大管徑供熱管道水平定向鉆施工回拖作業(yè)技術(shù)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(kāi)挖專(zhuān)用的發(fā)送溝，并向發(fā)送溝內(nèi)注入泥漿，利用發(fā)送溝內(nèi)泥漿對(duì)管道的浮力及泥漿的潤(rùn)滑作用，降低管道回拖過(guò)程中發(fā)送溝與管道的摩擦力，起到保護(hù)保溫管PE外護(hù)管及接頭保溫結(jié)構(gòu)的作用。值得說(shuō)明的是，無(wú)論采用何種地面減阻方式，均需要開(kāi)挖導(dǎo)向溝。本文對(duì)大管徑供熱管道水平定向鉆施工中回拖作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(shè)備主要包括水平導(dǎo)向鉆機(jī)、管線探測(cè)儀、導(dǎo)向探測(cè)儀、泥漿拌制系統(tǒng)、裝載機(jī)、發(fā)電機(jī)、電焊機(jī)、吊車(chē)等。施工工作流程為：開(kāi)挖工作坑—測(cè)放標(biāo)志線—安裝水平導(dǎo)向鉆機(jī)——鉆導(dǎo)向孔。導(dǎo)向孔完成后進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔時(shí)按土層情況配置相應(yīng)泥漿，擴(kuò)孔按設(shè)計(jì)應(yīng)逐級(jí)回?cái)U(kuò)，不宜躍級(jí)。回?cái)U(kuò)孔徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且拉力、扭矩在安全范圍內(nèi)便可將預(yù)制完好的TPEP鋼管進(jìn)行回拖。

1.1 工作井與接收井施工

（1）降排水。由于施工區(qū)地下水位埋深較淺，需進(jìn)行降排水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(shù)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(nèi)。

（2）工作井制作。工作井和接收井分別設(shè)置在公路一側(cè)，工作井采用挖掘機(jī)配合人工進(jìn)行開(kāi)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(jù)管線埋深而定。水位降到基坑開(kāi)挖底標(biāo)高1.0m以下時(shí)，進(jìn)行土方開(kāi)挖作業(yè)。基坑開(kāi)挖上部采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，挖至底部30cm時(shí)，采用人工進(jìn)行開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。工作井的支護(hù)形式為工作井的四角設(shè)置型鋼剪力支撐，并加設(shè)橫向鋼管支撐，防止塌方。工作井左右兩側(cè)進(jìn)行放坡處理，兩側(cè)邊坡需保證穩(wěn)定，對(duì)于土質(zhì)松散處可加大邊坡。為了防止管道在拖運(yùn)過(guò)程中左右擺動(dòng)，在接收井出土點(diǎn)需挖一個(gè)長(zhǎng)36.0m，寬1.5m，深4.5m的發(fā)送溝，在拖拽的過(guò)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(xì)土的麻袋，麻袋上面涂有潤(rùn)滑油，且采用汽車(chē)吊同時(shí)起吊并向前推進(jìn)以減小鉆機(jī)拖拽力[1]。

1.2 水平定向鉆設(shè)備安裝

鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)及時(shí)檢查機(jī)具的完備和使用性能情況，機(jī)具擺放應(yīng)距工作井3.0m以外，防止機(jī)具震動(dòng)造成塌方。鉆機(jī)就位必須在穿越曲線的同一方向上，鉆機(jī)安裝就位后進(jìn)行系統(tǒng)連接、試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證設(shè)備正常工作，各系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后試轉(zhuǎn)，各種參數(shù)正常后按次序鉆進(jìn)。重點(diǎn)檢查主機(jī)地錨、泥漿供應(yīng)、輔助動(dòng)力、系統(tǒng)液壓、供電電纜、各顯示表盤(pán)和調(diào)校控導(dǎo)系統(tǒng)等運(yùn)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(shè)管道的鉆進(jìn)軌跡及深度，確保不與已建管道發(fā)生交叉、碰撞，保證已建管道和新建管道的安全。②開(kāi)挖工作坑。管軸線兩端一般不設(shè)發(fā)射坑和接受坑，鉆機(jī)直接從地面以小角度下鉆。只有當(dāng)管道縱向剛度較大，或者施工場(chǎng)地較小等特殊情況下才設(shè)發(fā)射坑、接受坑。工作坑的大小根據(jù)管道直徑大小進(jìn)行布置，一般可挖成倒三角的工作坑。③鉆導(dǎo)向孔。鉆導(dǎo)向孔是整個(gè)施工中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。水平定向鉆在管軸線的一側(cè)下鉆，鉆頭在受控的情況下穿過(guò)河床、穿越公路或鐵路、繞過(guò)地下障礙物，最后在管軸線的另一側(cè)鉆出地面，完成導(dǎo)向孔的施工。其中鉆桿的加長(zhǎng)或縮短由鉆機(jī)的自動(dòng)裝卸系統(tǒng)來(lái)完成，而鉆頭的鉆進(jìn)方向則由安裝在鉆頭后部空腔內(nèi)的探頭和地面接收器組成的導(dǎo)向系統(tǒng)完成，探頭發(fā)出的無(wú)線信號(hào)由地面接收器接收，從接收器可以得到鉆頭的位置、深度，進(jìn)而調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向[3]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 鉆孔最終擴(kuò)孔直徑

當(dāng)穿越管道直徑大于250mm或地層土質(zhì)為中砂、粗砂及沙礫土?xí)r，宜進(jìn)行多級(jí)擴(kuò)孔。根據(jù)地層條件和鉆機(jī)能力合理選擇擴(kuò)孔程序，管徑越大，擴(kuò)孔次數(shù)應(yīng)越多[4]。

3.2 定向鉆機(jī)設(shè)計(jì)回拖力

回拖力的計(jì)算對(duì)于定向鉆機(jī)正確選型至關(guān)重要，定向鉆機(jī)的設(shè)計(jì)回拖力一般取計(jì)算回拖力的1.5～3.0倍。計(jì)算回拖力F的計(jì)算式為：

3.3 鉆機(jī)的選型

水平定向鉆穿越工程應(yīng)綜合考慮施工場(chǎng)地、地層土質(zhì)條件、敷設(shè)管道管徑、埋深和穿越長(zhǎng)度等因素，合理選擇定向鉆機(jī)。定向鉆機(jī)的額定回拖力可按計(jì)算回拖力的1.5～3.0倍選取，但不得超過(guò)工作管所能承受的最大回拖力。若地質(zhì)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(jī)，以確保回拖作業(yè)順利進(jìn)行[5]。

3.4 地下直埋敷設(shè)

地下直埋敷設(shè)是指將大管徑供熱管道直接敷設(shè)于土壤中，土壤與管道的外保溫層或外保護(hù)層直接接觸。此種方式目前最常用，只要地質(zhì)狀況良好，地下有管位，且與其他障礙物保持一定的防護(hù)距離時(shí)，均可采用此方式。地下直埋敷設(shè)的市政大管徑供熱管道通常采用成品的預(yù)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(hù)外殼三者緊密黏結(jié)的結(jié)構(gòu)形式，保護(hù)外殼一般是硬質(zhì)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(hù)外殼三者組成的結(jié)構(gòu)形式，保溫層與保護(hù)外殼之間留有空氣層，保護(hù)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(guò)程中的地面減阻方式

（1）一般方式。在管道安裝前，須根據(jù)設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖發(fā)送溝，發(fā)送溝深度須滿(mǎn)足注入泥漿后能夠?qū)⒐艿栏∑穑l(fā)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(fā)送溝內(nèi)完成，安裝完成后，進(jìn)行管道強(qiáng)度試驗(yàn)、嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)合格并對(duì)管道接頭位置進(jìn)行補(bǔ)口處理后，向發(fā)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(fā)送溝地面減阻方式時(shí)，回拖作業(yè)無(wú)須起重機(jī)配合。回拖作業(yè)完成后，對(duì)發(fā)送溝內(nèi)的泥漿進(jìn)行清理及外運(yùn)處理，對(duì)發(fā)送溝溝壁及地基擾動(dòng)部位進(jìn)行局部換填夯實(shí)(將溝壁及地基地面以下一定范圍內(nèi)的軟弱土挖去，然后回填強(qiáng)度高，壓縮性較低，并且沒(méi)有侵蝕性的材料)，并按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行回填。為了減少施工場(chǎng)地占用，通常當(dāng)供水管道回拖完成后(相應(yīng)的發(fā)送溝也回填完畢)，再開(kāi)挖回水管道的發(fā)送溝[7]。

（2）特殊方式。若受場(chǎng)地限制，發(fā)送溝無(wú)法達(dá)到理想長(zhǎng)度時(shí)，對(duì)不具備開(kāi)挖發(fā)送溝條件的管段宜在地面部分采用托管架或沙袋、輪胎對(duì)管道進(jìn)行架空減阻，并在管道進(jìn)入發(fā)送溝前開(kāi)挖導(dǎo)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(shí)，管道回拖時(shí)一定要密切關(guān)注管道保溫層的變化，尤其是接頭位置補(bǔ)口的變化，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)處理[8]。

4 注意事項(xiàng)

①定向鉆機(jī)的額定回拖力不宜過(guò)小，回拖力過(guò)小極易造成回拖作業(yè)時(shí)管道抱死。②管道回拖作業(yè)啟動(dòng)階段阻力最大，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)密切關(guān)注定向鉆機(jī)以及管道的狀況，不得強(qiáng)硬回拖。③在回拖過(guò)程中，若遇突發(fā)狀況需要中斷回拖作業(yè)時(shí)，中斷時(shí)間不宜超過(guò)4h。④在回拖作業(yè)期間，環(huán)境溫度不宜過(guò)低(一般不低于5℃)，否則易造成PE外護(hù)管的損壞，進(jìn)而影響保溫層[9]。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，水平定向鉆施工技術(shù)在實(shí)際工程實(shí)施應(yīng)通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，綜合考慮大管徑供熱管道道的敷設(shè)方式。做到節(jié)省建設(shè)投資，保證熱網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。