摘要：随着我国城市不断发展,水平定向钻进技术在供水管道施工中得到越来越广泛的应用。本文主要分析了自来水管道施工水平定向钻进施工的工艺及技术要点。
关键词：水平定向钻进;供水管道;施工
过去在城市地下管网建设包括供水、天然气、电信、电力、排污等管线铺设中,沿用的传统施工方法是开挖埋管线,该法不仅速度慢,且影响交通和污染环境,遇到障碍物时更是无法穿越。水平定向钻进作为非开挖技术中最具活力的一项施工技术,具有导向准确。
1 传统大开挖方式的弊端
(1)敷设供水管道遇到穿越河流时,采用传统大开挖方式要先破坏河堤,还要对河流做引流,开挖工程量大,难度大,产生的费用也较高,且工期长。
(2)敷设供水管道要穿越新修建的公路时极不方便。国家明文规定:“新修建的公路在3-15年内不允许破路开挖”。若对新建道路开挖,不仅使道路质量变差、寿命缩短,而且容易造成交通堵塞,严重者还会伴有地下管线被挖坏的事故发生。
(3)施工中遇到一些要穿越的、但是跨度较大、埋层较深的障碍物时(如电力隧道、电力方涵、污水方涵等),若从方涵上方穿越则埋深不够,若从下方通过,挖得太深危险性大,且不易施工。
(4)穿越铁路段时,直接开挖会造成铁路停运,而且敷管及之后的铁路恢复工作需要工期较长。
2 水平定向钻进技术优点
水平定向钻进法是发展最快的一种非开挖施工方法,是利用水平定向钻机在不开挖地表的条件下或以最小的地表开挖工作量进行铺设多种地下公用设施(如管道、电缆等)的技术,其优点具体如下:
(1)水平定向钻进穿越施工时不会阻碍周边交通,不会破坏绿地、植被或影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作环境,解决了传统开挖法施工对居民生活和出行的干扰以及对交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。
(2)现代化的穿越设备的穿越精度高,易于调整敷设方向和埋深,管线弧形敷设距离长,完全可以满足设计埋深要求,并且可以使管线绕过地下的障碍物。
(3)城市管网埋深一般达到3m以下,穿越河流时,一般埋深在河床下9-18m,所以采用水平定向钻机穿越,对周围环境无影响,不破坏地貌,适应环保的各项要求。
(4)采用水平定向钻机穿越施工时,无需在水面或水下作业,不影响江河通航,不损坏江河两侧堤坝及河床结构,施工不受季节限制,施工周期短、人员少、成功率高、施工安全可靠。
(5)进出场地速度快,施工场地可以灵活调整,允分显示出其在城市施工时的优越性。并且施工占地少,工程造价低,施工速度快。
3 施工准备
3.1 导向孔轨迹设计
(1)根据建设单位提供的管线工程平面图、既有管线地下管网图、工程技术要求等资料,对施工现象实地堪察,记录对既有管线的检查井标记的位置,并进行仪器探察结合人工探察,以确定既有管线的准确位置。
(2)定向钻导向孔轨迹一般由斜直线段、曲线段、水平直线段等组成,类似于倒抛物线的形状,根据事前收集的相关资料、实地勘察结果及待敷设的管材曲率设计出导向孔轨迹(包括确定入土角、出土角、入土点、出土点、第一曲线段和直线段轨迹变化点、直线段和第二曲线段轨迹变化点),并绘制导向孔轨迹图。
3.2 施工泥浆配制和钻具选择
在水平钻进施工过程中,泥浆的作用表现为:稳定钻孔土体、冷却润滑钻头和钻杆及其他孔内钻具、清理屑等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆泥浆由水、膨润土和具有某种性能的胶体化学材料(视土质选用)通过专用搅拌容器配制而成,正确适当的泥浆的配置对穿越起决定性作用,选用不同粘度的泥浆要视具体地质情况而定。
钻机回拉力按管材回拉力计算值的1.5-3倍进行选择,以确定钻机型号,施工前评估土壤状况,以便确定最佳钻进液和钻具组合。
4 施工工艺及其过程
水平定向穿越工作过程是通过计算机控制进行导向和探测,先钻出一个与设计曲线相同的导向孔,然后再将导向孔扩大,把产品管线回拖到扩大了的导向孔中,完成管线穿越的施工过程。其工艺流程如下。水平定向钻进施工工艺流程钻孔工地施工流程测量放线→修整场地→三通一平→设备进场→组装钻机→调控向系统→钻导向孔→预扩孔→管道回拖→设备离场→恢复地貌管道工地施工流程测量放线→修整场地→三通一平→设备进场→运管布管→组对相接→挖发送沟→管道拖进→设备离场→恢复地貌
4.1 钻导向孔
做好施工安全措施、发射和接收工作坑开挖、设备进场、钻机锚固后,进行全系统联机调试,调试完成可进行导向孔钻进,选择符合施工现场土质情况的导向钻头,开动高压泥浆泵,钻头开始正常喷浆后,在导向系统的引导下,钻机按设计好的导向孔轨迹进行钻进,高压泥浆的射流作用与钻头的切削作用共同在地下形成孔壁。钻进过程中,钻头内信号棒发出的信号被接收后,监视设备显示出钻头的深度、位置、角度等信息,据此及时调整钻头方向。钻进入土角一般在8°-12°之间,出土角5°-12°,管道曲率半径一般1000D-1200D。为了更好地控制导向,在斜段一般每根钻杆调整一次角度,每次调整的角度一般不超过0.8°,以便回拖顺利。当导向孔从入土角到水平夹角为0°时的计算穿越深度与设计埋深不同时(误差0.5m),则应调整入土直线段的长度及其调整控向角度。同理,当导向孔从水平到达出土角计算出的出土点,但达不到穿越长度位置时,调整水平直线段长度;达到出土角而没有符合地面标高时,调整每组钻杆长度及其控制角度。
4.2 扩孔
钻孔完成后卸下钻头及控制系统,接上扩孔器,从出土点向入土点进行预扩孔,扩孔的次数及扩孔类型根据管径及地质情况确定。注意当沿程土质不一,承载力不均时,由于钻杆、扩孔器自身重力的作用,易形成不均匀沉降,造成预扩孔偏移,故选择合理的钻具和钻具组合对定向穿越能否成功尤为重要。扩孔类型:中硬土采用飞刀扩孔,主要是切割成孔,软土采用桶式扩孔器,主要是挤压成孔,亦有两种同时使用,飞刀在前,桶式在后,扩孔由小到大逐级进行,扩孔直径根据穿越管径确定,一般比管径大150-200mm。例如穿越Φ630mm供水管,可分四次扩孔,各级扩孔分别为Φ200mm、Φ400mm、Φ600mm、Φ800mm。对于地质情况较好时,可跳级使用扩孔器。这样不仅节省扩孔时间,还可以节省泥浆用量。
4.3 回拖管材
扩孔结束后,采用清孔器进行清孔。复查管材的质量及搬运过程中是否损伤,按管材连接要求进行检查连接是否符合规定,检验合格后方可进行拖管。将连接好的管材沿接收坑坡道安放好,依次连接接头、分动器、钻杆。回拖管道,密切注意孔内情况,钻机操作手密切注意控制钻机的拉力和速度,确保回拖平衡。
4.4 竣工收尾
完善穿越两侧管道,拆卸临时设备、钻机设备及材料退场,处理废弃泥浆,平整场地,恢复地貌及整理竣工资料等。设备拆卸前要对泥浆设备和钻具进行认真清洗,钻杆钻挺的螺纹要上油并装上保护套用过的泥浆要进行分离,固体物集中深埋,泥浆水排放到非养殖的河沟中。
5 结语
随着城市建设步伐的不断加快,供水管道建设量会越来越多,水平定向钻进技术也必将得到更广泛的应用。采用水平定向钻进技术对供水管道进行施工,从技术层面以及施工对城市环境的影响方面、施工经济层面都具有显著优势,凸显良好的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1]金才芳.地下供水管道水平定向钻进穿越施工技术要点[J].上海水务,2008,(3).
[2]何晓峰.水平定向钻进技术在供水管道施工中的应用[J].价值工程,2010,(7).
论文作者:班源平
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/15
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