HDPE双壁缠绕管的定向钻牵引施工.pdf

2 0 0 4 vo 1 2 0 中国给水排水 chi na water & w as t ewate r no 8 棼 攀 攀 器 p 囊 施 工 与 监 理 甏 矾 h d p e双壁缠绕管的定向钻牵引施工 黄昭强 ( 广州市市政工程维修处，广东 广州 5 1 0 1 0 0 ) 摘 要： 广州市大坦沙污水处理厂( 三期) 新市涌至 2号泵站管道工程( 重力截污管道) 有 7 4 0 m长的管道需敷设在广佛高速公路旁边， 加之正上方有一条与之同线埋设的中国电信管线， 因 而采用了定向钻牵引法施工。结合该工程详细介绍了h d p e双壁缠绕管的牵引法施工要点。实践 表明， 该法施工进度快 ， 并避免了对高速公路路面的破坏 ， 取得 了良好的社会效益和经济效益。 关键词： h d p e双壁缠绕管； 截污管道； 定向钻； 牵引； 施工 中图分类号 ：t u 9 9 2 0 5 文献标识码 ：c 文章编号 ：1 0 0 0 4 6 0 2 ( 2 0 0 4 ) 0 8 0 0 9 6 0 4 gu i d i n g d r i l l dr a u g h t te c h n o l o g y f o r hdpe do u b l e d e c k twi s t e d pi p e la y i n g h u a n g z h a o q i a n g i ( g u a n g z h o u mu n ic ip a l e n g i n e e r i n g m a i n t e n a n c e d e p a r t m e n t ， g u a n g z l o u 5 1 0 1 0 0 ， c h i na ) ab s t r a c t ：t h e r e i s 7 4 0 m g r a v i t y i n t e r c e p t i n g s e w e r i n t h e p i p e l i n e w o r k s f r o m xi n s h i ri v e r t o n o 2 p u m p i n g s t a t i o n o f d a t a n s h a wa s t e w a t e r t r e a t m e n t p l a n t o f g u a n g z h o u c it y( t h e th i r d p h a s e ) the i n t e r c e p t i n g s e we r h a d t o b e l a i d b e s i d e t h e g u a n g z h o u - f o s h a n hi g h w a y wi t h a c h i n a te l e c o m p i p e l i n e b u r i e d a b o v e i t a l o n g t h e s a n l e l i n e s o t h e g u i d i n g - d ril l d r a u g h t t e c h n o l o g y wa s u s e d f o r c o n s t r u c t i o n co mb i n e d wi t h t h i s c a s e ， t h e k e y p o i n t s for t r e n c h l e s s d r a u g h t c o n s t r u c t i o n u s i n g hdp e d o u b l e - d e c k t wi s - t e d p i p e we r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l th e p r a c t i c e s h o ws t h a t t h i s t e c h n o l o gy c a n q u i c k e n t h e c o n s t r u c t i o n s p e e d， a n d a v o i d t h e d e s t r u c t i o n o f h i g h wa y s u r f a c e， t h e r e f o r e o b t a i n g o o d s o c i a l a n d e n v i r o n me n t al b e n e - fi t s ke y wo r d s ：hdp e d o u b l e d e c k t wi s t e d p i p e； wa s t e wa t e r i n t e r c e p t i o n p i p e； gu i d i n g d ril l ； d r a u g h t t e c h n o l o gy ； c o n s t r u c t i o n 1 工程 概 况 广州市大坦沙污水处理厂 ( 三期 ) 新市涌至 2 号泵站管道工程( 重力截污管道 ) 是城市 中心区污 水处理规划的重点建设工程之一， 采用 的是 d n 6 0 0 ( 全长为 4 1 6 m) 和 d n 7 0 0 ( 全长为 6 6 5 m) h d p e双 壁缠绕管。该工程有 7 4 0 m长的管道紧靠广佛高速 公路。根据地质报告 ， 该段地质情况较为复杂 ， 地下 水丰富， 边坡土层为人工 填土及淤泥 ， 边 坡稳定性 差。管道埋深 在地下 4 5 m左右 ， 刚好处 于砂 层 ( 含水量较为丰富， 而且是强透水层 ) 表面， 极易产 生管涌和流沙现象 ， 即使采用钢板桩支护仍难避免 附近地面下沉( 导致离基坑边不到 3 m的高速公路 路面开裂) 。此外， 根据对现场管线的探测和摸查， 在 h d p e管顶上方 3 m处有一条与它同线埋设的中 国电信管线 ， 如果在该处采取开挖施工， 则要先进行 电信管迁移。鉴于上述理由， 决定采用非开挖定 向 9 6 维普资讯 2 0 0 4 v o 1 2 0 中国给水排水 n o 8 钻牵引施工方案。 2 x -j t - 点 定 向钻牵引施工又称导向钻进施工 ， 是非开挖 敷设地下管线技术的一种， 其主要工艺流程为： 施工 准备一导向孔施工一反拉扩孔、 成孔一牵引管道一 砌检查井一验收一清场。 2 1 管道检查 h d p e双壁缠绕管抗外压能力强( 能承受较大 拉力) 、 柔 韧性好 ( 能较 好地适 应沉 降， 抗震 能力 强) 、 单位质量轻( 在牵引过程中可减小与孔壁的摩 擦力 ) ， 非常适合牵引施工。为确保工程质量 ， 管道 材料必须满足各项设计要求 ， 主要有 ： 管道内壁光滑平整 ， 管身没有裂缝 ， 管 口无 破损 、 裂 口或变形等缺陷； 管道的端面应平整 ( 与管的轴线垂直) ， 轴 向不得有明显的弯曲， 管道插 口外径 、 承口内径的尺 寸及圆度应满足要求 ； 管材内压强度及刚度应满足设计要求； 橡胶圈的外观应光滑平整 ， 不得有气孔 、 裂 缝 、 卷皱、 破损、 重皮或接缝等。 2 2 导向孔轨迹设计 弧形导向孔轨迹 ( 见图 1 ) 由两部分组成 ： 造斜 段和直线段。造斜段是钻杆进入敷管深度 的过渡 段 ， 直线段是管道穿越障碍物的敷设段。 图 1 军 引钻 杆轨 迹 f i g 1 t r a c k o f g i i i d i i l gd r i l l d r a u g h t p i p e 导向孔轨迹的形态取决于穿越起点( a点) 、 穿 两式计算。 越终点( b点) 、 敷管深度( ) 、 造斜段曲率半径( 。 、 ： 鬲 ( 1 ) r 2 ) 等参数， 其中r - 由钻杆最小 曲率半径( a ) 和敷 ： 2 a r c t n ( 2 ) 管深度( ) 决定 ， 根据经验 r d 1 0 0 0 d ( d 为钻杆直 式 中 修正后。的埋管深度 ，取 4 5 5 5 m( 平均 径， 5 0 m m) ； z 由所敷管的弯曲半径决定， 工程 中 埋深为 4 5 m， 再加 0 0 5 5 m 的修 正 取 r 2 t4 7 m。 值) 管道埋深修正值的确定 r i 造斜段 曲率半径 ， 取 1 2 0 0 d 重力流截污管须按设计流水标高埋设。由于管 经计算得 ： 2 3 m ， ：1 8 。 。 线敷设前要进行扩孔 ， 而且扩孔孔径 比敷设管的要 分段牵引施工 大 ， 根据以往工程 的经验 ， 管 回拉完后在孔 内将 上 工程中一次牵引敷设管线最大长度为 2 1 0 m， 浮 ， 因此在确定钻进轨迹标高时要进行标高修正 ， 以 当敷设长度过大或受场地等外界因素影响时牵引机 确保管线敷设后的流水线标高符合设计规定。 械不足以一次完成拖管工作， 这时需要采取分段牵 d n t o 0和 d n 6 0 0的扩孔尺寸分别为 d n 8 5 0和 引施工( 见图2 ) 。 d n 5 0 ， 均比设计管道大 1 5 0 m m， 因而从理论上来 a b段 的导向孔打通以后先用 0 0的回扩头 说 ， 钻进轨迹中心线的标高要加上 一 7 5 m m的修正 回扩一次 ， 然后把 回扩头推至 a b段 中点 0 ； 在 0点 值， 考虑到管道上浮时管壁不能紧靠上方， 将修正值 挖坑( 2 m x 4 m x 6 m) ， 换上钻头沿曲线钻进至 m 定为 一 5 5 m m o 点出土 ， 顺次回扩拖管， 完成 a d段 管道 的敷设 ； 后 造斜段的设计 退 2 3 m以点 j7、 r 作为人土点沿 曲线钻进至 0点 ( 确 造斜段距离 ( ) 和钻杆入射角 ( o t ) 分别按以下 保达到预定深度 ) ， 然后换上 0 0回扩头顺着原孔 9 7 维普资讯 2 0 0 4 v o 1 2 0 中国给水排水 n o 8 推至 p点出土， 顺次回扩拖管， 完成 o b段管道的敷 设。 图 2 分段牵引钻杆轨迹 f i g 2 t r a c k o f g u i d i n gd r i l l d r a u g h t p i p e i n s u b s e c t i o n s 2 3工作坑施 工 每段牵引需要挖掘 2个工作坑 ， 即入 口工作坑 和出口工作坑， 均采用机械挖掘 、 密扣钢板桩支护。 入 口工作坑用于检测钻杆的钻进角度和旋转扭 动等工作状态， 一般在钻机前面 61 0 m处挖掘， 尺 寸为 1 5 m 6 m， 挖深 由地面渐变到深 4 5 m。施 工工序为： 破除路面一打钢板桩支护一挖土一清运 余泥一工作坑围蔽。要注意的是人工挖泥过程不要 损坏人行道下的管线 。出口工作坑是回拖时提供排 水管人洞的工作坑 ， 其尺寸和施工方法与入 口工作 坑相同。 2 4 钻进技术方案 导向钻机的主要部件有轮式钻机 、 操作系统、 动 力站 、 液压系统 、 钻头 、 钻杆等， 按照安装使用规范进 行安装。钻机运到现场后须先锚固稳定， 并根据预 先设计的钻机倾斜角进行调整 ， 依靠钻机动力将锚 杆打入土中， 使后支承和前底座锚与地层固结稳定。 钻杆轨迹的第一段是造斜段 ， 控制钻杆的入射 角度和钻头斜面的方向， 缓慢给进而不旋转钻头， 就 能使钻头按设计的造斜段钻进。钻头到达造斜段完 成处后便进行排水管流水段 ( 即 a b直线段 ) 的钻 进 ： 旋转钻头并提供给进力 ， 钻头就能沿水平直线钻 进 。钻头上装有带信号发射功能的探测仪器， 在钻 进过程中通过地面接收仪器接收探头发出的信号， 经译码后便可获知钻头深度 、 顶角、 工具面向角 、 探 头温度等参数 ， 根据所接收的数据调整钻头操作参 数 ， 使钻进按照流水线标高路线前进 ， 到达出口工作 坑后完成钻孔工序。 2 4 1 钻进操作的注意事项 钻杆的上、 下接头应对正， 边缓慢给进动力 边慢转上扣， 不得拧得过紧。 不允许使用弯曲和有伤的钻杆。 钻进速度不宜过快 ， 应根据地层条件合理 调定给进力。 造斜顶进时 ， 每次顶进尺度控制在 0 5 m 左右为好 ， 曲线要缓。 钻杆内不得进脏物 ， 以免堵塞钻头喷嘴。 当机油压力报警指示灯亮时说明油压不正 常 ， 要进行检查。 当机油堵塞报警指示灯亮时要更换机油滤 芯 。 改变水泵排量时先摘开离合器 ， 不得带速 换档。 在水泵较长时间不工作的情况下应将其变 速箱挂空档， 然后合上离合器， 以保护分离轴承。 按规范开动钻机后不要马上用全负荷钻 进， 而应先进行试运转， 待确定各部分运转正常后方 可开始钻进。 2 4 2 钻头位置监测 钻机配有一手持步履跟踪式导向仪 ， 用以确定 钻头位置及各项数据 ， 监测钻头是否偏离设计轨迹。 在造斜段钻头每钻进 1 0 c m就测一次钻头的位置 ， 在平敷段则每隔 2 0 c m监测一次。如果发现偏离轨 道 ， 就通过调整钻头斜面的方向进行纠偏 ， 但纠偏不 能太急( 应该在几根钻杆长度内完成纠偏) ， 也不要 过度。 2 4 3回拉扩孔 钻头到达出口工作坑后钻进工作完成 ， 但是孔 径还没有达到敷设要求 ， 因此需要采取多次扩径。 第一次扩孔为 2 0 0 m m， 第二次扩孔为4 o 0 in i n ， 如此 类推直至扩孔 到 l 0 0 0 m m。具体操作 为： 卸 下钻 头， 在钻杆尾端连接孔径为 2 0 0 i n i n的回扩头， 开动 钻机旋转 、 回拉扩头进行扩孔。回拉过程 中须不断 加接钻杆( 始终保持钻杆不能没入孔洞中) ， 扩头回 9 8 维普资讯 2 o 0 4 v o 1 2 0 中国给水排水 n o 8 拉到达接驳坑后卸下 2 0 0 m m的回扩头， 再在出 口 工作坑的钻杆尾端接上 4 0 0 m m 的回扩头， 如此扩 孔到 1 0 0 0 m m。 在钻杆 回拉扩孔过程中， 需通过钻杆注入膨润 土浆 ， 以减少摩擦 ， 降低 回转扭矩和回拉阻力 ， 同时 膨润土浆还有固壁 、 防止孔洞塌方和冷却钻头的作 用。旋转 回扩头切削下来的泥土与膨润土浆混合形 成泥浆后流到出口工作坑的集浆坑里 ， 实现了将土 排出的目的。集浆坑里设泥浆泵， 用 以把泥浆抽到 泥浆池。 2 5回拉敷设管道 成功扩孔到 1 0 0 0 m m后便可 回拉敷设管道。 在回拉前要进行管道 的接连， 即用热熔法将 h d p e 双壁缠绕管连接成与成孔长度相当的管道。之后 ， 将管道与扩孔器相连 ， 经回拉将管道牵引进孔洞内。 h d p e管的焊接 将要连接的两根管子保持水平状态 ， 并清除其 表面的杂物， 将 电热熔带及锁紧扣带放在管道连接 部位并用夹钳把锁紧扣带扣紧， 然后把热熔机与 电 热熔带 相接 ， 设 定加 热时 间后启 动热 熔机 ( 绿 灯 亮) ， 当热熔机 的红灯亮 时电热熔过程完成。关掉 电源 ， 再一次用夹钳扣紧锁紧扣带并保持一定 的冷 却时间( 约 1 5 m in ) ， 冷却后松开锁紧扣带。如此类 推将管道焊接成需要敷设的长度 ， 为拖管做好准备。 h d p e管道的加固 回拉管道过程 中要牵引的管线很长 ， 为了保证 在牵引过程 中不会出现拉断管和因泥浆排出不及时 而压扁管的情况 ， 在回拉前要作 以下处理 ： a 顺管外 沿用 4根 的钢筋 紧抱管两端 ， 管 中央则用 1根 的钢筋拉住管两端 ， 在管外围每隔 1 0 it i 采用 的钢筋环形抱住外沿的 4根钢筋 ， 确保拖管的整体 性 ， 防止断管。为了保证这 5根纵向受力钢筋能够 整体受力 ， 将钢筋都焊接在封板上 ， 8钢筋 与封板 用玻璃胶封口， 防止漏水。b 分别在 a、 b点开挖一 深坑 ， 让泥浆 自由流到坑里 ， 并用泥浆泵抽出。 定向钻机的选择 工程中采用的定向钻机为 中联重科 k s d 2 5和 凯斯 c a s e 6 0 3 0 ， 其最大回拖力均为 2 4 5 k n， 远大于 管与土体之间的摩擦力 ， 满足要求。 2 6 检查井 检查井采用人工挖孔护壁作业法砌筑。经放样 定出检查井位置后采用逆作法开挖， 到管道位置后 进行检查井的砌筑 ， 井壁和护壁之间的空隙用水泥 砂浆填补。 检查井的施工流