大管徑供熱管道水平定向鉆施工回拖作業技術概述

路昇

銀川市熱力公司 寧夏 銀川 750001

前言

適用于大管徑供熱管道的地面減阻方式是采取開挖專用的發送溝，并向發送溝內注入泥漿，利用發送溝內泥漿對管道的浮力及泥漿的潤滑作用，降低管道回拖過程中發送溝與管道的摩擦力，起到保護保溫管PE外護管及接頭保溫結構的作用。值得說明的是，無論采用何種地面減阻方式，均需要開挖導向溝。本文對大管徑供熱管道水平定向鉆施工中回拖作業的關鍵技術進行探討。

1 水平定向鉆施工方案

水平定向鉆穿越省道施工設備主要包括水平導向鉆機、管線探測儀、導向探測儀、泥漿拌制系統、裝載機、發電機、電焊機、吊車等。施工工作流程為：開挖工作坑—測放標志線—安裝水平導向鉆機——鉆導向孔。導向孔完成后進行預擴孔，擴孔時按土層情況配置相應泥漿，擴孔按設計應逐級回擴，不宜躍級。回擴孔徑達到設計要求，且拉力、扭矩在安全范圍內便可將預制完好的TPEP鋼管進行回拖。

1.1 工作井與接收井施工

（1）降排水。由于施工區地下水位埋深較淺，需進行降排水。根據現場土壤特性，擬采用管井降水方案，降水井布置在工作井和接收井周邊，數量各為3眼，井深為20m，井徑為600mm，每眼井出水管接至匯水總管，由匯水總管排至公路路邊排水溝內。

（2）工作井制作。工作井和接收井分別設置在公路一側，工作井采用挖掘機配合人工進行開挖。工作井底板尺寸7.5m×5.0m，接收井底板尺寸為5.0m×5.0m，深度根據管線埋深而定。水位降到基坑開挖底標高1.0m以下時，進行土方開挖作業。基坑開挖上部采用挖掘機開挖，挖至底部30cm時，采用人工進行開挖至設計標高。工作井的支護形式為工作井的四角設置型鋼剪力支撐，并加設橫向鋼管支撐，防止塌方。工作井左右兩側進行放坡處理，兩側邊坡需保證穩定，對于土質松散處可加大邊坡。為了防止管道在拖運過程中左右擺動，在接收井出土點需挖一個長36.0m，寬1.5m，深4.5m的發送溝，在拖拽的過程中，為了防止管道的防腐層被刮傷，在管道底下每隔6m鋪墊裝有細土的麻袋，麻袋上面涂有潤滑油，且采用汽車吊同時起吊并向前推進以減小鉆機拖拽力[1]。

1.2 水平定向鉆設備安裝

鉆機進場后，應及時檢查機具的完備和使用性能情況，機具擺放應距工作井3.0m以外，防止機具震動造成塌方。鉆機就位必須在穿越曲線的同一方向上，鉆機安裝就位后進行系統連接、試運轉，保證設備正常工作，各系統運轉正常后試轉，各種參數正常后按次序鉆進。重點檢查主機地錨、泥漿供應、輔助動力、系統液壓、供電電纜、各顯示表盤和調校控導系統等運行情況[2]。

2 水平定向鉆的施工流程

①勘察放線。勘察放線的目的是探明地下已建管道的分布、走向及管道的埋深情況，從而確定所需鋪設管道的鉆進軌跡及深度，確保不與已建管道發生交叉、碰撞，保證已建管道和新建管道的安全。②開挖工作坑。管軸線兩端一般不設發射坑和接受坑，鉆機直接從地面以小角度下鉆。只有當管道縱向剛度較大，或者施工場地較小等特殊情況下才設發射坑、接受坑。工作坑的大小根據管道直徑大小進行布置，一般可挖成倒三角的工作坑。③鉆導向孔。鉆導向孔是整個施工中最為重要的一個環節。水平定向鉆在管軸線的一側下鉆，鉆頭在受控的情況下穿過河床、穿越公路或鐵路、繞過地下障礙物，最后在管軸線的另一側鉆出地面，完成導向孔的施工。其中鉆桿的加長或縮短由鉆機的自動裝卸系統來完成，而鉆頭的鉆進方向則由安裝在鉆頭后部空腔內的探頭和地面接收器組成的導向系統完成，探頭發出的無線信號由地面接收器接收，從接收器可以得到鉆頭的位置、深度，進而調整鉆頭的鉆進方向[3]。

3 關鍵技術

3.1 鉆孔最終擴孔直徑

當穿越管道直徑大于250mm或地層土質為中砂、粗砂及沙礫土時，宜進行多級擴孔。根據地層條件和鉆機能力合理選擇擴孔程序，管徑越大，擴孔次數應越多[4]。

3.2 定向鉆機設計回拖力

回拖力的計算對于定向鉆機正確選型至關重要，定向鉆機的設計回拖力一般取計算回拖力的1.5～3.0倍。計算回拖力F的計算式為：

3.3 鉆機的選型

水平定向鉆穿越工程應綜合考慮施工場地、地層土質條件、敷設管道管徑、埋深和穿越長度等因素，合理選擇定向鉆機。定向鉆機的額定回拖力可按計算回拖力的1.5～3.0倍選取，但不得超過工作管所能承受的最大回拖力。若地質條件較差，在工作管所能承受的最大回拖力的限定條件下，宜選擇額定回拖力較大的定向鉆機，以確保回拖作業順利進行[5]。

3.4 地下直埋敷設

地下直埋敷設是指將大管徑供熱管道直接敷設于土壤中，土壤與管道的外保溫層或外保護層直接接觸。此種方式目前最常用，只要地質狀況良好，地下有管位，且與其他障礙物保持一定的防護距離時，均可采用此方式。地下直埋敷設的市政大管徑供熱管道通常采用成品的預制直埋保溫管，其中，熱水管道通常采用的是工作管、保溫層和保護外殼三者緊密黏結的結構形式，保護外殼一般是硬質聚乙烯，保溫層一般是聚氨酯；蒸汽管道通常采用的是工作管、保溫層和保護外殼三者組成的結構形式，保溫層與保護外殼之間留有空氣層，保護外殼一般是鋼管，保溫層一般是巖棉、硅酸鋁、離心玻璃棉、氣凝膠等材料[6]。

3.5 回拖過程中的地面減阻方式

（1）一般方式。在管道安裝前，須根據設計要求開挖發送溝，發送溝深度須滿足注入泥漿后能夠將管道浮起，發送溝的下底寬宜比保溫管外直徑大500mm。管道安裝可直接在發送溝內完成，安裝完成后，進行管道強度試驗、嚴密性試驗，試驗合格并對管道接頭位置進行補口處理后，向發送溝注入泥漿，最小注漿深度宜大于保溫管外直徑的33%。采用發送溝地面減阻方式時，回拖作業無須起重機配合。回拖作業完成后，對發送溝內的泥漿進行清理及外運處理，對發送溝溝壁及地基擾動部位進行局部換填夯實(將溝壁及地基地面以下一定范圍內的軟弱土挖去，然后回填強度高，壓縮性較低，并且沒有侵蝕性的材料)，并按相關規范要求進行回填。為了減少施工場地占用，通常當供水管道回拖完成后(相應的發送溝也回填完畢)，再開挖回水管道的發送溝[7]。

（2）特殊方式。若受場地限制，發送溝無法達到理想長度時，對不具備開挖發送溝條件的管段宜在地面部分采用托管架或沙袋、輪胎對管道進行架空減阻，并在管道進入發送溝前開挖導向溝。地面部分采用沙袋、輪胎的減阻方式。采用上述方式減阻時，管道回拖時一定要密切關注管道保溫層的變化，尤其是接頭位置補口的變化，發現異常，應及時處理[8]。

4 注意事項

①定向鉆機的額定回拖力不宜過小，回拖力過小極易造成回拖作業時管道抱死。②管道回拖作業啟動階段阻力最大，現場施工人員應密切關注定向鉆機以及管道的狀況，不得強硬回拖。③在回拖過程中，若遇突發狀況需要中斷回拖作業時，中斷時間不宜超過4h。④在回拖作業期間，環境溫度不宜過低(一般不低于5℃)，否則易造成PE外護管的損壞，進而影響保溫層[9]。

5 結束語

總之，水平定向鉆施工技術在實際工程實施應通過技術經濟比較，綜合考慮大管徑供熱管道道的敷設方式。做到節省建設投資，保證熱網的安全可靠運行。