地下空間拉管施工技術

苗新辰 王叡鵬 張英雷 張璞巖 劉明洋

中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程簡介

京東方（河北）移動顯示技術有限公司（二期）工程建筑面積45 775.66 m2，包括主生產廠房在內共5個單體工程，廠房地上4層，結構形式為框架結構。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18根，總長度約500 m。因施工區域涉及城市主干道，不宜進行大面積明挖施工作業，故擬采用地下空間拉管施工對室外管線進行鋪設[1-4]。

2 拉管施工特點

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

2）成本低：因無需進行道路破碎、恢復即可完成施工，拉管施工技術可節省大量人工和二次拆除恢復費用，減少資源浪費，同時避免交通堵塞，達到綠色環保及文明施工要求。

3）工期短：拉管施工周期短，與傳統明挖埋管法相比，大大縮短了施工工期，無需考慮土方運輸堆放問題，只需運輸少量泥漿。

3 拉管施工工藝原理

拉管技術原理是利用水平定向鉆機、導向鉆頭及導向儀等施工機具，按照設計的穿越曲線圖，先鉆出一個與設計曲線軌跡相同的導向孔，到達另一側時卸下導向頭換上較大直徑的擴孔鉆頭進行反向擴孔，最后將產品管線回拖到擴大了的導向孔中，完成管線鋪設的施工過程（圖1）。

4 拉管施工技術

4.1 施工工藝流程

測量原有地下管線→開挖工作坑→鉆機就位→鉆孔泥漿配制→鉆導向孔→反向擴孔→管道回拖→管頭分離→現場泥漿處理

4.2 施工工藝流程

4.2.1 測量原有地下管線

地下管線探測有以下3種方式：第1種是人工打開沿線各種管線井蓋，直接測量管線埋深和走向；第2種是使用管線探測儀沿拉管所要經過的線路進行物探；第3種是聯系市政或管線實際管理單位，由對應單位派人進行現場交底。根據已有地下管線資料和勘探成果確定穿越路線，確定鉆機入場與停放位置，確定鉆進入土點和出土點。

圖1 拉管施工工藝原理

4.2.2 施工準備

在施工開始前，現場應做以下準備工作。一是開挖工作坑，工作坑位置、尺寸及深度應根據設計文件、現場條件確認，并應滿足施工過程中積存的泥漿和鉆出的渣土運輸處理需要。若在開挖深度較深或周邊土質較差的區域，則應進行基坑支護處理，支護方案需經專家論證后方可施工。工作坑內挖集水槽，在工作坑坑角設集水坑，準備2臺泥漿泵，1臺工作、1臺備用。二是做好鉆機的準備工作，導向施工前應檢查導向系統（接收器、發射器、遠程同步監視器）電源、信號信道是否匹配，按照操作說明書對導向系統進行校準，并進行系統連接、試運轉，保證設備正常工作。鉆機應安裝在設計軌跡延伸線的起始位置，并選擇鋼板箱或預埋地腳螺栓作為地錨以保證鉆機的穩定性。

4.2.3 鉆孔曲線設計

1）確定鉆孔類型和軌跡形式：鉆孔類型及軌跡形式應綜合考慮穿越空間內地質條件（含水文環境）、擬鋪設的管線性質類型及鋪設要求、地上地下障礙物環境因素、文明施工和經濟性等因素。

2）確定入土點和出土點位置：入土、出土點宜選擇在土質較好的地段，避免不利土層帶來的施工影響。

3）確定各項軌跡參數，包括入土角、出土角、圓弧過渡段曲率半徑、管道埋深、管道水平長度、實際用管長度等。

從勘探結果可知，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區間，所以本工程設計鉆孔路線為曲線軌跡。

4.2.4 鉆導向孔

在確定鉆孔曲線后，便可進行導向孔施工。鉆機就位后，安裝導向鉆頭至鉆桿，根據設計方案確定入土點，隨后鉆入第1根鉆桿，第1根鉆桿入土鉆進時應輕壓慢轉、穩定在入土位置，符合設計入土角度后方可繼續鉆進。由入土造斜段鉆進至直線段（既有管線障礙區域）時，應慢速導向鉆進并復核先導孔軌跡，保證導向孔埋深要求。測算與交叉管線的距離，確認在安全許可范圍后再恢復正常鉆進，待鋪管道與道路原有各管底的安全凈距離應為最大擴孔直徑的2倍以上。由直線段鉆至出土造斜段過程中應嚴格控制轉角角度，并適當控制鉆出速度，掌握導向孔出土口位置及角度，待另一側工作坑露出鉆桿后導孔完成，隨后將導向鉆頭分離。

導孔鉆進的關鍵是鉆孔軌跡的監測和控制，過程中技術人員應根據探測器所發回的信號，判斷導向頭位置與鉆進路線圖的偏差，隨時調整方向。導向鉆進時應注入泥漿對成孔護壁，確保鉆孔的穩定性及鉆具的安全性。曲線段鉆進一次頂進長度宜小于0.5 m，造斜段、地下管線交叉處、出土點附近或調整鉆進軌跡時，鉆孔軌跡測量計算頻率不少于每0.5 m一次。

4.2.5 反向擴孔

導向孔施工完成后，應根據待鋪設管線管徑選擇不同的回擴鉆頭分一次或幾次逐級反復擴孔。擴孔直徑一般控制在待鋪設管線直徑的1.2～1.5倍。安裝擴孔鉆頭、分動器后，連接第1根鉆桿，隨后拉進導向孔內。鉆桿沿導向孔進行回擴，擴孔過程中導向員應監測扭矩、拖力等數據，并填寫回擴記錄表。若出現異常，應及時對孔內狀況進行分析，采取調整泥漿配比、清孔等措施解決問題。第1級擴孔到達接收坑后，將擴孔頭分離，按照擴孔級次重復進行擴孔，直徑達到待鋪設計管徑后完成擴孔工作。

4.2.6 管道回拖

擴孔完成后應先對回拉的管線進行檢查，經檢查合格后根據現場情況回拉管道，將待鋪管在出土點提前預制好備用。一次性將該拉管管線焊接好（若是PE管則采用熱熔對接），避免在回拖中途重新焊接等停頓。回拖過程應連續施工，特殊情況下需要中斷時，中斷時間不宜超過4 h。管道組焊完成，擴孔器清孔后，根據回拖力、扭矩的大小決定管道回拖。在管子下方應墊圓木滾杠或膨潤土帶子，使管子與地面不直接接觸，這樣既減少了摩擦力（同樣減小了鉆機拖力），又保證管子不受傷害。回拖的同時根據鉆機參數注入適量的泥漿，保持泥漿循環，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，通過膨潤土的膨化作用完成孔壁與原土的完整結合。回拖過程中密切注意拉力變化情況，合理調節管道回拖的速度，回拖速度宜均勻，避免造成孔內壓力激增。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，進行管口保護，應對管道兩端進行封堵。管道敷設后應對管道實際軸線進行測量，兩端造斜段環空應視情況進行注漿加固處理。施工時記錄回拖中的扭矩、拖力、泥漿流量、回拖速度等數值，回拖數據應實時報告。

4.2.7 現場泥漿配制

泥漿是定向穿越中的關鍵因素，被視定向鉆的“血液”，在導向孔鉆進和回擴孔施工過程中，必須使用泥漿。鉆進泥漿通過泥漿混合系統、機載泥漿泵和鉆桿導向鉆頭或回擴鉆頭噴入鉆孔中。其主要作用是冷卻鉆具、攜帶鉆屑并排到地表，穩定孔壁以及降低鉆進時所需的扭矩和回拖力，同時也在回拉時對鋪管表面起保護作用。泥漿的主要工藝性能是流變性和失水造漿性，現場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。鉆孔泥漿應隨著地層條件、鉆進工藝和孔內狀況的變化進行調整和控制。現場泥漿pH值控制在8～11之間、密度控制在1.02～1.25 g/cm3。

5 結語

應用拉管施工技術能夠實際解決明挖施工不便情況下的管線施工問題，本工程為滿足建筑功能需要，需穿越市政道路鋪設的管線、管道共計18根，長度約500 m，采用拉管施工技術節約工期15 d，避免阻礙交通、環境污染等情況的發生，得到地方政府、業主方的一致認可，且帶來了一定的社會效益和經濟效益。社會效益體現在可避免市政道路開挖過程中產生如混凝土塊、瀝青塊、渣土等建筑垃圾，隨之清運和堆放過程中產生的遺撒和粉塵、灰砂飛揚等問題也相應得到解決，將對周邊環境的影響降至最低，且施工無需占用城市主干道，從而避免封路、交通堵塞等問題對城市交通的影響。經濟效益主要體現在施工進度方面，相比于傳統的開挖施工可節省約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挖相關方面產生的二次施工費用。