地下空間拉管施工技術(shù)

苗新辰 王叡鵬 張英雷 張璞巖 劉明洋

中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程簡(jiǎn)介

京東方（河北）移動(dòng)顯示技術(shù)有限公司（二期）工程建筑面積45 775.66 m2，包括主生產(chǎn)廠房在內(nèi)共5個(gè)單體工程，廠房地上4層，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)。為滿足建筑功能需要，在室外工程管線施工期間需從既有廠區(qū)鍋爐房橫穿中央大道向在建工程引入室外管線，待鋪管道共計(jì)18根，總長(zhǎng)度約500 m。因施工區(qū)域涉及城市主干道，不宜進(jìn)行大面積明挖施工作業(yè)，故擬采用地下空間拉管施工對(duì)室外管線進(jìn)行鋪設(shè)[1-4]。

2 拉管施工特點(diǎn)

1）免明挖：不開(kāi)挖溝槽即可完成地下管線的施工，將開(kāi)挖施工中存在的對(duì)交通、周邊建筑及地下管線的影響降至最低，也不產(chǎn)生路面、房屋等需要大面積拆除并恢復(fù)而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，產(chǎn)生的建筑垃圾少。同時(shí)，避免了埋深較深溝槽開(kāi)挖施工時(shí)易導(dǎo)致塌方等問(wèn)題，從而保證了作業(yè)人員的安全問(wèn)題。

2）成本低：因無(wú)需進(jìn)行道路破碎、恢復(fù)即可完成施工，拉管施工技術(shù)可節(jié)省大量人工和二次拆除恢復(fù)費(fèi)用，減少資源浪費(fèi)，同時(shí)避免交通堵塞，達(dá)到綠色環(huán)保及文明施工要求。

3）工期短：拉管施工周期短，與傳統(tǒng)明挖埋管法相比，大大縮短了施工工期，無(wú)需考慮土方運(yùn)輸堆放問(wèn)題，只需運(yùn)輸少量泥漿。

3 拉管施工工藝原理

拉管技術(shù)原理是利用水平定向鉆機(jī)、導(dǎo)向鉆頭及導(dǎo)向儀等施工機(jī)具，按照設(shè)計(jì)的穿越曲線圖，先鉆出一個(gè)與設(shè)計(jì)曲線軌跡相同的導(dǎo)向孔，到達(dá)另一側(cè)時(shí)卸下導(dǎo)向頭換上較大直徑的擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行反向擴(kuò)孔，最后將產(chǎn)品管線回拖到擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔中，完成管線鋪設(shè)的施工過(guò)程（圖1）。

4 拉管施工技術(shù)

4.1 施工工藝流程

測(cè)量原有地下管線→開(kāi)挖工作坑→鉆機(jī)就位→鉆孔泥漿配制→鉆導(dǎo)向孔→反向擴(kuò)孔→管道回拖→管頭分離→現(xiàn)場(chǎng)泥漿處理

4.2 施工工藝流程

4.2.1 測(cè)量原有地下管線

地下管線探測(cè)有以下3種方式：第1種是人工打開(kāi)沿線各種管線井蓋，直接測(cè)量管線埋深和走向；第2種是使用管線探測(cè)儀沿拉管所要經(jīng)過(guò)的線路進(jìn)行物探；第3種是聯(lián)系市政或管線實(shí)際管理單位，由對(duì)應(yīng)單位派人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交底。根據(jù)已有地下管線資料和勘探成果確定穿越路線，確定鉆機(jī)入場(chǎng)與停放位置，確定鉆進(jìn)入土點(diǎn)和出土點(diǎn)。

圖1 拉管施工工藝原理

4.2.2 施工準(zhǔn)備

在施工開(kāi)始前，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)做以下準(zhǔn)備工作。一是開(kāi)挖工作坑，工作坑位置、尺寸及深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)文件、現(xiàn)場(chǎng)條件確認(rèn)，并應(yīng)滿足施工過(guò)程中積存的泥漿和鉆出的渣土運(yùn)輸處理需要。若在開(kāi)挖深度較深或周邊土質(zhì)較差的區(qū)域，則應(yīng)進(jìn)行基坑支護(hù)處理，支護(hù)方案需經(jīng)專家論證后方可施工。工作坑內(nèi)挖集水槽，在工作坑坑角設(shè)集水坑，準(zhǔn)備2臺(tái)泥漿泵，1臺(tái)工作、1臺(tái)備用。二是做好鉆機(jī)的準(zhǔn)備工作，導(dǎo)向施工前應(yīng)檢查導(dǎo)向系統(tǒng)（接收器、發(fā)射器、遠(yuǎn)程同步監(jiān)視器）電源、信號(hào)信道是否匹配，按照操作說(shuō)明書(shū)對(duì)導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，并進(jìn)行系統(tǒng)連接、試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證設(shè)備正常工作。鉆機(jī)應(yīng)安裝在設(shè)計(jì)軌跡延伸線的起始位置，并選擇鋼板箱或預(yù)埋地腳螺栓作為地錨以保證鉆機(jī)的穩(wěn)定性。

4.2.3 鉆孔曲線設(shè)計(jì)

1）確定鉆孔類型和軌跡形式：鉆孔類型及軌跡形式應(yīng)綜合考慮穿越空間內(nèi)地質(zhì)條件（含水文環(huán)境）、擬鋪設(shè)的管線性質(zhì)類型及鋪設(shè)要求、地上地下障礙物環(huán)境因素、文明施工和經(jīng)濟(jì)性等因素。

2）確定入土點(diǎn)和出土點(diǎn)位置：入土、出土點(diǎn)宜選擇在土質(zhì)較好的地段，避免不利土層帶來(lái)的施工影響。

3）確定各項(xiàng)軌跡參數(shù)，包括入土角、出土角、圓弧過(guò)渡段曲率半徑、管道埋深、管道水平長(zhǎng)度、實(shí)際用管長(zhǎng)度等。

從勘探結(jié)果可知，原市政管線位置橫向集中在－3.0 m以上，縱向集中在－6.0～－3.0 m區(qū)間，所以本工程設(shè)計(jì)鉆孔路線為曲線軌跡。

4.2.4 鉆導(dǎo)向孔

在確定鉆孔曲線后，便可進(jìn)行導(dǎo)向孔施工。鉆機(jī)就位后，安裝導(dǎo)向鉆頭至鉆桿，根據(jù)設(shè)計(jì)方案確定入土點(diǎn)，隨后鉆入第1根鉆桿，第1根鉆桿入土鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)、穩(wěn)定在入土位置，符合設(shè)計(jì)入土角度后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。由入土造斜段鉆進(jìn)至直線段（既有管線障礙區(qū)域）時(shí)，應(yīng)慢速導(dǎo)向鉆進(jìn)并復(fù)核先導(dǎo)孔軌跡，保證導(dǎo)向孔埋深要求。測(cè)算與交叉管線的距離，確認(rèn)在安全許可范圍后再恢復(fù)正常鉆進(jìn)，待鋪管道與道路原有各管底的安全凈距離應(yīng)為最大擴(kuò)孔直徑的2倍以上。由直線段鉆至出土造斜段過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)角角度，并適當(dāng)控制鉆出速度，掌握導(dǎo)向孔出土口位置及角度，待另一側(cè)工作坑露出鉆桿后導(dǎo)孔完成，隨后將導(dǎo)向鉆頭分離。

導(dǎo)孔鉆進(jìn)的關(guān)鍵是鉆孔軌跡的監(jiān)測(cè)和控制，過(guò)程中技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)探測(cè)器所發(fā)回的信號(hào)，判斷導(dǎo)向頭位置與鉆進(jìn)路線圖的偏差，隨時(shí)調(diào)整方向。導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)注入泥漿對(duì)成孔護(hù)壁，確保鉆孔的穩(wěn)定性及鉆具的安全性。曲線段鉆進(jìn)一次頂進(jìn)長(zhǎng)度宜小于0.5 m，造斜段、地下管線交叉處、出土點(diǎn)附近或調(diào)整鉆進(jìn)軌跡時(shí)，鉆孔軌跡測(cè)量計(jì)算頻率不少于每0.5 m一次。

4.2.5 反向擴(kuò)孔

導(dǎo)向孔施工完成后，應(yīng)根據(jù)待鋪設(shè)管線管徑選擇不同的回?cái)U(kuò)鉆頭分一次或幾次逐級(jí)反復(fù)擴(kuò)孔。擴(kuò)孔直徑一般控制在待鋪設(shè)管線直徑的1.2～1.5倍。安裝擴(kuò)孔鉆頭、分動(dòng)器后，連接第1根鉆桿，隨后拉進(jìn)導(dǎo)向孔內(nèi)。鉆桿沿導(dǎo)向孔進(jìn)行回?cái)U(kuò)，擴(kuò)孔過(guò)程中導(dǎo)向員應(yīng)監(jiān)測(cè)扭矩、拖力等數(shù)據(jù)，并填寫回?cái)U(kuò)記錄表。若出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)對(duì)孔內(nèi)狀況進(jìn)行分析，采取調(diào)整泥漿配比、清孔等措施解決問(wèn)題。第1級(jí)擴(kuò)孔到達(dá)接收坑后，將擴(kuò)孔頭分離，按照擴(kuò)孔級(jí)次重復(fù)進(jìn)行擴(kuò)孔，直徑達(dá)到待鋪設(shè)計(jì)管徑后完成擴(kuò)孔工作。

4.2.6 管道回拖

擴(kuò)孔完成后應(yīng)先對(duì)回拉的管線進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查合格后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況回拉管道，將待鋪管在出土點(diǎn)提前預(yù)制好備用。一次性將該拉管管線焊接好（若是PE管則采用熱熔對(duì)接），避免在回拖中途重新焊接等停頓。回拖過(guò)程應(yīng)連續(xù)施工，特殊情況下需要中斷時(shí)，中斷時(shí)間不宜超過(guò)4 h。管道組焊完成，擴(kuò)孔器清孔后，根據(jù)回拖力、扭矩的大小決定管道回拖。在管子下方應(yīng)墊圓木滾杠或膨潤(rùn)土帶子，使管子與地面不直接接觸，這樣既減少了摩擦力（同樣減小了鉆機(jī)拖力），又保證管子不受傷害。回拖的同時(shí)根據(jù)鉆機(jī)參數(shù)注入適量的泥漿，保持泥漿循環(huán)，減少管道與孔壁的摩擦，確保管壁防腐層不被破壞，并能使管道與孔壁的縫隙充分填滿，通過(guò)膨潤(rùn)土的膨化作用完成孔壁與原土的完整結(jié)合。回拖過(guò)程中密切注意拉力變化情況，合理調(diào)節(jié)管道回拖的速度，回拖速度宜均勻，避免造成孔內(nèi)壓力激增。待鋪管道逐次回拖鋪入地下。回拖管線完成后割下拖頭、焊上母板，進(jìn)行管口保護(hù)，應(yīng)對(duì)管道兩端進(jìn)行封堵。管道敷設(shè)后應(yīng)對(duì)管道實(shí)際軸線進(jìn)行測(cè)量，兩端造斜段環(huán)空應(yīng)視情況進(jìn)行注漿加固處理。施工時(shí)記錄回拖中的扭矩、拖力、泥漿流量、回拖速度等數(shù)值，回拖數(shù)據(jù)應(yīng)實(shí)時(shí)報(bào)告。

4.2.7 現(xiàn)場(chǎng)泥漿配制

泥漿是定向穿越中的關(guān)鍵因素，被視定向鉆的“血液”，在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)和回?cái)U(kuò)孔施工過(guò)程中，必須使用泥漿。鉆進(jìn)泥漿通過(guò)泥漿混合系統(tǒng)、機(jī)載泥漿泵和鉆桿導(dǎo)向鉆頭或回?cái)U(kuò)鉆頭噴入鉆孔中。其主要作用是冷卻鉆具、攜帶鉆屑并排到地表，穩(wěn)定孔壁以及降低鉆進(jìn)時(shí)所需的扭矩和回拖力，同時(shí)也在回拉時(shí)對(duì)鋪管表面起保護(hù)作用。泥漿的主要工藝性能是流變性和失水造漿性，現(xiàn)場(chǎng)控制的主要因素是泥漿的黏度、各種添加劑的配制以及泥漿的壓力和流量。鉆孔泥漿應(yīng)隨著地層條件、鉆進(jìn)工藝和孔內(nèi)狀況的變化進(jìn)行調(diào)整和控制。現(xiàn)場(chǎng)泥漿pH值控制在8～11之間、密度控制在1.02～1.25 g/cm3。

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用拉管施工技術(shù)能夠?qū)嶋H解決明挖施工不便情況下的管線施工問(wèn)題，本工程為滿足建筑功能需要，需穿越市政道路鋪設(shè)的管線、管道共計(jì)18根，長(zhǎng)度約500 m，采用拉管施工技術(shù)節(jié)約工期15 d，避免阻礙交通、環(huán)境污染等情況的發(fā)生，得到地方政府、業(yè)主方的一致認(rèn)可，且?guī)?lái)了一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。社會(huì)效益體現(xiàn)在可避免市政道路開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生如混凝土塊、瀝青塊、渣土等建筑垃圾，隨之清運(yùn)和堆放過(guò)程中產(chǎn)生的遺撒和粉塵、灰砂飛揚(yáng)等問(wèn)題也相應(yīng)得到解決，將對(duì)周邊環(huán)境的影響降至最低，且施工無(wú)需占用城市主干道，從而避免封路、交通堵塞等問(wèn)題對(duì)城市交通的影響。經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在施工進(jìn)度方面，相比于傳統(tǒng)的開(kāi)挖施工可節(jié)省約2/5的工期，且采用拉管施工可避免破碎路面及大面積土方開(kāi)挖相關(guān)方面產(chǎn)生的二次施工費(fèi)用。