水平定向鉆雙拖拉施工工法分析

摘 要：以農村供水保障體系省級籌建工程——廊坊市文安縣地表水廠工程的趙各莊WB線WB9+721-WB9+851段水平定向鉆雙拖拉施工為例，該段全長130 m，設計采用PE100管，1.25 MPa，dn500 mm管道，外套PE100管，1.25 MPa，dn700 mm作為保護套管，使用水平定向鉆機一次性把套管、供水管道拖拉處理到位。分析了水平定向鉆雙拖拉施工工法的運用方式，需要把保護套管先進行封堵處理，再連接擴大接頭與支撐套管，使用連接接頭與水平定向鉆進擴孔器實行回拖作業。當回拖結束之后，將一部分保護套管予以切除，把供水管道和已經安裝好的管道連接起來，后續再實行套管內吹砂、孔洞封堵、注漿等工作，以期能夠為其他水平定向鉆雙拖拉施工提供參考。

關鍵詞：水平定向鉆；雙拖拉；施工工法

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：2096-6903（2024）07-0010-03

0 引言

在地下管線的傳統施工模式下，需要分兩次開展拖拉工作，先將保護套管拖拉完畢，再把供水管道借助鉆機在保護套管中拖拉作業。這種施工模式容易引起涂塑鋼管保護套管防腐層破損、聚乙烯PE管保護套管受損，難以保障套管施工效果。本文介紹的水平定向鉆雙拖拉施工工法可做到對保護套管、供水管道的一次性拖拉施工，提升了施工效率，節約了施工時間，可利用熱熔焊機實現保護套管的連接，然后把供水管道逐一熔接穿進套管中，保證了管道施工效果。

1 水平定向鉆雙拖拉施工工藝原理

該工藝是把保護套管聚乙烯PE100管（直徑為dn700 mm）使用熱熔機進行精確連接，然后把供水管道聚乙烯PE管（直徑為dn500 mm）逐一熔接之后再穿進套管中，把保護套管封閉堵塞處理后，再焊接擴大接頭與支撐套管。水平定向鉆機可以在指定入土位置同時鉆、擴孔，從而使之滿足拖拉的要求。將接頭和水平定向鉆機擴孔器進行連接[1]。對管道進行回拖之后，把一部分保護套管予以切除，對內部供水管道和已經安裝到位的管道實行連接。對套管進行吹砂處理，并做好孔洞封堵和注漿等收尾任務。

2 工藝操作要點

2.1 測量放樣

在測量放樣過程中，先要布設地面控制網，其中包含控制基線、軸線與水平基準點，還需要進行校核以確保放樣的準確性。對于臨時水準點的布設，應當選擇穩固區域，并實施必要的保護措施，以便于觀測，所設水準點數目不可低于3個。

2.2 工作坑、接收坑

在工作坑和接收坑的開挖過程中，需要特別注意地下管線，對管線周邊的土層需采取人工方式進行開挖作業。在開挖過程中需要分層進行，并且使用擋土板支護施工，以確保整個施工過程的安全性[2]。

2.3 導向鉆進

在進行水平定向鉆先導孔時，明確設定各軌跡參數至關重要。入土角、出土角、圓弧過渡段曲率半徑、管道埋深、管道水平長度以及實際用管長度等參數將直接影響到導向鉆進的質量和效率，影響著最終管道的布置和使用效果。

鉆設導向孔時，安裝超過鉆桿外側直徑大約4 cm的矛式鉆頭，可以有效滿足規范要求的對中誤差，確保鉆進的準確性和穩定性。在鉆進過程中，需要保持持力均勻、勻速前進的操作，結合鉆進阻力來判斷地層情況，并相應調整注水機的給水壓力與給水量，以確保鉆進過程的順利進行。

鉆進時需要根據地層情況靈活調整注水策略。對于含水較大的砂層、粉質砂粘土，不注水鉆進可以有效避免因為過多水分導致的地層塌方和其他問題。而對于較硬、無地下水的地層，則需要調高注水壓力，以確保鉆具能夠順利進行穿越。

當遇到硬質障礙物時，需要謹慎處理。緩慢持力鉆進并將鉆具長度記錄下來，準確鎖定障礙物體的位置和性質，以便選擇合適的處理方法。若無法通過鉆穿，可以使用挖掘機挖設探坑加以處理，或者總體偏離鉆孔軸線。對于單個硬物，可以利用持續壓力注水鉆進與攪磨處理，但需要避免強推進，以避免鉆孔發生偏移問題。在整個鉆進環節，需要完整、準確地記錄障礙物的位置和處理方法，將為后續的施工提供重要參考[3]。

2.4 擴孔

導向孔鉆進到達接收坑后，需要通過測量和比對設計要求來進行檢查。如果偏差處于規定范圍內，拆卸掉矛式鉆頭換成魚尾式或者是三叉式擴孔鉆頭，啟動回拉鉆機進行擴孔作業。在擴孔環節，實施人工給進時必須要保持均勻，且以勻速進行回拖。

連續注入適量的水，以保護成孔孔壁和提供潤滑作用。注入水后，利用鉆具攪拌孔中泥土，形成泥漿，這有助于維持圍巖結構的穩定性并減少摩擦。結合現場地質條件，選取刮刀式擴孔器，且尺寸設置為敷設管道直徑的大約1.5倍，如此不僅可以維持泥漿順暢流動，還可確保管線成功推進孔內。擴孔環節，若是地質較為松軟，便需迅速實行回擴，而在地質硬度較高時，則需均速慢擴。

在施工環節，需要密切關注地下水位的變化情況，其有可能會對施工產生影響，需要及時調整施工方案。還要監測土質的變化，以便及時采取相應的措施。拉管機的壓力也需要注意，過大或過小都可能導致施工問題。為了避免擴孔跑偏軌跡，使用回拖擴孔的方法是常用的做法。在擴孔過程中，需要將鉆孔直徑至少擴大到管徑的1.3倍，并使用泥漿護壁來避免鉆孔發生坍塌，確保土體不會給管壁造成損壞。

2.5 清孔

在工程中，清孔需要使用拉鏈桿進行回擴鉆孔，當達到工作坑后，將擴孔鉆頭拆卸下來，并替換成拉泥盤開展拉泥成孔工作。拉泥的主要目的是將擴孔攪碎的土壤拉運出來，以便構成圓滑、平順的管道安裝通道。在進行首次拉泥時，一般使用較窄的環形盤，通過反復拖拉后，根據阻力變化來逐漸加裝橫擋，直到可以順利地將其拉出，再封閉拉泥盤。如果土質硬度較高，主要為粘質土，可以先使用窄的環形盤來拖拉，降低阻力后再替換成寬的環形盤繼續進行拉泥作業。拉泥盤的大小和封閉程度都應按照地層土質進行合理選擇。

2.6 聚乙烯PE100級dn700 mm套管熱熔熔接

PE管道的連接方式主要有熱熔連接和電熔連接，不可使用螺紋連接與粘接。管件的材料要和管材相同，并且壓力等級要大于或等于管材，以確保系統的安全運行。如果連接管道的兩個端面壁厚度不一致，需要對壁厚偏厚的一側進行倒45°角處理，從而使得兩端面的壁厚保持一致，提高連接的質量和可靠性。

PE管道和金屬管道、閥門、消防栓等元件的連接應當使用鋼塑過渡接頭或者是專門設計的法蘭連接[4]。不同的PE管道連接方式需要使用相應的專門連接工具。例如，在進行熱熔連接時，需要使用熱熔連接工具，并按照規定的時間和加熱溫度進行操作。一般來說，熱熔連接的溫度范圍在210～230℃，具體的溫度要根據實際情況和季節的變化進行調整。在選擇熱熔焊接進行PE管道連接時，應該優先選擇相同牌號、材質和同類型SDR的管材。對于性能接近但牌號、材質不同的管材與管件、管材相互間的連接，需要進行實驗驗證，以確保連接的質量能夠獲得可靠保障，然后才能進行連接操作。針對直徑低于63 mm的PE給水管道，最好不使用對接焊，而是使用熱熔承插焊接為宜。

負責進行PE給水管道連接的工作人員需要接受過專業培訓并通過考試后才能上崗，確保操作人員具備必要的技能和知識，能夠正確、安全地進行管道連接工作。在存放地點和施工現場溫度差別比較大的情況下，在連接時，需要把管材與管件在施工現場放置一定時間，讓其溫度臨近工地現場的溫度，避免由于溫差引起，熱脹冷縮問題，確保連接時的尺寸匹配和接口質量。為了防止雜質、灰塵等污染物進入連接點，并保持連接的密封性，需要保持連接及工具的清潔，并在收工時暫時封堵管口。連接操作完畢之后，需檢查接頭表面是否平整、無明顯缺陷、裂紋或污染等。如果發現不合格的接頭，必須重新進行連接工作，確保連接的質量和可靠性。在進行管道連接施工時，務必要把控好溫度、時間以及壓力3方面的參數。

PE管熱熔對接的操作流程為：先準備好所需的管材和管件，并進行夾緊以保持穩定。然后進行切削和對中操作，確保連接點的平整和對齊。再進行加熱操作，將管材和管件加熱至熔融點。切換操作是將加熱的管材和管件迅速連接在一起。連接完成后，進行冷卻，使材料固化。最后，進行銑端面操作，確保連接點的平整和光滑。

2.7 聚乙烯PE100級dn500 mm給水管逐根熱熔熔接并穿入套管

給水管道熱熔熔接與套管相同。給水管道每完成一節的熱熔處理，就需要立刻使用牽引裝置完成該節的內穿工作，一直到全部完成穿管。

2.8 給水管道打壓

按照有關規定，涂塑鋼管、球墨鑄鐵管的試驗壓力為0.9 MPa，PE管的試驗壓力為0.8 MPa。水壓試驗分為兩個階段。

在預試驗階段，先把試驗管道中的壓力下降到和大氣壓力持平，維持60 min，以保證空氣不會進入到管道中。再用增壓泵往試壓管段中輸入潔凈水，讓管道壓力勻速提高到試驗壓力，并維持此壓力30 min。在這個過程中，如果發現壓力降低，可進行注水補壓，不過不可超過試驗壓力。還需要檢查管道接口、配件等部位是否存在滲漏問題，若有則需立即停止試壓，找出具體原因并加以處理之后，再次開展試壓工作。最后，停止注水補壓，維持當前壓力30 min，如果30 min后壓力降低到試驗壓力70%，表示此階段試驗工作順利結束。如果30 min后壓力低于試驗壓力70%，則表示試驗不通過，需對管道進行處理后再次試壓[5]。

在進行水壓測試的主試驗階段，先要對管道進行泄水降壓操作。降壓的幅度應該是試驗壓力的10%～15%。這樣做是為了減少管道內部的壓力，為后續的試驗做好準備。從預試驗階段的增壓環節開始重新進行試驗。在試驗過程中，需要每隔3 min對管道剩余壓力進行一次記錄，一共持續30 min。如果在30 min內試壓管道剩余壓力呈現上升趨勢，那么可以判定水壓試驗合格。如果在30 min內試壓管道內剩余水壓沒有上升趨勢，那么需要繼續觀察額外的60 min。如果在總共90 min的觀察期內，管道的壓力下降幅度低于0.02 MPa，那么此次試驗也可以判定為合格。在試壓過程中應該進行分級試壓。每次升級壓力時，都應該對后背、支墩、管身與接口進行檢查。

2.9 端頭封堵

在進行管道施工時，為了防止泥漿和污染物進入管內，需在拖拉管的另一端使用充氣堵頭裝置來封堵套管，以確保管道的清潔和安全，避免不必要的污染。

2.10 管道回拖

先使用現場制備成的PE管封套來密封管頭，并在管頭的后端連接回擴頭。再把管子回拉到工作井之后，將回擴頭和分動器拆卸下來，并安裝好封堵頭。這個過程需要工作人員按照設備數據，勻速、平穩地牽引管道，堅決禁止蠻力拖拽，以確保管道的安全和穩定。

2.11 聚乙烯PE100級dn700 mm套管兩端切除多余部分

當拖拉管結束后，需要使用切刀將套管的兩端分別切除多余部分。這樣可以為供水管道的對接提供方便，確保連接的牢固和穩定。

2.12 吹砂填充管道間空隙

在管道和套管之間的空隙中，使用中粗填充材料進行填充。一般填充的高度是套管的2/3左右，以防止供水管道和套管之間相互影響，確保管道在套管內的穩定性。

2.13 管頭使用瀝青油麻封堵

在供水管道的管頭和套管之間的1m范圍內，使用瀝青油麻來進行封堵。如此可以有效地避免沉降對供水管道的影響，保證供水的正常運行。

2.14 泥漿置換

在套管和土層之間存在滯留的泥漿，需要進行置換處理。一般使用水泥粉煤灰的混合物進行置換，水泥、粉煤灰和水的比例是1：2：1.5。這樣可以填充泥漿的空隙，防止形成空洞，確保路面的平穩和安全。

2.15 工作坑、接收坑土方回填

在實施管道回填前，清理工作泥漿并外運是非常必要的。這一步驟可以確保工作坑內部清潔，并為土方回填做好準備。管道回填分為兩個關鍵步驟，第一步是回填管道兩側并確保夯實，第二步是進行大面積回填，并采用機械設備來完成。

在回填環節，特別需要注意管道下側和管底的空隙位置，這些部位很容易忽略，而且在試壓時也需要留有觀察接頭質量的空間。一旦管道試壓合格，就需要進行大面積回填，其中管頂以上300 mm部分需要用原土填實。此外，還需留意管周邊200 mm內的回填土，確保其中不含有粒徑超過10 mm的堅硬石塊。為了防止在試壓時管道系統產生推移，應盡快進行管道回填，以確保管道系統的穩定性。

3 結束語

水平定向鉆雙拖拉施工工法主要是利用定向鉆機，做到一次性完成保護套管與供水管道的拖拉穿越任務，相對于傳統的明挖直埋敷設套管后穿管或頂管施工敷設套管后穿管有著突出的優點，可以節約一定成本、減少工期，省略較多的土方開挖、基坑排水與清理、大型機械設備運輸等工作，還能避免因施工引起的環境破壞、水資源污染等問題。

參考文獻

[1] 王建新.基于定向鉆導向的承插型管道頂拉施工技術[J].廣東土木與建筑，2022，29（9）：114-116，120.

[2] 李彪，王再斌.市政工程PE排水管道水平定向鉆施工技術[J].云南水力發電，2022，38（7）：50-53.

[3] 楊培濤，吳剛.市政管道定向鉆穿越勘察施工中的巖土工程問題探究[J].長春工程學院學報（自然科學版），2022，23（1）：24-27，34.

[4] 文湘禹.水平定向鉆法敷設聚乙烯管道施工荷載下受力分析[J].工程建設與設計，2022（4）：105-107.

[5] 趙凱，唐曾.降低PE燃氣管水平定向鉆回拖拉力的方法[J].煤氣與熱力，2019，39（12）：19-20，24，45.