大直徑截污管道水平定向穿越施工技術(shù)的應(yīng)用

郭 冠 花

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

PE管具有耐老化、耐腐蝕、耐磨、熱熔連接接頭強(qiáng)度高于管體強(qiáng)度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市給排水工程。水平定向鉆管道穿越技術(shù)不受管道埋深、地面限制、地下水等影響，施工速度快、成本低，可解決開(kāi)挖埋管無(wú)法解決的難題，在管道穿越公路、鐵路等無(wú)法開(kāi)挖和禁止開(kāi)挖區(qū)域時(shí)，更能體現(xiàn)出充分的優(yōu)越性和科學(xué)性。

1 工程概況

晉城市城區(qū)回軍河黑臭水體整治截污工程位于回軍河河道岸線兩側(cè)，治理河道段總長(zhǎng)4 500 m。截污管道截流隨意排放進(jìn)入雨水管涵的污水，沿河岸設(shè)置DN600，DN800，DN1 000，DN1 200截污干管，局部設(shè)置DN300，DN400，DN500截污支管，沿河設(shè)置截污井、跌水井、檢查井35座。該城市為丘陵地貌，截污管埋深范圍土質(zhì)為粉質(zhì)黏土，部分截污管穿過(guò)已建城市道路、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。埋深淺的截污管采用挖埋法施工，埋深較深和需穿過(guò)已建城市道路、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)的截污管采用水平定向鉆拖管法施工。

2 工藝原理

根據(jù)建設(shè)單位提供的施工圖和地勘文件以及現(xiàn)場(chǎng)工程勘察成果進(jìn)行管道穿越設(shè)計(jì)，水平定向鉆鉆進(jìn)、擴(kuò)孔的同時(shí)進(jìn)行管道連接，最后一次擴(kuò)孔時(shí)同步管道回拖，最后進(jìn)行管道附屬工程施工。

3 工藝流程

工藝流程見(jiàn)圖1。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)勘察

現(xiàn)場(chǎng)勘察是管道穿越設(shè)計(jì)的前提，也是保障施工安全和環(huán)境保護(hù)的需要，并關(guān)系到施工方法和設(shè)備的選擇。按管道走向進(jìn)行地質(zhì)、水文、地形、地貌等勘察，如管道穿越地面建(構(gòu))筑物、道路、地下管線時(shí)，還需向產(chǎn)權(quán)所屬單位全面了解情況，并做好詳細(xì)記錄。

3.2 管道穿越設(shè)計(jì)

根據(jù)建設(shè)單位提供的施工圖、地勘文件以及現(xiàn)場(chǎng)踏勘和工程勘察成果進(jìn)行管道穿越設(shè)計(jì)。管道穿越設(shè)計(jì)主要包括：1)工程概況；2)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和工程勘察情況；3)穿越軌跡設(shè)計(jì)；4)施工方法和技術(shù)工藝、施工注意事項(xiàng)；5)檢驗(yàn)與驗(yàn)收項(xiàng)目和內(nèi)容；6)應(yīng)急預(yù)案；7)設(shè)計(jì)圖和計(jì)算書(shū),見(jiàn)圖2，表1。

表1 水平定向鉆先導(dǎo)孔軌跡參數(shù)表

管材類(lèi)型入土角出土角曲率半徑/mmD<400400≤D<800D≥800塑料管8～304～20不應(yīng)小于1 200倍鉆桿外徑不應(yīng)小于250D不應(yīng)小于300D鋼管8～184～12宜大于1 500D,且不應(yīng)小于1 200D

3.3 測(cè)量放線

按設(shè)計(jì)圖放出擬敷設(shè)管道的入土點(diǎn)、出土點(diǎn)、中心線，確定入土側(cè)、出土側(cè)、施工便道以及管道連接場(chǎng)地的邊界，放出管道交叉位置和跌水井、檢查井的位置及開(kāi)挖邊線。沿?cái)M敷設(shè)管道中心線在地面上每隔2 m埋設(shè)控制樁測(cè)出高程，計(jì)算出穿越軌跡各點(diǎn)對(duì)應(yīng)高程并標(biāo)注在圖紙上。

3.4 工作坑開(kāi)挖

依次開(kāi)挖入土端工作坑、出土端工作坑、管道回拖斜道。入土端開(kāi)挖2.0 m×1.5 m×1.0 m楔形工作坑，坑底斜面角度20°～30°為宜。出土端工作坑即為檢查井、跌水井，底面尺寸為3.0 m×4.0 m，四周放坡根據(jù)深度和土質(zhì)等因素綜合考慮。管道回拖斜道底面寬度為管道直徑D+2×0.5 m，斜道斜面角度10°～20°為宜。

3.5 機(jī)械設(shè)備安裝就位

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)、管道規(guī)格、地層特點(diǎn)、埋深和長(zhǎng)度等因素合理選擇鉆機(jī)，工程設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到三通一平條件。按施工平面布置圖確定各設(shè)備工位，做好圍擋、安全標(biāo)示和交通疏導(dǎo)工作。鉆機(jī)安裝在設(shè)計(jì)軌跡延伸線的起始位置，鉆機(jī)動(dòng)力頭的中心線與設(shè)計(jì)軌跡延伸線重合，鉆機(jī)錨固滿(mǎn)足在鉆機(jī)最大推拉力作用下不發(fā)生失效。安裝就位后鉆機(jī)儀表、線路、配件等進(jìn)行全面檢查，對(duì)導(dǎo)向儀進(jìn)行校核。

3.6 導(dǎo)線鉆進(jìn)

施工前鉆機(jī)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，時(shí)間不少于15 min，確定機(jī)具設(shè)備部分運(yùn)轉(zhuǎn)正常且鉆頭噴嘴有泥漿流動(dòng)后方可鉆進(jìn)。第一根鉆桿入土鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)輕壓慢轉(zhuǎn)、穩(wěn)定入土位置，符合設(shè)計(jì)入土角后方可繼續(xù)鉆進(jìn)。先導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)，導(dǎo)向員手持信號(hào)接收器到鉆頭上方接收信號(hào)引導(dǎo)施工。先導(dǎo)孔鉆進(jìn)的關(guān)鍵是鉆孔軌跡的檢測(cè)和控制，入土端斜段、地下管線交叉處、出土點(diǎn)附近或調(diào)整鉆機(jī)軌跡時(shí)對(duì)導(dǎo)向的精確度要求高，測(cè)量計(jì)算頻率0.5 m/次。直線段測(cè)量計(jì)算頻率每根鉆桿一次(3.0 m/次)，直線段發(fā)現(xiàn)偏離應(yīng)退桿重鉆。

3.7 泥漿循環(huán)

水平定向鉆施工工程中保持泥漿循環(huán)，穩(wěn)定的泥漿循環(huán)是有效排除鉆屑、穩(wěn)定鉆孔壓力、維持孔壁穩(wěn)定的基礎(chǔ)。泥漿的配方和性能參數(shù)根據(jù)地質(zhì)條件、鉆進(jìn)工藝、孔內(nèi)情況等因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，從鉆孔返出的泥漿經(jīng)沉淀池或泥漿凈化設(shè)備處理并調(diào)整后重復(fù)利用。泥漿用量應(yīng)綜合考慮最終擴(kuò)孔直徑、鉆孔長(zhǎng)度、擴(kuò)孔次數(shù)、孔內(nèi)漏失狀況等。

3.8 擴(kuò)孔

擴(kuò)孔的分級(jí)次數(shù)主要取決于地層性質(zhì)、終孔直徑、鉆孔長(zhǎng)度、鉆機(jī)能力、泥漿泵能力及擴(kuò)孔器類(lèi)型。擴(kuò)孔器的選擇主要取決于穿越地層的物理力學(xué)性質(zhì)，常用的有適合一般土層的擴(kuò)孔器和針對(duì)巖石地層的巖石擴(kuò)孔器兩類(lèi)。擴(kuò)孔鉆進(jìn)前先確認(rèn)擴(kuò)孔器噴嘴是否順暢，擴(kuò)孔過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)扭矩、拉力異常應(yīng)降低進(jìn)尺速度。一級(jí)擴(kuò)孔完成后，宜進(jìn)行洗孔后再進(jìn)行下一級(jí)擴(kuò)孔，最終擴(kuò)孔完成后根據(jù)孔內(nèi)清潔程度確定是否進(jìn)行清孔，見(jiàn)表2。

表2 穿越管道所需的鉆孔最終擴(kuò)孔直徑表 mm

3.9 管道連接

PE管進(jìn)場(chǎng)后對(duì)質(zhì)量證明文件和外觀進(jìn)行檢查，并由具備相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)單位進(jìn)行檢測(cè)復(fù)驗(yàn)。PE管采用熱熔連接，施工前進(jìn)行熱熔對(duì)接焊接工藝評(píng)定檢驗(yàn)與試驗(yàn)。PE管沿?cái)M敷設(shè)管線的地面一側(cè)逐根擺放，管材的切割采用專(zhuān)用割刀或切管工具，切割端面應(yīng)平整、光滑、無(wú)毛刺，端面應(yīng)垂直于管軸線。相鄰兩節(jié)管材置于夾具架上固定牢固，管材連接端伸出夾具，移動(dòng)夾具使連接端面接觸，使其在同一軸線上。管材連接端面采用熱熔加熱板加熱，加熱板表面溫度控制在200 ℃～235 ℃之間，連接端面吸熱時(shí)間達(dá)到工藝要求后，迅速撤出加熱板，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用均勻外力使連接面完全接觸，并形成均勻一致的對(duì)稱(chēng)翻邊。管材焊縫的冷卻必須在保持壓力下進(jìn)行，直到冷卻到環(huán)境溫度。管道連接完成后使用專(zhuān)用工具切除外部的焊接翻邊，見(jiàn)表3。

表3 PE管熱熔對(duì)焊焊接工藝參數(shù)表

3.10管道回拖

管道回拖前對(duì)鉆機(jī)地錨進(jìn)行檢查，對(duì)鉆機(jī)、泥漿泵等設(shè)備進(jìn)行檢修保養(yǎng)，對(duì)已連接完成的管線長(zhǎng)度、焊縫等進(jìn)行檢查，吊管設(shè)備進(jìn)行就位。鉆桿后面依次連接擴(kuò)孔器、分動(dòng)器、管線拉頭、待敷設(shè)管線，組合連接后進(jìn)行擴(kuò)孔器泥漿試噴。管道回拖過(guò)程應(yīng)連續(xù)施工，特殊情況下中斷時(shí)間不得超過(guò)4 h，回拖速度應(yīng)均勻并保持泥漿循環(huán)。為降低回拖時(shí)地面與管道的摩阻力，保護(hù)管道外表不被劃傷，采用托管架減阻措施。

3.11注漿

為防止擴(kuò)孔直徑與管道外徑之差造成道路、地面沉降，采用孔內(nèi)注漿的方式進(jìn)行加固。管道回拖的同時(shí)將注漿管一并拖入，注漿管采用D25鋼管，尾端為6 m長(zhǎng)注漿花管。管道回拖完成拆除擴(kuò)孔器、分動(dòng)器、管道拉頭，封堵注漿管尾端管道與擴(kuò)孔孔壁間空隙。注漿管與注漿泵連接，用不低于0.4 MPa的壓力注入水泥和粉煤灰比為1∶1的漿液，每次注漿長(zhǎng)度6 m且注漿量要大于泥漿量。利用定向鉆回拖注漿管，每回拖6 m拆管再注漿，如此反復(fù)進(jìn)行直到注漿管完全被拖出鉆孔，再次封堵管道與擴(kuò)孔孔壁間空隙。導(dǎo)向鉆斜孔也采用注漿充填密實(shí)。注漿過(guò)程中置換出的泥漿及時(shí)排出并沉淀處理，注漿結(jié)束后對(duì)工作坑地基進(jìn)行處理，隨后進(jìn)行檢查井、跌水井施工。

4 主要機(jī)械設(shè)備及儀器

表4 主要配套機(jī)械設(shè)備和儀器表

根據(jù)工程設(shè)計(jì)圖紙和地質(zhì)條件，進(jìn)行管道穿越設(shè)計(jì)，合理確定水平定向鉆機(jī)型號(hào)和主要設(shè)備參數(shù)，根據(jù)施工進(jìn)度安排配備合適的機(jī)械設(shè)備和儀器，見(jiàn)表4。

5 質(zhì)量控制

5.1 質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

1)定向鉆進(jìn)施工管道允許偏差符合GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范，見(jiàn)表5。

表5 定向鉆進(jìn)施工管道的允許偏差表

2)管道安裝完成后，管道功能性試驗(yàn)(壓力管道水壓試驗(yàn)和非壓力管道閉水試驗(yàn))，按GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范執(zhí)行。

3)導(dǎo)向孔鉆進(jìn)、擴(kuò)孔、管道回拖及泥漿液等符合設(shè)計(jì)和施工方案要求。

5.2 質(zhì)量保證措施

1)根據(jù)建設(shè)單位提供的施工圖、地勘文件以及現(xiàn)場(chǎng)踏勘和工程勘察成果進(jìn)行管道穿越設(shè)計(jì)。

2)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)、管道規(guī)格、地層特點(diǎn)、埋深和長(zhǎng)度等因素合理選擇鉆機(jī)和配套機(jī)具設(shè)備。

3)導(dǎo)向鉆進(jìn)施工前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理人員、操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，鉆進(jìn)過(guò)程施鉆人員嚴(yán)格按照引導(dǎo)員的指令進(jìn)行操作，發(fā)現(xiàn)偏離及時(shí)退桿重鉆。

4)施工工程中保持穩(wěn)定的泥漿循環(huán)，泥漿的配方和性能參數(shù)根據(jù)地質(zhì)條件、鉆進(jìn)工藝、孔內(nèi)情況等因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，從鉆孔返出的泥漿經(jīng)沉淀池或泥漿凈化設(shè)備處理并調(diào)整后重復(fù)利用。

5)管材選擇和連接應(yīng)符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求，管道連接前進(jìn)行熱熔對(duì)接焊接工藝評(píng)定檢驗(yàn)與試驗(yàn)，連接完成后對(duì)接頭翻邊和焊縫檢驗(yàn)。

6)管道回拖前對(duì)已連接完成的管道長(zhǎng)度、管道外觀和焊縫進(jìn)行檢查，回拖過(guò)程采用托管架減阻。

6 安全措施

1)嚴(yán)格貫徹國(guó)家的安全生產(chǎn)法律、法規(guī)，堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的方針。

2)施工中應(yīng)遵照國(guó)家、省、市頒發(fā)的有關(guān)安全操作規(guī)程以及企業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)，建立完善的安全保證體系，明確安全責(zé)任制，具體落實(shí)到個(gè)人。

3)未經(jīng)安全教育的人員不得上崗作業(yè)，安全管理人員及特種作業(yè)人員，必須經(jīng)安全培訓(xùn)合格后持證上崗。項(xiàng)目部技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)對(duì)上崗人員進(jìn)行書(shū)面安全技術(shù)交底，確保安全措施落實(shí)到實(shí)處。

4)在施工前應(yīng)查明施工沿線地下障礙及管線情況，對(duì)穿越地段的管線及上面構(gòu)筑物做好監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)措施。

5)穿越城市道路、公路、鐵路、河流時(shí)，應(yīng)制定有效防護(hù)措施，并派專(zhuān)人負(fù)責(zé)看護(hù)和指揮交通。

6)施工場(chǎng)地設(shè)置封閉圍擋，避免非施工人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。

7)施工人員應(yīng)著裝安全標(biāo)志服，佩戴安全帽、手套、工作鞋及防護(hù)口罩等。

8)現(xiàn)場(chǎng)施工各崗位人員必須保持良好的工作關(guān)系，用對(duì)講機(jī)或其他通信方式聯(lián)系時(shí)，信號(hào)不清晰時(shí)不得隨意判定信號(hào)內(nèi)容。

9)按施工平面布置圖確定各設(shè)備工位，做好圍擋、安全標(biāo)示和交通疏導(dǎo)工作。

7 環(huán)保措施

1)工程施工過(guò)程中嚴(yán)格遵守國(guó)家和地方政府有關(guān)環(huán)境保持法律、法規(guī)和企業(yè)的規(guī)章制度，并制定相關(guān)施工管理制度。

2)將施工場(chǎng)地和作業(yè)限制在工程建設(shè)允許范圍內(nèi)，合理布置。

3)注重污染防治，文明清潔施工，創(chuàng)安全文明工地。現(xiàn)場(chǎng)做到文明施工，做好現(xiàn)場(chǎng)堆集材料、周轉(zhuǎn)材料的遮蓋、分類(lèi)規(guī)整工作。對(duì)施工中燃油、工程材料、設(shè)備廢水，生產(chǎn)生活垃圾、棄渣等應(yīng)加強(qiáng)控制和治理，遵守廢棄物處理的規(guī)章制度，定期清理廢棄物。

4)對(duì)施工中可能會(huì)影響到的各種公共設(shè)施或構(gòu)筑物應(yīng)制定可靠的防止損壞和移位措施，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，防止發(fā)生事故。

5)鉆機(jī)使用過(guò)程中泥漿要用吸污車(chē)集中清運(yùn)，防止污染周邊環(huán)境。

6)優(yōu)先選用先進(jìn)環(huán)保的設(shè)備，合理安排施工時(shí)間減少對(duì)居民的干擾，采取措施降低施工噪聲到允許值以下，盡可能避免夜間施工。

8 結(jié)語(yǔ)

水平定向鉆管道穿越技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展的一門(mén)新技術(shù)，該技術(shù)不受管道埋深、地面限制、地下水等影響，在管道穿越公路、鐵路等無(wú)法開(kāi)挖和禁止開(kāi)挖區(qū)域時(shí)，更能體現(xiàn)出充分的優(yōu)越性和科學(xué)性。PE管耐老化、耐腐蝕、內(nèi)表光滑排污能力強(qiáng)、熱熔連接接頭強(qiáng)度高質(zhì)量好，大直徑PE截污管道水平定向穿越技術(shù)在城市排污工程應(yīng)用前景廣泛。