非開挖牽引管技術在污水管道工程中的具體應用方法

劉志賢，程里浩

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002)

0 前 言

非開挖牽引管的突出特點在于有效保護表層土壤，基于鉆掘技術能夠順利完成地下管道鋪設施工，避免了傳統(tǒng)方式下管道施工嚴重影響周邊交通的情況，施工更加高效、安全。在諸如鐵路、工民建等區(qū)域的管道施工中，采取該技術具有較高可行性，已經(jīng)在大量工程中取得突出成果。

1 工程概況

廣東省深圳市光明區(qū)新湖北片區(qū)支管網(wǎng)完善工程，其服務范圍較廣，面向浩園紙托廠、欣業(yè)家具廠、紅湖村、中英文書院、德盛源小區(qū)等，區(qū)域內生活污水匯聚至新陂頭河南側市政管網(wǎng)，并轉至光明水廠以便展開深度處理。污水管道施工環(huán)境復雜，諸如現(xiàn)場環(huán)境、地質條件等均會對其造成影響，針對部分特殊路段采取非開挖牽引管技術，以最大程度降低對周邊環(huán)境的影響及提升施工效率。

2 主要施工方法或工藝

2.1 施工工藝流程

工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

2.2 施工測量

1)平面控制放線。以現(xiàn)有邊線為基準，參考勘測方所設置的控制點確定適用于本工程的定位點，要求控制點網(wǎng)足夠完整和各坐標與高程足夠準確。對此，需對控制樁采取保護措施，通過對控制點引測的方式使其置于場外并輔以保護手段，為豎向引測放線提供支持，且要做好閉合校核工作。此環(huán)節(jié)使用到全站儀，在其支持下沿地面拉管中心線放樁(各處間距均為3 m)并測定樁高程，分析樁高程與拉管流水面所呈現(xiàn)出的空間關系。

2)高程控制。以勘測方設置的水準點為參考確定合適的高程控制點，立足于工程實際情況，需要設置臨時水準點并做好保護工作。

2.3 基坑開挖

考慮拉管流水面高程，以此為基準確定工作坑深度，為確保工作坑達到干燥的狀態(tài)并給擴孔施工作業(yè)提供支持，于坑的南側施作泥漿沉淀池(具體規(guī)格為4 m寬×1.5 m長×1.5 m深)，向其中置入高性能泥漿泵以便將超出設計量的泥漿抽至坑外。需注意工作坑以1：0.5放坡，無需增設支護裝置。

2.4 地層勘探及鉆進軌跡的設計

地層勘探的目的在于掌握現(xiàn)場地層與地下水基本狀況，以便為鉆進作業(yè)提供指導，總體上勘探工作涉及到土層分類、地下水位、孔隙度等多個方面。導向孔軌跡的設計尤為關鍵，將直接影響到管線施工質量，若要形成完善的鉆孔軌跡設計方案需充分考慮地層條件、施工區(qū)域障礙物分布特點、鉆頭變向能力以及鋪設管線的基本特性等多個方面。

2.5 鉆液的配制

拉管施工質量的關鍵影響因素在于鉆液性能。鉆液的作用在于快速冷卻鉆頭并實現(xiàn)對相關鉆具的潤滑處理，且攜帶大量鉆屑并將其排出孔外，可為回拖管線施工作業(yè)創(chuàng)設優(yōu)良的環(huán)形空間，也有效降低了回拖管線的阻力。從鉆液的組成來看，主要有水、膨潤土以及聚合物三大部分組成，其中水含量相對較高。作為高品質鉆液，該材料與鉆屑的混合效果應該更為優(yōu)良，若泥漿具備優(yōu)良的流動性與懸浮性，產(chǎn)生的回擴成孔質量更為良好，施工效率得以提升。考慮到泥漿性能要求，條件允許時可摻入適量化學處理劑。以純堿為例，其具備提升粘聚力、調節(jié)pH值的能力，外加劑的合理用量應為膨潤土的2%。

2.6 導向鉆進

鉆機到達指定施工區(qū)域后需調節(jié)鉆機導向桿，此裝置應略>設計管位中心高程。發(fā)射器裝置穩(wěn)定安裝于導向鉆頭上，其與地面接收器連接，共同作用下可求得鉆頭深度及溫度、電池工作狀況等，將所得結果與鉆孔軌跡加以分析，若存在偏差需及時采取糾正措施[1]。地面接收器的作用在于顯示內容并發(fā)射，獲得孔底信息后及時以無線傳輸?shù)姆绞綄⑵滢D移至接收器，實現(xiàn)具體內容的顯示，隨后操作手以實際情況為準操縱鉆機，沿著合適的軌跡鉆進。技術人員要積極參與到導向鉆孔工作中，以探測器發(fā)回的信號為基準，明確導向頭的位置情況并分析與設計方案中鉆進線路的偏差，對其做出靈活調整，且相關信息要完整記錄于相應表格中。

基于歷史施工經(jīng)驗得知，PE管在孔內拉動時伴隨明顯的重力作用，易出現(xiàn)管道下沉問題。對此，導向鉆進過程中需選擇合適的鉆進點，相較于設計管中線而言應略高一些，基于此方式緩解管道自重的不良影響。

2.7 擴 孔

基于現(xiàn)場地質情況，為擴孔施工環(huán)節(jié)適配刮刀式擴孔器，本次施工中鋪設管徑為40 cm，所用擴孔器尺寸應達到該值的1.5倍，因而要滿足60 cm的要求，以便提升漿液流動性并確保管線的安全。

考慮到回拉擴孔鋪管長度大的基本特點，必須合理使用泥漿材料，在孔中泥漿材料不足時易出現(xiàn)塌孔等工程事故。當出現(xiàn)泥漿漏失問題后孔內所含泥漿量明顯偏少，隨之提升了鉆桿與孔壁摩擦力，伴隨大量拉力。基于此，鉆進作業(yè)時需要有持續(xù)性“返漿”現(xiàn)象，從現(xiàn)場地質情況出發(fā)，確定合適的鉆液配比。

2.8 管道焊接(電熔焊接)

管道連接處的質量應得到保障，具體操作流程如下。

1)做好電熔機具與相關管件的連接工作，根據(jù)設備的工作性能確定合適的通電加熱時間。

2)給予足夠的時間以達到電熔連接冷卻的效果，此時不可出現(xiàn)連接件被施加外力的情況。

3)關于電熔承插連接管材的設置，各自形成的連接端都要具備切割垂直的效果。

4)干管連接作業(yè)時須在其下方搭設支架，以達到固定干管的效果。

5)在現(xiàn)場條件允許的前提下可直接在溝槽上完成管道的焊接作業(yè)。

6)結束焊接后全面檢查施工狀況，如孔內物料的頂起程度等。

2.9 拉 管

完成水中管道焊接作業(yè)且經(jīng)過質量檢驗后便可拉管施工[2]。設置“PE管封套”，在其作用下有效密封管頭，隨后在管頭后端增設回擴頭，設置分動器并接管，在此基礎上將管子回接至工作井中，結束上述操作后取出回擴頭與分動器，并將多余的鉆桿卸下，全面做好封堵頭的封閉工作并展開水壓試驗。為確保拉管質量，實際操作中牽引管道應足夠穩(wěn)定，不可出現(xiàn)生拉硬拽的情況。

2.10 注漿加固

PE管順利拉通后，考慮到地面易出現(xiàn)沉降的特點需對其采取注漿加固措施，此處為孔內注漿的方式。

3 非開挖施工中塌孔的原因、預防與應急處理

3.1 塌孔的原因

1)地質因素：施工現(xiàn)場為不穩(wěn)定地層，若缺乏對泥漿壓力的合理控制措施將出現(xiàn)地層壓力失衡現(xiàn)象，隨之塌孔。鉆進過程中土層完整性遭到破壞，孔壁處于被擠壓狀態(tài)，其應力與泥漿液柱壓力不均衡，二者產(chǎn)生壓差，一旦該值超過巖土屈服強度則會引發(fā)塌孔問題，若現(xiàn)場為泥漿侵泡環(huán)境，這一現(xiàn)象將變得更為明顯。

2)物理因素：未合理控制擴孔速度，該值過大時將明顯提升泥漿泵壓力，致使孔內泥漿壓力處于提升的狀態(tài)；導向孔曲率半徑未達到設計要求，擴孔器旋轉擠壓孔壁，出現(xiàn)持續(xù)沖蝕孔壁的問題；受地層壓力釋放的影響降低孔內泥漿柱壓力，隨之出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

3.2 塌孔的預防

若要有效避免塌孔問題需注意：①泥漿液柱壓力足夠合理，不可低于巖土孔隙壓力；②盡可能避免水滲入巖土的問題[3]。

從地質因素的角度來看，需要加大泥漿密度，通過提升泥漿液柱壓力的方式以達到平衡地層壓力的效果，泥漿護壁所用材料應具有較高的動塑比。

從物理因素的角度來看，可采取如下方法：①避免開關泵過快的現(xiàn)象，給鉆桿的運行創(chuàng)造穩(wěn)定的環(huán)境，使其在恒定張拉下工作，否則會明顯提升液柱壓力，隨之給孔壁造成沖擊性影響；②掌握地下障礙物分布特點，確定合適的鉆孔軌跡，合理調節(jié)導向孔曲率；③所用泥漿應具有合適的密度以及優(yōu)良流變性，泥漿為低返速，并呈現(xiàn)平板流型的基本特點；④適當加大鉆進速度，盡可能避免泥漿浸泡沖蝕現(xiàn)象，所用泥漿應具有均勻性，性能相對穩(wěn)定。

3.3 塌孔的處理

若為輕微塌孔現(xiàn)象需適當加大泥漿密度，要求所有孔道都被泥漿充填，隨后暫停施工作業(yè)，將實際情況上報相關部門，提出合適的處理方案。若出現(xiàn)明顯塌孔現(xiàn)象應使用高粘度泥漿充填孔道，隨即暫停施工將實際情況上報有關部門，采取合適的處理意見。

4 結束語

非開挖牽引管技術可突破傳統(tǒng)方式的束縛，改變直接挖坑填埋管道的局限性，施工效率與質量得到保障，所需成本隨之減少。該技術的突出特點在于預先設定科學的線路，以此為指導順利展開各環(huán)節(jié)施工作業(yè)，鉆出孔洞后經(jīng)回擴的方式完成管材的埋設作業(yè)，整個施工過程中附著物得到有效保護，環(huán)保效益也更為良好。

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