型、探测深度和现场测量

16、条件及定向钻机类型选用.使用前应符合以下要求：（1）操作人员必须具有掌握仪器原理、性能、适用范围、操作方法的知识和技能；（2）导向探测仪在施工前应进行校准.合格后方可使用。 导向钻头的类型和尺寸应按岩土的类型、土层的造斜能力、造斜配套工具等要求进行确定.钻头类型和尺寸可参照表选用。表 导向钻头类型选择土层类别钻头类型淤泥质粘土较大掌面的铲形钻头软粘土中等掌面的铲形钻头砂性土小锥形掌面的铲形钻头 二程式拖拉法施工钻机安装.要求导轨面平整.方向与管道设计水力坡度一致。钻机与井壁支撑稳固.特别是钻机前后与井壁传递较大反力。控向经纬仪安装调整须与钻杆同高.且方向一致.固定可靠.基础与钻机隔离.分别固定

17、在底板上。 钻杆的使用应符合下列规定：（1）钻杆的机械性能主要是强度和扭矩.其规格、型号应符合扩孔扭矩和回拉力的要求；（2）钻杆外径宜大于73mm.钻杆的曲率半径应不小于钻杆外径的1200倍；（3）钻杆的螺纹应洁净.旋扣前应涂上丝扣油；（4）弯曲和有损伤的钻杆不得使用；（5）钻杆内不得混进土体和杂物以免堵塞钻杆和钻具的喷嘴。5.3 定向拖拉施工5.3.1 施工工艺流程定向钻孔拖拉法施工工艺：多级扩孔回拖管材现场清理、造斜段注浆填充撤场定向轨迹设计管道轴线测量放样挖出入土坑钻机定位试钻泥浆制备控向钻导向孔管材连接加固控制井施工 二程式拖拉法施工工艺：管道轴线测量放样钻机定位、控向测量仪安装试钻泥

18、浆制备导向孔钻进回拖管材管材分节下井管道贯通，收井撤场控制井施工5.3.2 导向孔钻进应符合下列规定：（1）钻机开动后.必须先进行试运转.确定各部分运转正常后方可钻进；（2）第一根钻杆入土钻进时.应采取轻压慢转的方法.稳定入土点位置.符合设计入土倾角后方可实施钻进；（3）导向孔钻进时.造斜段探测控制点设置频率为每0.51.0m,直线段可按一根钻杆长度设置,现场记录按附录一表1要求填写,并应绘制出钻孔轨迹剖面图；（4）造斜段曲线钻进时.应按地层条件调定推进力.严禁钻杆发生过度弯曲；（5）钻孔的轨迹偏差不得大于终孔直径.超出误差允许范围应退回进行纠偏；（6）二程式拖拉法导向孔按管道设计轴线及水力坡

19、度控向钻进.钻头光源必须密封可靠.电路连接稳定.控向经纬仪安装稳固。钻进过程中.控向经纬仪轴线每钻进20m.复核一次.现场记录按附录一表2要求填写。5.3.3 施工钻进扩孔的直径应是设计管道直径的1.31.5倍。5.3.4 扩孔的回拉力、转速、钻进液流量等技术参数应符合工艺标准的要求.现场记录按附录一表3要求填写。5.3.5 定向钻进及扩孔应按地层条件配制泥浆.泥浆性能指标的调整应符合下列要求：（1）粘度应能维护孔壁的稳定.并将钻屑携带到地表；（2）泥浆的失水量控制.一般地层30min内泥浆的失水量宜控制1015ml；水敏性易坍塌和松散地层失水量宜控制5ml以下；（3）泥浆的PH值应控制在81

20、0之间。5.3.6 钻进泥浆应在专用的搅拌器中配制.并具有足够的供应量.从钻孔中返回的泥浆应妥善处置。5.3.7 钻进泥浆压力应视不同扩孔阶段分别选用泥浆压力和流量。5.3.8 回拖管材前应检查管道连接的热熔焊接质量.待焊接自然冷却后.检查合格方能进行拖管。5.3.9 回拖管材施工中.机操手应密切注意钻机回拖力、扭矩变化.采取措施尽可能的减少管材与地面的摩擦阻力。现场记录按附录一表4要求填写。5.3.10 管道拖拉就位后.清理控制井.砌筑检查井窨井。管道与检查井墙接头处宜安放橡胶圈等止水材料。控制井回填时.先回填中粗砂至管顶以上0.5m.分层浇水密实。5.3.11 造斜段、管道外壁及窨井回填土

21、中空隙.须注浆充填密实。6 工程质量验收6.1 一般规定6.1.1 施工完成后应由质检人员对施工质量进行检验.建设单位或监理机构应对施工质量进行监督和检查。6.1.2 HDPE管材应符合下列要求：（1）管材应有产品合格、产品技术质量证明文件；（2）管材外观应无缺陷、裂纹、变形；（3）管材的材质和性能应符合国家现行有关标准的规定；（4）热熔焊接前管材的端面应平整且与管中心轴线垂直。6.1.3 HDPE管接口焊接质量应符合下列要求：（1）对接热熔焊焊缝焊接力学性能不低于母材。（2）对接热熔接后应形成凸缘.且凸缘形状大小均匀一致.无气孔、鼓泡和裂缝；接头具有沿管材整个圆周平滑对称的翻边.翻边最底处不

22、低于管材外表面；对接错边量不大于管材壁厚的10%.且不大于3mm；6.2 试验与检测6.2.1 管材质量检验：（1）检查数量：外观质量全数检查；热熔焊缝焊接力学性能试验每200个接头不少于1组；当单位工程中接头数量不足100个.做1个接头热熔焊缝焊接力学性能试验。（2）检查方法：观察；检查焊接力学性能检测报告；上述检验中若有不合格的则应加倍抽检.加倍检验仍不合格时应停止焊接.查明原因进行整改后方可施焊。6.2.2 管道接口应不渗漏泥水.可抽检进行闭水试验。6.2.3 窨井处管道口连接密封牢固.洞口不渗漏泥水。6.2.4 管道水力坡度符合设计要求。窨井处管道平面位置、管内底标高应进行测量.允许偏

23、差应符合下表规定：序号项目检验方法允许偏差（）1中线平面位移经纬仪测量1002管道内底标高水准仪测量80 两段拖拉管交叉处中线平面位移偏差,可根据管道直径、土质条件确定.在控制井内接顺管道。6.3 工程竣工验收6.3.1 工程竣工验收应在施工单位自检合格的基础上进行.验收工作应由建设单位负责组织质监站、设计、监理、施工等单位及有关部门共同完成.验收应提出验收文件。6.3.2 竣工验收前.施工单位应编制竣工报告。附录一 施工记录表式表1 定向钻控向记录表2 导向杆顶进控向记录表3 回扩成孔记录表表4 拉管记录表表5 定向拖拉施工工序质量评定表表1 定向钻控向记录工程名称：井位区段：钻进长度：验收

24、长度：出土角度：钻杆直径、长度:开钻时间：停钻时间：入土角度： 天气：水平距离（m）探测深度（m）平面偏移（m）水平距离（m）探测深度（m）平面偏移（m）水平距离（m）探测深度（m）平面偏移（m）水平距离（m）探测深度（m）平面偏移（m）导向钻进平面图钻进计划剖面图本班负责人： 司钻员：探测员：接班人：表2 导向杆顶进控向记录工程名称： 井位区段： 设计长度(m)： 验收长度(m)： 钻杆长度(m)： 钻杆根数： 本 班 顶 进 情 况操作日期： 年 月 日 班 操作班组： 序号时间顶进长度（厘米）顶力Mpa始发点测量（厘米）偏差（厘米）驱动电流（A）备 注起止历时(分)时分时分本镐累计前视设

25、计前视偏差值上下左右本班负责人： 观察人： 接班人：表3 回扩成孔记录表工程名称： 井位区段： 扩孔直径(mm)： 总长(m)： 钻杆长度(m)： 钻杆根数： 年 月 日 编号：序号时间钻进长度钻进参数泥浆性能备注起止历时(分)本次m累计m拖拉力MPa扭力MPa转速r/min泵泥浆量L粘度s比重静切力Pa动切力Pa时分时分01020304050607080910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940 技术负责人： 施工负责人： 记录员： 表4 拉管记录表工程名称： 井位区段： 设计管径(mm)： 总长(m)： 钻杆长度(m)： 钻杆根数： 年 月 日 编号：时间拖进长度拖进参数情况描述起止历时(分)本次进尺累计长度拉力回扩扭力转速泵泥浆量时分时分（m）（