上海北橫河段拖拉管道采用DN1000球墨鑄鐵管施工技術(shù)的探討

李為科

上海南匯水利市政工程有限公司，上海 200000

1 工程概況

該工程位于上海市浦東新區(qū)G1501東南環(huán)高速，施工地層為粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土地層，從業(yè)主提供的地下管線(xiàn)資料及施工地段現(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果來(lái)看，擬排管線(xiàn)附近發(fā)現(xiàn)有電力、自來(lái)水管、通信、煤氣現(xiàn)有管線(xiàn)等，距離擬排給水管道較近，施工中過(guò)程中需采取必要的保護(hù)措施。

2 球墨鑄鐵拖拉管產(chǎn)品性能參數(shù)

球墨鑄鐵拖拉管是采用自錨接口，利用承口擋環(huán)與插口焊環(huán)相互作用產(chǎn)生可靠的自錨效果來(lái)傳遞軸向拖拉力，并利用承插接口的偏轉(zhuǎn)角來(lái)適應(yīng)鉆孔彎曲段的一種自錨接口球墨鑄鐵管。該工程所使用的球墨鑄鐵管接口示意圖如圖1所示，球墨鑄鐵管尺寸參數(shù)如表1所示。

圖1 球墨鑄鐵管接口示意圖

表1 球墨鑄鐵管參數(shù)

3 技術(shù)可行性評(píng)估

計(jì)算方法采用美國(guó)ASTM材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《Standard Guide for Use of Maxi-Horizontal Directional Drilling for Placement of Polyethylene Pipe or Conduit Under Obstacles,Including River Crossing》中的計(jì)算模型，該算法的優(yōu)點(diǎn)是考慮全面，所建模型與球墨鑄鐵拖拉管實(shí)際受力較為符合。

評(píng)估計(jì)算公式如下：

式中：TA、TB、TC、TD分別為A、B、C、D點(diǎn)處的管道所受回拖力，kN；L1為管道入土端曲線(xiàn)段所對(duì)應(yīng)的水平長(zhǎng)度，m；L2為管道最大埋深處水平延伸距離，m；L3為管道出土端曲線(xiàn)段所對(duì)應(yīng)的水平長(zhǎng)度，m；H為管道埋深，m；fg為球墨鑄鐵管與地面之間的摩擦系數(shù)；fh為球墨鑄鐵管與鉆孔孔壁之間的摩擦系數(shù)；wp為單位長(zhǎng)度管道重力，kN/m；wf為單位長(zhǎng)度管道所受的凈浮力，kN/m；γm為鉆孔泥漿重度；α為入土角，°；β為出土角，°；K為泥漿的黏滯系數(shù)，kN/m2。

上海北橫河拖拉管參數(shù)如表2所示；計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表2 上海北橫河拖拉管參數(shù)

表3 上海北橫河拖拉管計(jì)算結(jié)果

在上述計(jì)算條件下，如果施工過(guò)程中能夠保證鉆孔成孔性，則DN1000球墨鑄鐵管一次性拖拉241m的最大回拖阻力為834kN，而K9級(jí)DN1000球墨鑄鐵拖拉管的最大允許回拖力為2587kN，因此該工程在技術(shù)上是可行的。

4 施工機(jī)械選擇

該工程選用的鉆通95型號(hào)水平定向鉆鉆機(jī)。該機(jī)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）動(dòng)力強(qiáng)勁，該機(jī)器最大扭矩為36000N·m；最大推力為950kN；（2）給進(jìn)速度快，最大推進(jìn)速度可以達(dá)到60m/min；（3）操作方便，操作桿上手輪調(diào)節(jié)泥漿泵排量，施工時(shí)節(jié)約泥漿，防止鉆頭堵塞；（4）該水平定向鉆鉆機(jī)的入射角度為10°～18°；最大擴(kuò)孔鉆頭為1200mm。該工程所選用的球墨鑄鐵管直徑為DN1000mm，故選用該型號(hào)施工機(jī)械。

5 施工工藝流程

球墨鑄鐵拖拉管的施工工藝流程如下：先導(dǎo)孔鉆進(jìn)→回拉擴(kuò)孔→管道安裝→預(yù)試壓→接口防護(hù)→回拖鋪管→打壓驗(yàn)收等。

5.1 先導(dǎo)孔鉆進(jìn)

先導(dǎo)孔鉆進(jìn)是采用導(dǎo)向儀器和導(dǎo)向鉆頭，按照設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)的施工過(guò)程。該工程的設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡是結(jié)合管道的設(shè)計(jì)埋度、現(xiàn)場(chǎng)障礙物、地下管線(xiàn)、球墨鑄鐵管的彎曲半徑進(jìn)行最終定位。

5.2 回拉擴(kuò)孔

利用擴(kuò)孔鉆頭由出土端至入土端進(jìn)行回拉擴(kuò)孔的施工過(guò)程。此次施工所選用的管道為DN1000mm的球墨鑄鐵管，管道直徑較大，回拖擴(kuò)孔分成3次進(jìn)行。第一次回拖擴(kuò)孔采用DN500的鉆頭進(jìn)行回拖，可以有效保護(hù)孔壁，不至于擴(kuò)孔過(guò)大導(dǎo)致塌孔；第二次采用DN800的鉆頭進(jìn)行回拖，在確保孔壁穩(wěn)定的同時(shí)，對(duì)導(dǎo)向孔進(jìn)一步擴(kuò)大；第三次采用DN1000的鉆頭進(jìn)行回拖，使得孔徑達(dá)到管道敷設(shè)的要求，為管道敷設(shè)提供有利條件。

5.3 管道安裝

管道安裝主要包括水平定向鉆機(jī)與球墨鑄鐵拖拉管安裝、球墨鑄鐵拖拉管之間安裝等兩個(gè)部分內(nèi)容，應(yīng)由公司專(zhuān)業(yè)售后服務(wù)人員在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)安裝。

（1）水平定向鉆機(jī)與球墨鑄鐵拖拉管之間的安裝應(yīng)通過(guò)鉆機(jī)分動(dòng)器、弓形卸扣、拖拉頭進(jìn)行連接。拖拉管牽引連接現(xiàn)場(chǎng)圖如圖2所示。

圖2 拖拉管牽引連接現(xiàn)場(chǎng)圖

（2）球墨鑄鐵拖拉管采用自錨接口，安裝步驟及示意圖如表4所示。

表4 球墨鑄鐵管連接安裝步驟及示意圖

5.4 回拖前預(yù)試壓

回拖施工前，應(yīng)在地面進(jìn)行預(yù)試壓，確保接口安裝質(zhì)量，試壓合格后方可進(jìn)行施工；回拖施工后，應(yīng)進(jìn)行正式試壓工作，確保回拖施工質(zhì)量。在管道尾部連接SIA Wb盤(pán)插管件及打壓盲板，連接好打壓裝置及壓力表，注滿(mǎn)水后即可打壓。

5.5 接口防護(hù)

預(yù)試壓合格后，應(yīng)對(duì)管道接頭進(jìn)行防護(hù)。一般采用HDD熱收縮套，HDD熱收縮套具有較強(qiáng)的耐高溫能力強(qiáng)，熱收縮快，黏結(jié)強(qiáng)度高，密封性能好，施工方便等優(yōu)點(diǎn)。在HDDP熱收縮套施工中應(yīng)注意四個(gè)方面的內(nèi)容：（1）對(duì)球墨鑄鐵管接口進(jìn)行清理，保證連接部位清潔；（2）施工過(guò)程中，應(yīng)做好防護(hù)，作業(yè)時(shí)應(yīng)保證現(xiàn)場(chǎng)至少有2人以上共同完成作業(yè)。嚴(yán)禁在密閉場(chǎng)所進(jìn)行作業(yè)，施工場(chǎng)所應(yīng)保證通風(fēng)；（3）在對(duì)PDD熱收縮套管進(jìn)行加熱時(shí)，不可進(jìn)行集中加熱，避免燒穿收縮套；（4）施工完成后，嚴(yán)禁立即移動(dòng)管材，待冷卻后方可進(jìn)行移動(dòng)。

5.6 回拖鋪管

通過(guò)水平定向鉆機(jī)利用鉆桿和回?cái)U(kuò)頭由出土端至入土端進(jìn)行回拉鋪設(shè)管道的施工過(guò)程。回拖施工時(shí)，入土角建議控制在10°～18°，出土角建議控制在4°～12°。DN1000拖拉管單個(gè)接口的最大允許偏轉(zhuǎn)角為1.2°，對(duì)應(yīng)最小曲率半徑為282m，鉆孔曲率半徑取值建議不低于2倍管道最小曲率半徑。DN1000拖拉管的終孔直徑建議控制在1500～ 1700mm。

K9級(jí)DN1000 SIA Wb接口球管的最大允許拖拉力為2587kN，回拖施工時(shí)，鉆機(jī)施加的最大回拖力不得超過(guò)管道最大允許拖拉力。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件，采用開(kāi)挖發(fā)送溝或V形支架等減阻措施。

5.7 打壓驗(yàn)收

以浦東新區(qū)2017年度原南匯區(qū)域老舊供水管網(wǎng)改造工程為例，試驗(yàn)日期為2020年12月17日，樁號(hào)及地段為G1501北橫河段，施工完畢后，根據(jù)GB50268標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打壓驗(yàn)收工作，壓力管道水壓試驗(yàn)（注水法）參數(shù)如表5所示，壓力管道水壓試驗(yàn)（注水法）滲水量測(cè)定記錄表如表6所示。此次試驗(yàn)的恒定試驗(yàn)壓力為1.2MPa，試驗(yàn)允許滲水量為0.003L/（min?m），此次試驗(yàn)的折合平均實(shí)測(cè)滲水量為0.0026L/（min?m），故此次球墨鑄鐵管拖拉管施工試驗(yàn)合格。

表5 壓力管道水壓試驗(yàn)（注水法）參數(shù)

表6 壓力管道水壓試驗(yàn)（注水法）滲水量測(cè)定記錄表

6 結(jié)束語(yǔ)

球墨鑄鐵管具有強(qiáng)度高、抗壓強(qiáng)度高、密封性能好、耐腐蝕性好等特點(diǎn)，在城市給水管道工程施工中的使用越來(lái)越多，一般球墨鑄鐵管多采用明挖法進(jìn)行施工。但是在城鎮(zhèn)施工中需要穿過(guò)建筑物、構(gòu)筑物、道路、河流、高架橋、地下管線(xiàn)等各種障礙物，采用拖拉管施工工藝能很好地避開(kāi)地上、地下的各類(lèi)障礙物。因此，如何有效將球墨鑄鐵管施工與拖拉管道施工工藝相結(jié)合，是解決城市給水管道球墨鑄鐵管施工遇到障礙物時(shí)的最優(yōu)解決方案。文章針對(duì)球墨鑄鐵管與拖拉管道施工工藝相結(jié)合進(jìn)行了實(shí)際工程施工驗(yàn)證，為后續(xù)同類(lèi)型工程施工提供了參考及依據(jù)。