污水管道定向钻孔拖拉法施工技术

第２期（总第１３２期）　２０Ｏ８年４月　中圄子放　ＣＨＩＮＡ　ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｎｏ．２（ＳｅｒｉａＩ　Ｎｏ　１３２）　Ａｐｒ．２００８　污水管道定向钻孔拖拉法施工技术　苏向军　（上海浦东路桥建设股份有限公司，上海２０１２１０）　摘要：定向钻孑Ｌ拖拉高密度聚乙烯平壁管（ＨＤＰＥ管）作为一种非开挖施　Ｉ二方式，具有对周同构筑物、交通的影响小　维修费用少，对管线的保护作用大等独特的优越性。结合浦川路新建污水管道铺设工程，阐述了定向钻孑Ｌ拖拉管的钻　孔轨迹设计和施　Ｅ方法。　关键词：污水管道；定向钻孑Ｌ；轨迹设计；ＨＤＰＥ管；施工工艺　中图分类号：ＴＵ９９２．０５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００４—４６５５（２００８）０２—００４１—０４　１工程概况　拉法进行非开挖施Ｔ。　２定向钻孑Ｌ拖拉法的施工原理和主要设备　２．１施工原理　浦川路（顾唐路一川沙路）位于上海浦东新区银　行卡产业园区内，属于城市次干道，以区域出人交　通的服务功能为主。在该道路下新建的污水管管径　非开挖水平定向钻孔技术是从石油钻井领域发展　为ＤＮ４００，原地面标高４．４０　ｍ，管底标高一１．３０　ｍ。　其中横穿半幅川沙路的一段，要从川Ｉ沙路雨水管底　下穿过，接到井深７．２　ｍ的川Ｉ沙路３２号污水井中。　该段污水管全长３０　ｍ，管材为高密度聚乙烯平壁管　（简称ＨＤＰＥ管），管线平面图见图１。　／．＠（　／　／　演变过来的一项适用于快速铺设地下管线的先进非　开挖施Ｔ技术。在天然气、自来水、电力和电信部　门已是一种得到广泛认可的施工Ｔ艺。最近随着在　施工精度上的改善，也被用于污水管和其他重力管　线的铺设。　水平定向钻孑Ｌ拖拉法铺管一般分３步进行。　、＼＼　１）钻进导向孔。大多数水平导向钻进使用一种辅　助射流的切削钻头，在钻头前端带有斜面板，当钻　杆不停地回转时钻头钻出一个直孔；当钻头朝着某　个方向推进而不回转时，钻孔轨迹发生偏斜，从而　达到改变地下钻孔方向的目的。在钻头钻进的过程　中，安装在导向钻头内的探头发出信号，信号被地　表的接收器接收后，操作人员通过监测到的信号来　观察钻头的前进方向和深度等，从而人Ｔ控制钻孑Ｌ　的轨迹，使钻孔按设计轨迹延伸。　图１　污水管道设计及现有管线平面图　２）钻进回扩。导向孔施丁完成后，需要用一个扩　孔器来扩大钻孑Ｌ。一般是将钻孔扩大至成品管线直　径的１．３～１．５倍，以便安装成品管线。如果铺设的　管线管径较大，或地层情况比较复杂，可根据钻机　川沙路交通流量大，管线较多较复杂，经调查，　工程范围内有雨水管、上水管、通信管和光缆等。　该路段地表水及地下水又较为丰富。　土层白上而下主要为：杂填土、粉质黏土和淤　泥质粉质黏土。通过从施Ｔ方式、Ｔ程费用、安全　情况分一次或多次进行回扩，直至达到可以安装成　品管线的要求。一般最终的回扩直径的计算式为：　Ｄ１＝Ｋ・Ｄ　（１）　性和对现有交通的影响等几个方面的因素分析，决　定对横穿半幅川沙路的污水管铺设采用定向钻孔拖　式中：Ｄ　为最终回扩直径，ｃｍ；Ｋ为安全系数，一　般取１．３～１．５，当地层情况比较复杂时，取较大系　数，当地层为均质黏土时，取较小值；Ｄ为成品管外　径或集束管外径，ｃｍ。　３）管线拖拉。钻孑Ｌ回扩完成后，一般是在出口处　・收稿日期：２００８—０２—０１　作者简介：　苏向军（１９７６～），男，工程师，工学硕士，主要　从事公路和市政工程的建设与管理　４１・　维普资讯 http://www.cqvip.com 中圄于盛暑　苏向军：污水管道定向钻孔拖批法施　ｆ　技术　２００８年第２期　将待铺管线通过回拖头和扩孔钻头连接在钻杆上，　利用定向钻机一边ｌｎｊ转一边同托，将管线拖人已扩　钻孔，完成管线的铺设Ｔ作。　１）造斜段曲率半径Ｒ。本Ｔ程定向钻孑Ｌ轨迹设计　包括人孑Ｌ、造斜段和水平段。造斜段曲率半径主要　由钻杆和待铺ＨＤＰＥ管的曲率半径决定，选择时以　曲率半径大的为设计依据。　（１）铺设的ＨＤＰＥ管最小允许曲率半径：　ＩＩｐＥ　一　：　定向钻孔穿越与　他任何一种施Ｔ　法相比，大　多数的Ｔ作部在道路的两侧进行，不会阻断交通；对　周同构筑物的影响小；提供障碍物下管线覆盖的深度　ｎ一　：—９６　０　ｘ　４５０×２＿４一一　９　０００（‘．。ｒ“一　Ｉｌ：９０（ｍ）（“　２）　：大，对管线的保护作Ｊ｝Ｊ大；定向钻孔穿越Ｔ期短，在　许多情况下比其他施Ｔ方法费用少。　２．２主要施工设备　式巾：Ｅ为ＨＤＰＥ管弹性模数，为９６０　ＭＰａ；Ｄ　：为　ＨＤＰＥ管外径，为４５０　ＣＩＩ１；　为２４　ＭＰａ。　为ＨＤＰＥ管弯曲强度，　施＿Ｉ　过程中投入的主要仪器和设备见表ｌ。　表１主要仪器和设备　●　（２）钻杆的曲率半径应由钻杆的弯曲强度值确定。　位　数最　名称　规格型号　根据Ｔ程实践经验，一般情况下钻杆的曲率半径为　钻杆外径的１　２００倍。即钻杆ｆ¨１率半径　只洲＝１　２００Ｄ洲＝１　２００×８－－９　６００　ｃｍ＝９６（ＩＩ１）（３）　水半导向钻机　月蚀　向、接收仪　ＧＢＳ３５水平导向钻机　Ｅｃｌｉｐｓｅ　套　１　ｌ　式中：Ｄ　为钻杆外径，为８　ｃ　。　镑线探测仪　ＲＤ４０００　１　（３）定向钻孑Ｌ轨迹造斜段曲率半径Ｒ取两者中大　的值，即９６　ｎｌ。本Ｔ程中取１００　ｍ。　２）造斜距离Ｌｌ和入土角ＯＬ计算。　，｜ｌ＝￣／ｈ（２Ｒ－ｈ）＝、／４　Ｘ（２×１００—４）＝２８（ｍ）　（４）　厂—　自动发甲水准仪　泥浆系统　ＴＪＯＰ　ＢＷ３２０　套　ｌ　ｌ　泥浆运输　电动泥浆泵　汽１　吊　８　ｒ１３　Ｏ　ｌ　ｍ　ｌ５　ｔ　辆　△　【１　辆　１　１　１　一２ａｒ毗ａｎ、／　ｆ＿　＝３定向钻孔轨迹设计　定向钻孔轨迹的设计是非开挖定向钻孔施Ｔ的依　据和质量榆畲的标准，设计水平直接影响到施丁的　２　ａｎ、／　２６（。）（５）　式中：ｈ为管道中心距入土点埋设深度，４　ＨＩ。　安全和成本。　３）定向钻孔轨迹设计参数。根据上面计算数据和　铺设管道的要求，设计的定向钻孔穿越轨迹纵断面　如图２所示。设计管中心高程为一１．１　ｍ，人土角为　一设计钻孔轨迹的一般原则是在充分掌握原始的　地下地层资料、地下管线资料的基础上，以最安全、　最方便和最低成本完成地下管线的铺设任务。钻孑Ｌ　轨迹设计主要考虑地表的覆土深度、关键节点的地　表位置、地下管线及障碍物的位置、成品管材的类　型、｝１』入土角及管线的曲率半径、施Ｔ地点的特殊　要求、地貌条件的限制等。　ｌ６．２６。，人土端造斜距离为２８　ｌｒｌ，曲率半径约为　１００　１ＴＩ，穿越水平距离为３２　ｎ＇ｌ（即在进人浦ＪＩｆ路６３—１　号污水井前２　ｍ处把钻杆凋为水平），水平钻进一直　保持至川沙路３２号污水井预留孔洞处，所以水平定　向穿越导向长度预计为６０　Ｉｎ。　图２定向钻子Ｌ穿越轨迹纵断面　・４２・　维普资讯 http://www.cqvip.com

中圄千盛ｊ靠　４定向钻孑Ｌ拖拉管施工方法　施Ｔ１二艺流程见图３。　管道轴线测量放样ｌ　苏向军：污水管道定向钻孔拖拉法施工技术　以控制导向孔不偏离轴线。　２００８年第２期　每钻进１根钻杆，测量其深度及方向，做好钻进　路径统计表记录。要求每１根钻杆的标高偏差范罔　在±８０　ｍｍ误差范围内，轴向偏差范围控制在　±１００　ｉｎｍ误差范围内。在地表测量点做好标记，以　方便后期测量和核对深度及位置。导向过程中配合　使用水准仪，保证到达污水井前２～３　ｍ时，达到设　亳　计高程。　４．４多级扩孔　导向孔钻成后，在川Ｉ沙路３２号污水井中卸掉钻　丽　一　（撤场／　、）　　＼、——／　图３施Ｔ　Ｔ艺流程　４．１工作坑的开挖和钻机放置　在距浦川路６３—１号污水井西侧３０　ｍ处预挖一　个长Ｘ宽Ｘ深为２．０　ｍ　Ｘ　１．５　ｍ　ｘ　１．５　ｍ的工作坑。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。　４．２泥浆配制　本工程采用定向钻专用膨润土和有机聚合物，以　提高造浆率和成孔质量。膨润土作为制浆的基本元　素，能提升泥浆悬浮钻屑的能力，使得钻屑能够浮　在泥浆中，随泥浆循环流出钻孔，保持孔内清洁；　能稳定孔壁，防止塌孔。有机聚合物能包覆粉砂土　颗粒，抑制粉砂土松散坍塌，提高携带性和护壁性　能。　泥浆黏度保持在５５～６５　ｓ之间（用一个标准漏斗　将泥浆倒入。每流出１　Ｌ泥浆所需的时间即为泥浆黏　度值），ｐＨ值应控制在８～１０之间。施工现场每２　ｈ　应对泥浆黏度观测一次。　钻进泥浆应在专用的搅拌器中配置，并具有足够　的供应量。从钻孔中返回的泥浆应妥善处理。　４．３钻导向孔　钻机应试运转并调整好适合本次施工的参数。按　设计轨迹钻导向孔。在造斜段数据控制点按０．５～　１．０　ｉｎ长度设置；水平段可按３．０～５．０　ｍ长度设置，　头及控向系统，安装扩孑Ｌ器进行预扩孔。扩孔采用　逐渐增大扩孑Ｌ，扩孑Ｌ器的规格为　３【）（】ｍｍ、　００　ｍｍ　和　６００　ｍｉｎ。为使扩完的孑Ｌ成型较好，扩孔速度不　能太快，扩孔时间应＞３　ｍｉｎ／根，在孔内保持足够泥　浆。　扩孔完成后，再用ｇｂ６００　ｍｍ清孔器对孔进行一　次清孔处理，以排出孑Ｌ内多余渣土，使成孔内壁进　一步稳固。　４．５管道组对焊接　ＨＤＰＥ管的焊接采用热熔对接技术。管材经相应　机具切削、加热，使塑管断面熔化，在一定的压力　作用下，使熔化表面接触，且在焊接过程中形成双　环焊缝，成为加强圈。因此其焊缝系数＞１，其焊缝　强度可超过本体。　焊接的操作步骤：　１）按塑管特性设定熔接温度。　２）启动电源，对电热板加热，当温度上升到设定　点时会自动把调温范同控制在设定点±３　Ｋ以内。　３）将对接的塑管放人对接架内并固定好。此时油　缸位置在最左端，两管口间距应以能放人铣刀盘且　铣削后又能对接为准。　４）插入铣刀盘并固定好。先肩动铣刀盘，然后启　动动力源油泵，逐渐进入切削状态，最终达到两端　面铣平的目的（铣削时的油压≤３　ＭＰａ）。　５）取出铣刀推进活动架，检查两管面是否吻合，　如有高低偏差，需采用夹具进行校正并重复４）、５）　动作，直到满意为止。　６）退回油缸，取出铣刀盘，换人电热板。　７）再次启动油泵，推进管道于电热板两面，稍稍　加压，当电热板两侧管端熔出合适熔缝时，停止进　给动作，继续加热，待达到加热时间总和后，迅速　退回活动架取出电热板。　８）一旦电热板取出，应迅速合龙对接，并加大压　力，直至接口有适当的翻边。一般情况下，翻边的　・４３・　维普资讯 http://www.cqvip.com 中国于盛暑　苏向军：污水管道定向钻孔拖拉法施Ｔ技术　２００８年第２期　宽度应该相当于管子的壁厚。　９）停止油泵，待管子熔缝冷却至环境温度。　ｌ０）除去同定夹具，取ｆ“对接好的管材，对接结　束。　４．６回拖管材　在清孔后，将已通过强度试验的管道固定在拖管　头上，连接方式见图４。　图４拖管头和ＨＤＰＥ管的连接　拖管头和ＨＤＰＥ管的连接必须密封，防止泥浆　和其他物质进入管道内。　在川沙路３２号污水井中设置一个定滑轮，使水　平牵引力转变为竖直牵引力，通过吊车的拉力将管　线从人土坑拖人已扩钻孔，方式见图５。　图５吊机牵引ＨＰＤＥ管　在拖拉管过程中，要严密观察拉力情况和出浆情　况。拖拉过程必须连续进行，中间不允许有长时间　的作、Ｉｋ停顿，以防止￣６：ｆＬ缩径或塌孔，保证管线能　・４４・　够顺利铺设完成。　ＨＤＰＥ管道拖至两侧污水井为止，完成后，在井　中拆卸拖管头。　施Ｔ完毕，造斜段、管道外壁及窨井回填土中有　空隙，都须注浆充填密实。　４＿７质量检测　施Ｔ完Ｔ后，应进行闭水试验，检测管道接口是　否渗水，窨井与管道口连接处也应密封牢固，洞口　不得渗漏泥水。窨井处管道平面位置、管内底标高　应进行测量，允许偏差应符合表２规定。　表２管道平面位置与管底标高质量检验标准　项Ｆ１　检验力　法　允许偏差／ｍｎ　巾线平面位移　经纬仪测量　ｌＯ０　管道内底标高　水准仪测量　±８０　５结语　１）定向钻孔拖拉ＨＤＰＥ管作为一种新型的非开　挖施Ｔ方式，有其独特的优越性，代表了未来市政　管道非开挖施Ｔ技术的发展方向。　２）丁程施工前应进行Ｔ程勘察，调查分析施Ｔ区　域内有关各方面情况，充分掌握现场资料，包括所　要穿越地层的详细资料、既有地下管线分布情况等。　３）定向钻孑Ｌ施丁前必须进行钻－ｆＬＳＪｔ迹设计，并在　施Ｔ中进行有效监控，保证铺管的准确性和精度要　求。　４）根据不同的地层条件，有车ｔ－ｘ，ｆ性地配制泥浆，　施Ｔ过程中泥浆性能应随时监控和调整。泥浆的黏　度、配浆用水的ｐＨ值及某些添加剂，应随着工程情　况变化，随时加以改进、调整。所配制的泥浆应符　合环保要求。　５）施Ｔ中应做到施工组织合理，施２Ｅ　Ｊ）￣Ｉ，序紧凑，　保持施工时间的连续性，尽量做到不问断施Ｔ。　６）施Ｔ完毕后，要对管道穿行后形成的窄洞采用　压密注浆填实，以免影响附近管线和构筑物。　参考文献　【ｌ】巾国非开挖技术协会．定向钻进管线穿越铺没技术规范［ｓ］．２００２．　１２『上海城投水务事业部水环境公司，上海市城市建没没计研究院．排水　管道Ｉ　程定向钻孔拖托法施Ｅ及验收规程（试行）　２００５．　ｉ３］ＸＩＪ军非＿『ｆ：挖水平定向钻进铺管施丁技术及Ｉ　程应用研究［Ｄ］．两安：　两安建筑科技大学，２００４．　『４１石小峰．定向钻孔牵引高密度聚乙烯管材在市政管道］　稃中的　用　ｌＪ１＿水利科技　经济，２００６（４）：２４８—２５０．