佛山市顺德区伦教土地储备发展中心 广东佛山 528000
摘要：市政管网工程是关系到国民经济增长的重要工程，随着我国市政事业发展建设的要求在不断地提高，在市政管网工程施工中拖拉管技术是其施工主要技术之一。本文主要对市政管网工程中拖拉管技术的施工工艺进行了分析与探究。
关键词：市政管网；管道施工；应用
引言
随着我国市政事业发展建设的要求在不断地提高，在市政管网工程施工中，由于拖拉管具有免开挖、速度快、破坏小、造价低等优点，成为穿越障碍物首选施工方法。但在市政管道敷设过程中常常会遇到铁路、河道、建筑物、广场等各类障碍物，致使开挖受阻。因此，施工企业必须要高度重视拖拉管技术的应用，要采用正确、科学以及合理的施工方法来提高施工的质量。
1、拖拉管施工的特点
非开挖导向钻管又称拖拉管或牵引管，是将石油工业的定向钻进技术与传统的管线施工技术相结合的一项新工艺、新技术。与传统的“明挖法”施工相比，拖拉管施工技术是一种占地面积较少、对环境影响小的先进的地下管道敷设施工技术。在车水马龙的交通要道，建筑林立的城市厂区，管线密布的城市地下，常规的大开挖敷设地下管道的方法已越来越难以实施。此外，开挖敷设管道的施工费用庞大，导致工程造价据高不下。而拖拉管施工具有周期短、综合施工成本低、社会效益显著等优点。
特别在穿越高速公路、铁路、建造物、河流、闹市区街道和保护区等施工情况下，拖拉管施工比开挖施工具有明显的优越性。
2、工程概况
某排水管网完善二期工程Ⅰ标，支管TX-WB1至TX-WB7段，管道长度共63.5m，埋深2.91～2.58m，管径为DN400，水位标高为36.05m，水位深度为1.2m。根据地质勘察报告，岩性描述为：1、36.25m以上为人工填土：主要成分为粉质粘土，不均匀含少量碎石及砂砾，稍湿，松散状态；2、31.85～36.25m为粉质粘土：含少量石英砾，可～硬塑状态。
施工现场为村民住宅区，可能存在地下管线等情况，且村民住宅基础埋深较浅，约1.5m。如采用“明挖法”施工难度大，根据现场情况及设计要求，故采用拖拉管施工方案。
3、人员安排计划
主要人员及数量如表1所示：
注：以上设备供需10kw用电量。
5、施工工艺
根据现场检查井位置、土质、埋深、管径等选定（GBS-25）型非开挖铺管钻机为本工程水平导向钻机机型，DigiTrak定向钻进导向系统为本次工程的导向系统。
工艺流程：
施工准备→施工测量→定向轨迹设计→工作坑开挖→钻机定位→泥浆制备→试钻→控制钻导向孔→管材连接加固→多级扩孔→回拉管材→注浆填充→ 现场清理
5.1施工测量
根据设计资料，对所有导线点和水准点进行复测，根据结果进行管道的放样，原地面的测量。用白灰标出管道轴线位置，对将要敷设管线所在位置的断面、地面和水面标高进行测量，并绘制出标高断面图，以便导向施工时精确控制标高。
5.2地层勘探地下管线探测及钻进轨迹设计
地层勘探主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配制钻液提供依据。其内容包括：土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等
导向孔轨迹设计是否合理对管线施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和铺设管线的性能等。
钻进轨迹的规划和设计，钻进的轨迹一般由三段组成：第一造斜段（如图1，AB），直线段（如下图BC）和第二造斜段（如图1，CD），直线段的长度是敷设管道的实际长度，第一造斜段是钻杆进入敷设管道的过渡段，第二造斜段是钻杆出露地面的过渡段，也是敷设管道的进入通道。
5.3工作坑开挖
工作坑为3m×4m，井深为3.5m。接收坑为3m×3m。工作坑要采用钢板进行支护处理，确保施工的安全。
5.4钻机就位
根据施工现场的环境和地理走势情况，钻机底脚要安置在20㎝厚C15混凝土平基上，并在平基混凝土内预留φ20钢筋（地锚）和钻机焊接紧密，以防地基沉降影响钻机稳定。
5.5钻液的配置
钻液的好与坏对于拉管施工的成败起到了关键的作用。钻液具有冷却钻头、润滑钻具的作用，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。
钻液由水、膨润土和聚合物组成。水是钻液的主要成份，膨润土和聚合物通常称为钻液添加剂。钻液的品质越好与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。
为改善泥浆性能，有时要加入适量化学处理剂。烧碱（或纯碱）可增粘、增静切力、调节PH值等作用。
本工程的钻液配合比确定为：膨润土：钻液宝：水：烧碱=0.20：0.75：0.01：0.04。
5.6试钻
启动钻机，钻入1～2根钻杆，检查设备仪器是否运转良好，发现问题及时处理，试钻时还应检查泥浆混配系统是否渗漏。
5.7导向钻进
根据测量的轴线，操作定向钻机水平钻进，路面上部采用美国DigiTrak Eclipse SST定向钻进导向系统控制钻头的方向，严格按设计曲线形成导向孔。若发现钻头偏离设计轨迹的趋势，通过调整钻头的倾角、旋转角等参数改变钻头方向。导向孔完成后，对发射坑入土口、接收坑出土口标高和方位进行复核，确保按设计曲线成孔。施工过程中，密切注意钻进过程中有扭矩、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。
根据施工经验，HDPE管在孔内拉动的过程中受重力的作用，会发生管道下沉现象。因此在本工程中，导向钻进的钻进点选择在略高于设计管中线的地方。以减低管道自重对高程的影响。
5.8管道焊接（电熔焊接）
管道接口质量的好坏直接影响到拉管施工的成功与否，因此要严格按照以下操作步骤执行：
5.8.1电熔连接机具与电熔管件应正确连通，连接时，通电加热的电压和时间符合电熔连接机具和电熔管件的规定。
5.8.2电熔连接冷却时间期间，不得移动连接件，连接件上不得施加任何外力。
5.8.3电熔承插连接管材连接端应切割垂直，连接面应清洁干净，刮去表面的氧化层。连接前，对应连接件，使其在同一轴线上。
5.8.4管道连接部位下端应采用支架，并固定吻合。
5.8.5焊接完毕后，检查观测孔内物料是否顶起，焊缝处是否有物料挤出。合格的焊口应是熔焊过程中，无冒（着）火、过早停机等现象，电熔件的观察孔有物料顶出。
5.8.6热熔连接：
（1）热熔连接前、后连接工具加热面上的无污物应用洁净棉布擦净。
（2）热熔连接加热时间和加热温度应符合热熔连接工具生产厂和管材、管件生产厂的规定。
（3）热熔连接保压冷却时间，不得移动连接件，连接件上不得施加任何外力。
（4）管道连接前，管材固定在机架上，取下铣刀，闭合卡具，对管子的端面进行铣削，当形成连续的切削时，退出卡具，检查管子两端的间隙（不得大于3mm）。电熔连接面应清洁干净，刮初表面皮。
（5）热熔对接连接，两管段应各伸出卡具一定的自由长度，校对连接件，使其在同一轴线上，错边不宜大于壁厚的10%。
（6）加热板温度适宜（200～235℃），当指示灯亮时，宜再等10min使用，以使整个加热板温度均匀。
（7）温度适宜的加热板置于机架上，闭合卡具，并设置系统的压力。达到吸热时间后，迅速打开卡具，取下加热板。应避免与熔融的端面发生碰撞。
（8）迅速闭合卡具，并在规定时间内，匀速地将压力调节到工作压力，同时按下冷却时间按钮。达到冷却时间后，在按一次冷却时间按钮，将压力降为零，打开卡具，取下焊好的管子。
（9）卸管前一定要将压力降至为零，若移动焊机，应拆下液压软管，并做好接头防尘工作。
（10）合格的焊缝应有两翻边，焊道翻卷的管外圆周上，两翻边的形状、大小均匀一致，无气孔、鼓泡和裂纹，两翻边之间的缝隙的根部不低于所焊管子的表面。
（11）管道连接时，施工现场条件允许时，可在在沟槽上进行焊接，管口应临时堵封。在大风环境下操作，采取保护措施或调整施工工艺。
5.9多级扩孔
根据现场地质情况，采用刮刀式扩孔器。扩孔器尺寸为铺设管径的1.2～1.5倍，即40㎝×1.3=52㎝，因此，最终选用φ600回扩器。这样既能够保持泥浆流动畅通，又能保证管线的安全、顺利的拖入孔中。该工程依次采用φ200、φ300、φ400、φ500、φ600回扩器扩孔，最终以φ500回扩器带管回拖。
本段回拉扩孔铺管的距离较长，泥浆作用特别重要，孔中缺少泥浆会造成塌孔等意外事故，使导向钻进失去作用并为再次钻进埋下隐患。考虑到地层泥浆较易漏失，泥浆漏失后，孔中缺少泥浆，钻杆及管线与孔壁间的摩擦力增大，导致拉力增大。因此要保持在整个钻进过程中有“返浆”，并根据地质情况的变化及时调整钻液配比以产生的不同泥浆。
本工程选用的铺管钻机配备有混合搅拌、泵送系统。施工中将水、膨润土、聚合物等加入混合仓，进行充分搅拌形成钻液。然后由钻液泵将钻液通过中空钻杆输送至孔底钻头，并与孔中钻屑混合形成泥浆在孔底流动。实验人员需要随时检测泥浆内各组成材料的配比并及时调整，反复循环使用。
5.10拉管
回拖力计算及最大拖拉长度：
管道回拖力计算如下：
Pt=Py+Pf -------（式1）
Py=Dk2Ra/4 -------（式2）
Pf=DLf -------（式3）
式中：Pt—回拖力（KN）；
Py—扩孔钻头迎面阻力（KN）；
Pf—管周摩阻力（KN）；
Dk—扩孔钻头外径（m），一般为管道外径1.2～1.5倍；
D—管道外径（m）；
Ra—迎面土挤压力（KPa）。粘性土层Ra在50～60KPa；流砂土层在80～100KPa；
L—管道长度（m）；
f—管周与土的摩擦系数（KPa）。粘性土层f在0.3～0.4KPa；流砂土层在0.5～0.7KPa；
定向钻孔拖拉法施工，最大拖拉长度宜控制在下表范围内：详见表3
采用特殊、有效的成孔及减摩措施时，最大拖拉长度可适当增加，本工程拖拉管为DN400，拖拉长度最大为63.5m，完全能满足要求。
拉管接头和管道强度检验合格后，即可进入拉管施工。首先用现场制作的“PE管封套”将管头密封，然后在管头后端接上回扩头，管后接上分动器进行拖管，将管子回拖到工作井。在回拖管道过程中，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，严禁蛮拖。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。
5.11注浆加固
HDPE管道拉通后，为了避免地面沉降，需要进行注浆加固。由于受场地条件限制，本次采用孔内注浆的加固措施。
拉管施工前在HDPE管前端连接两根与HDPE管同长度的φ25钢管，与HDPE管一同拉入土中并一同到达拉管设计终点桩号。到达终点后，解除φ25钢管与HDPE管的连接，在两根钢管前面各加一根6ｍ长同直径的注浆花管
移动拉管机到1#接收坑，和φ25钢管连接并回拽。每拽入6ｍ，把钢管和拉管机的连接取消，换成和高压注浆泵连接。注入1：1的水泥、粉煤灰浆液（0.4MPa），从而置换触变泥浆，补充HDPE管周围的空隙。然后再换再拉，再拉再注，反复进行。直到把钢管全部拉出1#接收坑，注浆过程也就全部结束了。
5.12安全保护系统
由于施工中的地质情况复杂、距离较远等特点，在施工中必须设置必要的安全保护措施，主要有：
（1）防触电报警系统。一旦地下钻头触及电缆等带电体后，钻机发出触电报警，此时操作手必须坐在座椅上不得离开，以免触电。报警解除后，操作人员方可离开钻机。
（2）远距离遥控紧急停机装置。随钻跟踪测量者应时刻保持与钻机操作手的联系，一旦发生意外应及时处置。目前一般采用无线通信联络方式，有时由于受到当时当地环境的影响这种方式已不能应付紧急突发事件，所以在施工中应由随钻跟踪者采用紧急措施停止钻机工作，待处理完后，由后者解除对钻机的限制后，方可启动钻机。
5.13管道闭水试验
管道闭水试验方法：试验分段进行，管道两端采用砖砌封堵，在养护3～4天达到一定强度后，向闭水段的检查井注水。闭水试验的水位为试验段上游管内顶以上2m，如不足2m，注水应接近上游井口高度。当试验水头达到规定水头时开始计时，观测管道的渗水量，直到观测结束时，应不断地向试验管段内补水，保持试验水头恒定。渗水量的观测时间不得小于30min。
5.14控制井土方回填
回填土应在闭水合格和完工测量后进行。回填土应选用细土、好土进行回填，不得含砾石、垃圾，回填应两侧分层对称回填。
5.15拉管的质量控制方法及要求
路面建筑物及管道铺设区域无塌陷，施工后进行雷达扫描检测，不得低于90%。
管道铺设规定要求：
HDPE管铺设满足排气要求，HDPE管无向上的折点。水平最大偏差0.2m，纵向垂直最大偏差-0.3～+0.2m。保持管内壁干净，拉管过程中封堵内壁。
拉管过程中，操作手严格按照地面预布控制桩的平面位置和高程控制钻头走向，每隔水平距离3m校核一次。
管道内底高程的复测：
管道拉通后，应对管道内底高程进行复合测量。用钻机将装有探测器的钻头在管道内拉动，试验人员根据探测器发出的信号来确定钻头的深度，经过换算后即计算出管内底高程。得出的结果和原始控制轨迹高程进行比较，就得到各桩位高程偏差数值。
6、结束语
综上所述，拖拉管技术作为一项新型的地下管材铺设方法，随着我国城市化进程的加快，其应用前景也将更加广阔。对此，我们应从管材的选择、高程轴线的检查、管道变形检测、沉降预防等方面来切实加强拖拉管施工技术的质量控制水平，使拖拉管技术在城市化进程中，发挥更大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]林陶.拖拉管在市政排水工程中的应用探析[J].低碳世界.2016(21).
[2]李世民,唐伟,陈学军.非开挖水平定向钻机拉管施工技术探析[J].江苏水利.2015(04).
论文作者:陈静豪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
标签：管道论文; 钻机论文; 拖拉论文; 泥浆论文; 钻头论文; 导向论文; 管线论文; 《基层建设》2017年第17期论文;