（上海水务建设工程有限公司，上海，200072）
【摘 要】本文分析了非开挖水平定向钻进拉管施工工艺特点、适用范围、工作原理、施工方法，并通过康宁路富长路给水管排管工程实例，对拉管工艺在给水管道施工中的应用进行了分析，对今后类似排水管道工程的施工参考。
【关键词】非开挖施工；定向钻进；反向扩孔；拉管；水压试验
一、工程概况
本工程为康宁路、富长路自来水排管工程穿越薀藻浜非开挖铺设dn800管，该工程位于富长路～康宁路，为沿道路西侧穿越薀藻浜进行水平定向穿越施工，铺设dn800HDPE管一段，设计长度为630m。为了减少工程造价及最大程度地减少对周边企业、居民的生产生活的影响，给水管道的铺设广泛使用了非开挖拖拉管技术，取得了显著的经济效益和社会效益。
二、水平定向钻进拉管简介
2.1工艺特点
2.1.1施工工艺简单，可操作性强，容易组织实施；通过对现场勘察，设计好穿越线路，连结钻头和管道，钻机就位，即可开始施工。
2.1.2施工人员操作均在地面上进行，避免了深基坑作业等不良施工条件的影响，安全系数高；管道连接也在地面上进行，接头直观明了，单段管道连接合格后一次拉管铺成，提高了管道连接质量。
2.1.3施工周期短，与传统“挖槽埋管法”相比，大大缩短了施工周期；不污染环境，不影响交通，对地层地面破坏小，成本低，社会效益与经济效益显著。
2.2适用范围
本工艺是一种非开挖铺管技术，适用于穿越河流、湖泊、建筑等障碍的管道铺设以及不适合开挖的城市市政地下管网施工。适用于不含大卵石的各种地层，包括含水地层，不适用于砾石层，一般用于软土层；管材通常为钢管、PE管和PVC管等，管径为200～1200mm，管线长最大可达1500m。
三、水平定向钻技术敷设管线的原理
定向钻进拉管技术是利用定向钻机、导向钻头和导向仪等施工设备，按照设计的钻孔轨迹(一般近似弧形)，采用定向钻进技术先施工一个近似水平的先导孔，待先导孔钻头在被穿越障碍物(河流、公路)的另一侧露出后，卸下导向钻头换上大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺管线，然后进行反向扩孔，同时将待铺设管线拉入钻孔。有时根据钻机的能力和待铺设管线的直径大小可先专门进行一次或多次扩孔后再回拉管线，等全部的钻杆被拉回时，铺管工作同时完成如(图1)。
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图1 水平定向钻原理
四、定向钻进施工技术
4.1拉管施工工艺流程见(图2)
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图2施工工艺流程图
4.2导向孔轨迹的设计
导向孔是扩孔拉管的母线，也是最终形成的管线孔。与其它管线不同，污水排水管对于深度、坡度允许误差均有较严格的要求，施工难度大。因此，对于沿线繁华街道和生产的厂区，管线设计既要考虑实际情况，又要满足施工的基本条件，以确保管线钻进时有较小的入土角度。据设计图纸，穿越管最深处高程为-18.0m，入土角为-21.3%（12°），入土端造斜距离为166.5m，出土角为21.3%（12°），出土端造斜距离为166.5m，中间水平钻进为253.7m，路径总长630米m。
4.3回拉力计算
F＝（P0L－P1）*f*a
F---管壁与孔壁间的磨擦力（KN）
f---土与管壁间的磨擦系数（0.2—0.6）
P0---管子每米长的重量(118kg/m)
P1---管子所受的浮力
L---铺管长度
a---安全系数（1.2～1.5）
以上计算公式中，因整个过程管材受力较复杂且不断变化，会受诸如：管材、壁厚、土质、土层间隙、土层含水量及渗透性、泥浆原料、泥浆浓度、导向孔曲率半径等等因素影响而出现不同的情况。在实际应用中，应初步估算，适时修正，才能顺利完成施工。
从估算可知，本工程所需最大回拖力约为F＝（118*630－0）*0.6*1.5=67T左右，故可采用DDL1800钻机（回拖力180T）施工。以往我公司在长兴岛等地施工同管径400多米的管道的最大回拖力也就在90T左右，说明选择此型钻机施工是比较合适的。
4.4施工仪器和管材选用
4.4.1钻机的选择
本项目采用采用DDL1800钻机、GBS35水平导向钻机。另配功率为45kW的不停钻射流循环泥浆搅拌系统，可快速制备钻进用泥浆；操纵台全功能数字仪表显示，具有独立的液压锚桩系统。钻机的主要技术参数：发动机功率为200kW，最大推力/拉力为380kN，最大回转扭矩为18kN.m，输出轴转速为0～110r/min，泥浆系统功率为45kW，泥浆泵流量为320L/min，泥浆泵压力为10MPa，角度为8°～22°。
4.4.2管材的选用
根据设计文件，管材选用HDPE管，该管具有如下特点：⑴高韧性，抗拉能力强，抗刮痕能力好；⑵采用热熔对接一体化连接，密封可靠，连接强度高于本身强度，适于拖拉；⑶可挠性能好，管道走向容易按照施工轨道进行改变；⑷快速裂纹传递抵抗能力好。
4.5泥浆的配制
表1水平定向钻井液混合配比表
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本工程主要是在灰色淤泥质粘土和暗绿～黄色粉质粘土中进行穿越施工，现场泥浆的配置应具体以现场土质为准，配置时参考上表做相应调整，并用混浆系统调制均匀后备用。
4.6试钻
启动钻机，钻入一、两根钻杆，检查机器设置是否运转良好，发现问题及时处理，试钻时还应检查泥浆混浆系统是否渗漏。
4.7导向孔施工
由于本次施工设计深度最大为23.0m，使用传统的地面接收信号的无线导向形式，很难接收到信号。决定采用先进的地磁导向，即把信号传输线的一端连接在导向钻头上，导线的另一端连接在钻机侧的电脑上，把预先设计好的钻进轨迹输入电脑，在导向前先进行罗盘校正，然后就可以进行导向钻进工作了，在导向过程中，电脑会自动记录导向数据（相对于入土处地面的深度及钻头的倾角），并会在屏幕上显示出目前钻头所处的位置，以及直观的反映导向轨迹与设计轨迹的偏差，司钻人员就可以根据提示，很直观的调节钻头的方位和倾斜角。
开钻时采用轻压慢转，进入水平段采用轻压快转以保持钻具的导向性和稳定性，根据地层变化和钻进深度，适时调整钻进参数。导向过程中，密切注意钻进过程中有无扭矩、钻压突变、泥浆漏失等异常情况，发现问题立即停止施工，待查明原因后采取相应措施后施工。
4.8扩孔施工
导向孔完成后，卸下导向钻头，换上扩孔钻头进行逐级扩孔。要铺设φ800mm的聚乙烯管，最大扩孔孔径为φ1200mm。要扩φ1200mm的孔，在完成导向孔后，需采用分级扩孔，扩孔孔径分别为φ400mm、φ600mm、φ700mm、φ800mm、φ900mm、φ1000mm、φ1100mm、φ1200mm。
为防止地面沉降，扩孔采用均匀旋转回拉和泥浆射流相结合的方法，这样即能保证扩孔孔壁的厚度，又能排出过多的泥土，既能达到顺利回拉铺管的目的，又能保证铺管之后被挤压的泥土在应力的作用下自然回填，使孔内不留下空隙，地面不发生沉降。扩孔时，应使用根据地层实际情况配置的泥浆，确保孔壁稳定，泥浆流动顺畅。当第一级扩孔时，减慢扩孔速度，同时减小泵压，增大转速。
扩孔完成后，再用Φ1200清孔器对孔进行两次清孔处理，以排出孔内多余渣土，对成孔内壁做进一步稳固。回扩过程中要做好施工原始记录，记录内容包括钻进时间，扭矩、拉力，泥浆泵压力、土质情况等。回扩过程中，密切注意钻进过程中无扭矩、钻压突变等异常情况，发现问题即停止施工，待查明原因后采取相应措施后施工。
4.9回拉铺管
管道焊接好后，将连接好的管材沿出土工作坑坡道安放好，依次连接接头、分动器、钻杆。回拖前再检查管道是否已经在地滑轮上安放好。控制回拖速度，完成回拉铺管。拉管头和管子的连接必须密封，防止泥浆和其他物质进入管道内。
在回拖过程中，密切注意孔内情况、钻机操作手应密切注意钻机回拖力、扭矩的变化。回拖应平稳、顺利，禁止蛮拖。管材要一次性拖入已成形的孔洞中，中途尽量避免停顿，减少回拖的阻力。并做好回拖拉力、扭矩等原始数据的记录工作。回拖结束后及时把资料上交给监理。
五、水压试验
5.1穿越完成后进行一次水压试验，本项目共计穿越1条，泵验：1次，泵验长度为630m。水源：自来水。强度试验：管道的试验压力为1MPa，10min内降压≤0.02MPa，可免去严密性试验，即认为合格。严密性试验：道的实验压力为0.8MPa，30min内降压≤0.03MPa，可免去校验渗水量，即认为合格。
5.2管道水压试验时，必须按现行标准和试验方案规定操作，并加强安全监护。管道后背、管件临时加固达到技术措施要求，管件的支墩、锚固设施管梁的混凝土强度符合设计文件规定，管道中的安全阀、伸缩补偿装置、水锤消除装置、消火栓等管道设备位置已按规定用临时设施替换处理，阀门处于全开状态，并严禁用阀门做堵板。
管道升压时，管道的气体应排除，升压过程中，当发现表针摆动不稳，且升压较慢时，应重新排气后再升压。应分级升压，每升一级应检查后背、支墩、管道及接口，当无异常现象时，再继续升压。水压试验不合格应查明原因，问题消除后应重新进行水压试验直至合格；管道水压试验合格后，应及时进行沟槽回填。
六、结语
水平定向钻拖拉法在康宁路富长管给水管排管工程中的应用满足了在不影响交通条件下，自来水管穿越薀藻浜路，确保了本工程的整体顺利完工。
参考文献：
[1]GB50268－2008.给水排水管道工程施工及验收规范［S］
论文作者:傅思亮
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年12月供稿
论文发表时间:2016/4/15
标签：导向论文; 管道论文; 钻机论文; 泥浆论文; 钻头论文; 管线论文; 水压论文; 《工程建设标准化》2015年12月供稿论文;