污水管水平導向鉆進法牽引施工技術應用研究

萬 明 棟

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

萬松東路延伸工程二期位于浙江省安市丁山圍墾區域內，西起濱海大道、東至東海大道，全長約4.74 km，污水管道采用HDPE管，主干管管徑為500、600 mm，布置在回填路基以下，一般埋深3～4 m，采用水平導向鉆進法牽引施工，主要使用國產ZT-25牽引鉆機，月石(美國)導向儀，另外配備功率為45 kW的不停鉆射流循環泥漿攪拌系統、操縱臺全功能數字儀表顯示、獨立的液壓錨樁系統。介紹了其實施過程。

2 牽引施工

2.1 施工準備

利用地下管線探測儀對地下管線的分布、位置、走向、管徑進行調查探測并描繪地下管線和地下障礙物的布置圖。

2.2 鉆桿軌跡設計

污水管必須按設計流水標高埋設，根據地下管線布置圖設計鉆桿的鉆進軌跡。軌跡包括兩個部分：造斜段和鋪設段。

(1)造斜段距離L：

L=[h(2R1-h)]0.5

式中h為埋深；R1為造斜段曲率半徑，取1 200d,代入數據即可計算出L值。

(2)鉆桿入射角a：

a=0.5tg-1{[h(2R1-h)]0.5/h}

(3)主要施工技術參數：

泥漿壓力為1～5 MPa，流量為50～90 L/min ,泥漿比重為1.8～2 g/cm3，鉆機轉速為160 r/min，扭矩為8 000～10 000 N·m，推拉力為18～20 t[1]。

2.3 基坑開挖

每段牽引采用反鏟挖掘2個工作坑，根據需要采用密扣鋼板樁支護。工作坑開挖的平面尺寸為3 m×10 m、3 m×5 m，坑的深度根據拉管流水面高程確定。為保證工作坑內干燥和擴孔施工,在工作坑一側設(寬4 m×長1.5 m×深1.5 m)泥漿沉淀池,并在池底設泥漿泵，隨時將多余的泥漿抽出坑外。

2.4 鉆機就位

鉆機運到現場后必須先錨固穩定。鉆機就位后，調整鉆機導向桿到略高于設計管位中心高程的位置(HDPE管在孔內拉動的過程中受重力的作用會發生管道下沉現象)，水平鉆入土中。在導向鉆頭中安裝發射器，通過地面接收器測得鉆頭的深度、鴨嘴板的面向角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電狀況等參數，將測得的參數與鉆孔軌跡進行對比，及時糾偏。地面接收器具有顯示與發射功能，將接收到的孔底信息無線傳送至鉆機的接收器并顯示，操作手根據信號反饋給操縱鉆機按正確的軌跡鉆進。在導向鉆孔過程中，技術人員根據探測器發回的信號判斷導向頭位置與鉆進路線圖的偏差，隨時調整并將調整數值記錄在“鉆進位置”相應的表格中。

為了保證導向頭能嚴格按照操作人員發出的指令前進，需要在管道線路初步布點后對控制點進行加密加細。間隔3 m設中線與高程控制點，用木樁做出明顯標志?？刂迫藛T嚴格按照點位操縱儀器[2]。

2.5 鉆液的配置

鉆液的好壞對于拉管施工的成敗起到極為關鍵的作用。鉆液具有冷卻鉆頭、潤滑鉆具的作用，更重要的是其可以懸浮和攜帶鉆屑，使混合后的鉆屑成為流動的泥漿順利地排出孔外，既可為回拖管線提供足夠的環形空間，又可減少回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護壁的作用。為改善泥漿性能，有時需加入適量的化學處理劑。

2.6 導向鉆進

該工程采用精度為0.1%的導向雷達控制鉆進標高，導向標高控制在管中心線位置。鉆桿軌跡的第一段是造斜段，控制鉆桿的入射角度和鉆頭斜面的方向，緩慢給進而不旋轉鉆頭，使鉆頭按設計的造斜段鉆進。鉆頭到達造斜段完成處，接下來是排水管流水段的鉆進。旋轉鉆頭并提供給進力，鉆頭即能沿水平直線鉆進。由于在鉆頭位置安裝了探測儀器，在鉆進過程中通過地面精密接收儀器數據調整鉆頭的角度，使鉆進按照流水線標高路線前進。到達出口工作坑，完成鉆孔工序。

鉆機隨機配有一手提式地表導航儀，用以確定鉆頭在地下的位置，監測鉆頭是否偏離設計軌跡。在造斜段，鉆頭每鉆進10 cm測一次鉆頭的位置；在平鋪段，每隔3 m監測一次。如果發現偏離軌道，通過調整鉆頭斜面的方向緩慢糾偏[3]。

2.7 回拉擴孔

回拉擴孔牽引時，泥漿作用特別重要?？字腥鄙倌酀{會造成塌孔等意外事故的發生，使導向鉆進失去作用并為再次鉆進埋下隱患。考慮到地層中的泥漿較易漏失，故需保持整個鉆進過程中有“返漿”，并根據地質情況的變化及時調整鉆液配比以產生不同的泥漿。

鉆頭到達出口工作坑，鉆進工作完成，若孔徑沒有達到鋪設要求，需要進行多次擴徑。該工程第一次擴孔孔徑為300 mm，第二次擴孔孔徑為500 mm，直到擴孔孔徑為管徑的1.5倍。

2.8 管道焊接

管道的連接采用電熔焊接，電熔連接冷卻時不得移動連接件，不得在連接件上施加任何外力。焊接完畢，檢查觀測孔內的物料是否頂起，焊縫處是否有物料擠出。

管道連接前，對應的連接件必須在同一軸線上。干管連接部位下端應采用支架固定吻合。電熔承插連接管材的連接端應切割垂直，連接面保持清潔并刮去表面的氧化層。

2.9 回拉敷設管道

拉管施工前，先用現場制作的封套將管頭密封。準備好后，將管道與擴孔器相連，回拉將管道牽引進孔洞內。施工時，拉管機操作人員需根據設備數據均勻平穩地牽引管道，切不可生拉硬拽。注意：所選用的拉管機應能承受該污水管道的拉力。

2.10 閉水試驗

污水管的安裝及檢查井砌筑完成后進行閉水試驗。干管每6個井段進行一次閉水試驗。閉水試驗如未能通過，應立即將管內的水抽干，仔細檢查滲漏原因并進行修補。

3 施工質量控制

(1)鉆機就位必須嚴格對中，保證鉆機平穩、水平鉆進。開鉆前，要認真檢查鉆桿，發現彎曲時需及時調直或更換。鉆桿的上、下接頭應對正，邊緩慢給進動力、邊慢轉上扣，不得擰得過緊。鉆桿內不得進臟物，以免堵塞鉆頭噴嘴。

(2)鉆進速度不宜過快。應根據地層條件合理調定給進力，一般而言，對于松砂層，不宜超過3 m/min；在硬土層中，鉆進速度以鉆機不發生跳動為宜。經常檢查鉆頭的磨損程度，發現磨損嚴重時應及時進行補焊修復。造斜頂進時，將每次頂進的進尺控制在0.5 m左右為好，曲線要緩[4]。

(3)HDPE管的鋪設須滿足排氣要求，無向上的折點。水平最大偏差為0.3 m，縱向垂直最大偏差為0.1 m。

4 結 語

萬松東路延伸工程二期污水管成功應用水平導向鉆進法進行牽引施工，打破了傳統的明挖法敷設，減少了對相鄰建筑物的影響，更好地保護了環境，取得了良好的社會效益和經濟效益，值得類似工程推廣應用。