谈市政给排水工程的非开挖拉管施工技术

谈市政给排水工程的非开挖拉管施工技术

摘要:随着我国城市化进程的加快,非开挖技术在我国得到迅猛发展。本文结合工程实例,对拉管工艺在重力排水管施工中的技术特点、注意事项进行了分析,为非开挖拉管技术在排水工程中的推广应用提供参考。

关键词:管线工程;排水施工;钻孔导向;非开挖;拉管技术;质量控制
　　
　　1.工程概况
　　
　　某工业区的环境综合整治项目涉及50多家企业,约2.8km长的生活污水、生产废水管网及纳入城市排水管网的部分支管管网改造。为了最大程度地减少对企业的道路影响,厂区内外的污水纳管工程广泛使用了非开挖拉管技术,取得了显著的经济效益和社会效益。
　　
　　2.前期调查
　　
　　项目实施前,通过全面的调查,掌握拉管施工区域地表和地下地质情况,合理设计管线走向和进出洞口位置,在满足拉管施工控制需要的同时,注意满足企业正常生产的需要。
　　拉管施工区域调查的内容包括:一是地下管线的探查,主要是通过查阅原始资料和地下管线探测仪探测,力求避开和避免损害既有管线;二是地质勘察,主要对管线位置的地下暗浜、既往回填、地下设施以及土质情况进行调查;三是地表障碍物调查,地表面可满足导航设备通过,具有实施控制的基本条件。
　　
　　3.拉管施工技术要点
　　
　　3.1导向孔轨迹的设计
　　导向孔是扩孔拉管的母线,也是最终形成的管线孔。与其它管线不同,重力管对于深度、坡度允许误差均有较严格的要求,施工难度大。因此,对于正在生产的厂区,管线设计既要考虑厂区的实际情况,又要满足施工的基本条件,以确保管线钻进时有较小的入土角度。根据综合设计和实际需要,工作井区间一般按100～200m的间距设置。当管线较深时,为保证入土角度,入土工作坑设计见图1。
　　
　　3.2回拉力的计算及定向钻机的选择
　　定向钻根据穿越长度实际需要的回拉力进行选型,回拉力的计算参考2007年福建省工程建设标准《水平定向钻进管线铺设工程技术规程》,具体公式如下:
　　F拉=πLf [D2γ泥/4 - dδ1 (D -δ1)] K粘πDL
　　式中:F拉——计算的拉力,kN;L ——穿越长度,m;f——摩擦系数,f=0.1～0.3;
　　D——生产管直径,m;γ泥——泥浆密度,kg/m3;δ1——生产管壁厚,m;K粘——粘滞系数,K粘= 0.01～0.03。
　　本项目采用国产DDW—350铺管钻机、马克3导向仪。另配功率为45kW的不停钻射流循环泥浆搅拌系统,可快速制备钻进用泥浆;操纵台全功能数字仪表显示,具有独立的液压锚桩系统。钻机的主要技术参数:发动机功率为200kW,最大推力/拉力为380kN,最大回转扭矩为18kN.m,输出轴转速为0～110r/min,泥浆系统功率为45kW,泥浆泵流量为320L/min,泥浆泵压力为10Mpa,角度为8°～20°。
　　
　　3.3管材的选用
　　根据设计文件,管材选用HDPE管,该管具有如下特点:①高韧性,抗拉能力强,抗刮痕能力好;②采用热熔对接一体化连接,密封可靠,连接强度高于本身强度,适于拖拉;③可挠性能好,管道走向容易按照施工轨道进行改变;④快速裂纹传递抵抗能力好。
　　
　　3.4泥浆的配制
　　采用聚合物加强性泥浆,由优质膨润土泥浆加少量聚合物制成。该配方中膨润土和聚合物添加量约占泥浆质量的2%。扩孔拖拉中采用同样比例的泥浆,造壁性能良好,润滑和降低扭矩的效果明显,未发生塌陷等情况。
　　
　　3.5导向孔的施工
　　根据测量定位的轴线,操作定向钻机水平钻进,路面上部采用控向仪等导航设备控制钻头的方向和深度,严格按设计轴线形成一条直径约为100mm的圆孔通道,孔道中心线即为所需铺设管道的中心线。开钻时采用轻压慢转,进人平直段采用轻压快转以保持钻具的导向性和稳定性。根据地层变化和钻进深度,适时调整钻进参数。施工过程中,密切注意钻进过程中有无扭矩、钻压突变、泥浆漏失等异常情况,发现问题立即停止施工,待查明原因并采取相应措施后再施工。导向孔完成后,对工作坑入土口、接收坑出土口的标高和方位进行复核,确保按设计轴线成孔。
　　
　　3.6扩孔
　　导向孔完成后,卸下起始杆和导向钻头,换回扩钻头进行回扩。回扩过程中始终保持合适的泥浆量,对泥浆各性能参数进行不定期检测,以调整泥浆性能指标。根据地层的实际特点,合理控制回扩钻进速度,以利排渣。扩孔分3～5次完成,最后一次回扩需采用相应的挤扩式钻头,若回拖力和回扩扭矩较大,则需多回扩一次,以利孔壁成型和稳定。针对广东地区粉淤质土质的特点,实际操作时在泥浆混配系统中加入适量TERRA等稀释粉,该粉具有固化洞壁、润滑钻杆、塑管等作用并能起到防止管材变形等功能。在钻进回扩过程中,应及时做好施工原始记录,发现钻进时间、轴线角度、扭矩、顶拉力等异常情况,应立即停止施工,待查明原因并采取相应措施后再施工。
　　3.7回拖管材
　　HDPE管的管材连接要严格按电热熔施工要求施焊,回拖前应检查电热熔焊接质量,待焊接自然冷却、检查合格后方能进行拖管。在回拖管道过程中,密切注意孔内情况,钻机操作手应密切注意钻机回拖力、扭矩的变化。回拖应平稳、顺利,严禁蛮拖。管材要一次性拖入已成形的孔洞中,中途尽量避免停顿,以减小回拖的阻力。
　　
　　4.拉管工艺的控制分析
　　
　　4.1管线轨迹的设计
　　与其它管线不同,排水管道的重力流特征决定了其必须控制较小的坡度和标高误差,这对拉管的成孔控制提出了更高要求。为了保证引导精度,主要采取了以下措施:一是在管线设计时,充分考虑引导实施的可行性;二是适当设置工作坑,确保入土角度和标高;三是增加测定频率,精确换算管位深度,每0.5m测定一次;四是尽量减少测定干扰,尽量选择在生产间隙、车辆较少的时间进行施工。采取以上措施后,纳管工程约10km的拉管段,标高偏差基本上控制在50mm以内,满足了排水工艺要求。
　　
　　4.2成孔质量的控制
　　重力流排水管成孔的主要特征是有一定坡度的直线段、较小的误差以及不设曲线段,这是与其它管线的根本不同,也是施工难点所在。为了达到这一要求,主要采取了以下措施:一是开挖相当的入出土工作井,以设计坡度或较小的入出土角度控制出入土点;二是在无法做到图1所示的工作坑时,必须对出入口附近的少量管段进行二次排管并接顺至检查井,确保有效段管线的顺直及一定的坡度。
　　
　　4.3沉降预防
　　施工中遇到的另一个问题是防沉降。由于回扩头的质量、大小不同,加之不良土质的影响,在水管的外边产生间隙是必然的,这种间隙在管径较大、埋深较浅的管段容易发生沉降,主要需要防止、控制的地方是穿越主要道路下的管段。在拉管施工中,2m以下的较小管段基本上没有出现明显的下降,较浅的局部地方在一至两月以后有轻微

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