水平定向鉆進(jìn)技術(shù)在市政供水管道施工中的應(yīng)用

摘要:隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，水平定向鉆進(jìn)技術(shù)在供水管道施工中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在比較傳統(tǒng)開(kāi)挖方式與非開(kāi)挖水平定向鉆進(jìn)施工優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討自來(lái)水管道水平定向鉆進(jìn)施工的工藝及技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:水平定向鉆進(jìn);供水管道;施工

中圖分類(lèi)號(hào):TU

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1672-3198(2010)21-0342-02

過(guò)去在城市地下管網(wǎng)建設(shè)包括供水、天然氣、電信、電力、排污等管線鋪設(shè)中，沿用的傳統(tǒng)施工方法是開(kāi)挖式埋管線，該法不僅速度慢，且影響交通和污染環(huán)境，遇到障礙物時(shí)更是無(wú)法穿越。隨著近年來(lái)人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，開(kāi)挖路面進(jìn)行各類(lèi)地下管線施工導(dǎo)致的社會(huì)、交通和環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注，在地下管線工程中使用先進(jìn)的非開(kāi)挖技術(shù)已是勢(shì)在必行。水平定向鉆進(jìn)作為非開(kāi)挖技術(shù)中最具活力的一項(xiàng)施工技術(shù)，具有導(dǎo)向準(zhǔn)確，在一定曲率半徑范圍內(nèi)繞避開(kāi)障礙物，避免破壞管線經(jīng)過(guò)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，施工周期短、適合復(fù)雜地層條件下施工、社會(huì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，是目前城市建設(shè)中管線穿越安裝采用最多的工藝。

1 傳統(tǒng)大開(kāi)挖方式的弊端

(1)敷設(shè)供水管道遇到穿越河流時(shí)，采用傳統(tǒng)大開(kāi)挖方式要先破壞河堤，還要對(duì)河流做引流，開(kāi)挖工程量大，難度大，產(chǎn)生的費(fèi)用也較高，且工期長(zhǎng)。

(2)敷設(shè)供水管道要穿越新修建的公路時(shí)極不方便。國(guó)家明文規(guī)定:“新修建的公路在3-15年內(nèi)不允許破路開(kāi)挖”。若對(duì)新建道路開(kāi)挖，不僅使道路質(zhì)量變差、壽命縮短，而且容易造成交通堵塞，嚴(yán)重者還會(huì)伴有地下管線被挖壞的事故發(fā)生。這不僅污染周?chē)h(huán)境，且造成極大的損失和浪費(fèi)。

(3)施工中遇到一些要穿越的、但是跨度較大、埋層較深的障礙物時(shí)(如電力隧道、電力方涵、污水方涵等)，若從方涵上方穿越則埋深不夠，若從方涵下方通過(guò)，挖得太深危險(xiǎn)性大，且不易施工。

(4)穿越鐵路段時(shí)，直接開(kāi)挖會(huì)造成鐵路停運(yùn)，而且敷管及之后的鐵路恢復(fù)工作需要工期較長(zhǎng)。

2 水平定向鉆進(jìn)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

水平定向鉆進(jìn)法是發(fā)展最快的一種非開(kāi)挖施工方法，是利用水平定向鉆機(jī)在不開(kāi)挖地表的條件下或以最小的地表開(kāi)挖工作量進(jìn)行鋪設(shè)多種地下公用設(shè)施(如管道、電纜等)的技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)具體如下:

(1)水平定向鉆進(jìn)穿越施工時(shí)不會(huì)阻礙周邊交通，不會(huì)破壞綠地、植被或影響商店、醫(yī)院、學(xué)校和居民的正常生活和工作環(huán)境，解決了傳統(tǒng)開(kāi)挖法施工對(duì)居民生活和出行的干擾以及對(duì)交通、環(huán)境、周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響。

(2)現(xiàn)代化的穿越設(shè)備的穿越精度高，易于調(diào)整敷設(shè)方向和埋深，管線弧形敷設(shè)距離長(zhǎng)，完全可以滿足設(shè)計(jì)埋深要求，并且可以使管線繞過(guò)地下的障礙物。

(3)城市管網(wǎng)埋深一般達(dá)到3m以下，穿越河流時(shí)，一般埋深在河床下9-18m，所以采用水平定向鉆機(jī)穿越，對(duì)周?chē)h(huán)境無(wú)影響，不破壞地貌，適應(yīng)環(huán)保的各項(xiàng)要求。

(4)采用水平定向鉆機(jī)穿越施工時(shí)，無(wú)需在水面或水下作業(yè)，不影響江河通航，不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu)，施工不受季節(jié)限制，施工周期短、人員少、成功率高、施工安全可靠。

(5)進(jìn)出場(chǎng)地速度快，施工場(chǎng)地可以靈活調(diào)整，允分顯示出其在城市施工時(shí)的優(yōu)越性。并且施工占地少，工程造價(jià)低，施工速度快。

(6)穿越大型河流時(shí)，由于管線埋在地層以下9-18mm，地層內(nèi)部的氧及其他腐蝕性物質(zhì)很少，從而起到自然防腐和保溫的作用，保證管線使用時(shí)間更長(zhǎng)。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)

(1)根據(jù)建設(shè)單位提供的管線工程平面圖、既有管線地下管網(wǎng)圖、工程技術(shù)要求等資料，對(duì)施工現(xiàn)象實(shí)地堪察，記錄對(duì)既有管線的檢查井標(biāo)記的位置，并進(jìn)行儀器探察結(jié)合人工探察，以確定既有管線的準(zhǔn)確位置。

(2)定向鉆導(dǎo)向孔軌跡一般由斜直線段、曲線段、水平直線段等組成，類(lèi)似于倒拋物線的形狀，根據(jù)事前收集的相關(guān)資料、實(shí)地勘察結(jié)果及待敷設(shè)的管材曲率設(shè)計(jì)出導(dǎo)向孔軌跡(包括確定入土角、出土角、入土點(diǎn)、出土點(diǎn)、第一曲線段和直線段軌跡變化點(diǎn)、直線段和第二曲線段軌跡變化點(diǎn))，并繪制導(dǎo)向孔軌跡圖。

3.2 施工泥漿配制和鉆具選擇

在水平鉆進(jìn)施工過(guò)程中，泥漿的作用表現(xiàn)為:穩(wěn)定鉆孔土體、冷卻潤(rùn)滑鉆頭和鉆桿及其他孔內(nèi)鉆具、清理鉆屑等。泥漿由水、膨潤(rùn)土和具有某種性能的膠體化學(xué)材料(視土質(zhì)選用)通過(guò)專(zhuān)用攪拌容器配制而成，正確適當(dāng)?shù)哪酀{的配置對(duì)穿越起決定性作用，選用不同粘度的泥漿要視具體地質(zhì)情況而定。

鉆機(jī)回拉力按管材回拉力計(jì)算值的1.5-3倍進(jìn)行選擇，以確定鉆機(jī)型號(hào)，施工前評(píng)估土壤狀況，以便確定最佳鉆進(jìn)液和鉆具組合。

4 施工工藝及其過(guò)程

水平定向穿越工作過(guò)程是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行導(dǎo)向和探測(cè)，先鉆出一個(gè)與設(shè)計(jì)曲線相同的導(dǎo)向孔，然后再將導(dǎo)向孔擴(kuò)大，把產(chǎn)品管線回拖到擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中，完成管線穿越的施工過(guò)程。其工藝流程見(jiàn)下圖:

水平定向鉆進(jìn)施工工藝流程鉆孔工地施工流程測(cè)量放線→修整場(chǎng)地→三通一平→設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→組裝鉆機(jī)→調(diào)試控向系統(tǒng)→鉆導(dǎo)向孔→預(yù)擴(kuò)孔→管道回拖→設(shè)備離場(chǎng)→恢復(fù)地貌管道工地施工流程測(cè)量放線→修整場(chǎng)地→三通一平→設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→運(yùn)管布管→組對(duì)相接→挖發(fā)送溝→管道拖進(jìn)→設(shè)備離場(chǎng)→恢復(fù)地貌

4.1 鉆導(dǎo)向孔

做好施工安全措施、發(fā)射和接收工作坑開(kāi)挖、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)、鉆機(jī)錨固后，進(jìn)行全系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，調(diào)試完成可進(jìn)行導(dǎo)向孔鉆進(jìn)，選擇符合施工現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)情況的導(dǎo)向鉆頭，開(kāi)動(dòng)高壓泥漿泵，鉆頭開(kāi)始正常噴漿后，在導(dǎo)向系統(tǒng)的引導(dǎo)下，鉆機(jī)按設(shè)計(jì)好的導(dǎo)向孔軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)，高壓泥漿的射流作用與鉆頭的切削作用共同在地下形成孔壁。鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆頭內(nèi)信號(hào)棒發(fā)出的信號(hào)被接收后，監(jiān)視設(shè)備顯示出鉆頭的深度、位置、角度等信息，據(jù)此及時(shí)調(diào)整鉆頭方向。鉆進(jìn)入土角一般在8°-12°之間，出土角5°-12°，管道曲率半徑一般1000D-1200D。為了更好地控制導(dǎo)向，在造斜段一般每根鉆桿調(diào)整一次角度，每次調(diào)整的角度一般不超過(guò)0.8°，以便回拖順利。當(dāng)導(dǎo)向孔從入土角達(dá)到水平夾角為0°時(shí)的計(jì)算穿越深度與設(shè)計(jì)埋深不同時(shí)(誤差超0.5m)，則應(yīng)調(diào)整入土直線段的長(zhǎng)度及其調(diào)整控向角度。同理，當(dāng)導(dǎo)向孔從水平到達(dá)出土角計(jì)算出的出土點(diǎn)，但達(dá)不到穿越長(zhǎng)度位置時(shí)，調(diào)整水平直線段長(zhǎng)度;達(dá)到出土角而沒(méi)有符合地面標(biāo)高時(shí)，調(diào)整每組鉆桿長(zhǎng)度及其控向角度。

4.2 擴(kuò)孔

鉆孔完成后卸下鉆頭及控向系統(tǒng)，接上擴(kuò)孔器，從出土點(diǎn)向入土點(diǎn)進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔的次數(shù)及擴(kuò)孔器類(lèi)型根據(jù)管徑及地質(zhì)情況確定。注意當(dāng)沿程土質(zhì)不一，承載力不均時(shí)，由于鉆桿、擴(kuò)孔器自身重力的作用，易形成不均勻沉降，造成預(yù)擴(kuò)孔偏移，故選擇合理的鉆具和鉆具組合對(duì)定向穿越能否成功尤為重要。擴(kuò)孔器類(lèi)型:中硬土采用飛刀式擴(kuò)孔器，主要是切割成孔，軟土采用桶式擴(kuò)孔器，主要是擠壓成孔，亦有兩種同時(shí)使用，飛刀式在前，桶式在后，擴(kuò)孔由小到大逐級(jí)進(jìn)行，擴(kuò)孔直徑根據(jù)穿越管徑確定，一般比管徑大150-200mm。例如穿越Φ630mm供水管，可分四次擴(kuò)孔，各級(jí)擴(kuò)孔分別為Φ200mm、Φ400mm、Φ600mm、Φ800mm。對(duì)于地質(zhì)情況較好時(shí)，可跳級(jí)使用擴(kuò)孔器。這樣不僅節(jié)省擴(kuò)孔時(shí)間，還可以節(jié)省泥漿用量。

4.3 回拖管材

擴(kuò)孔結(jié)束后，采用清孔器進(jìn)行清孔。復(fù)查管材的質(zhì)量及搬運(yùn)過(guò)程中是否損傷，按管材連接要求進(jìn)行檢查連接是否符合規(guī)定，檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行拖管。將連接好的管材沿接收坑坡道安放好，依次連接接頭、分動(dòng)器、鉆桿。回拖管道，密切注意孔內(nèi)情況，鉆機(jī)操作手密切注意控制鉆機(jī)的拉力和速度，確保回拖平衡。在回拖管材施工中，應(yīng)盡量避免發(fā)生卡管、鋪管受擠壓變形、泥漿滲出等事故，若發(fā)生應(yīng)該分析原因，采取相應(yīng)的措施解決。

4.4 竣工收尾

完善穿越兩側(cè)管道，拆卸臨時(shí)設(shè)備、鉆機(jī)設(shè)備及材料退場(chǎng)，處理廢棄泥漿，平整場(chǎng)地，恢復(fù)地貌及整理竣工資料等。設(shè)備拆卸前要對(duì)泥漿設(shè)備和鉆具進(jìn)行認(rèn)真清洗，鉆桿及鉆挺的螺紋要上油并裝上保護(hù)套用過(guò)的泥漿要進(jìn)行分離，固體物集中深埋，泥漿水排放到非養(yǎng)殖的河溝中。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，采用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)對(duì)供水管道進(jìn)行施工，從技術(shù)層面以及施工對(duì)城市環(huán)境的影響方面、施工經(jīng)濟(jì)層面都具有顯著優(yōu)勢(shì)，凸顯良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，隨著城市建設(shè)步伐的不斷加快，供水管道建設(shè)量會(huì)越來(lái)越多，水平定向鉆進(jìn)技術(shù)也必將得到更廣泛的應(yīng)用。

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