1.前言
随着城市建设发展，城市管网越发复杂，有些后期开挖铺设管道需破坏原有构筑物，影响周边环境、交通等。有些特殊情况如穿越河道、道路开挖铺设管道就不现实。非开挖技术很好的解决了此问题。非开挖技术主要有盾构、顶管和拉管等技术。盾构通常用于大型隧道施工，顶管主要一般用于管径800mm以上自流水管道，拉管一般适用于管径800mm以下压力管、穿线管应用，本工法主要介绍拉管施工工法。
由我司投资兴建的漳州碧湖市民生态公园配套基础设施建设工程中，为保证东西湖连通，由东湖向西湖补水，需穿越浦头港渠下方铺设连通管（见图1-1），
2.特点
相对于传统通过开挖地面来敷设管道施工的技术，拉管具有其无可替代的优点：
2.1不影响周边环境
在施工过程中无需开挖地面，就能够穿越公路、建筑物、铁路、河流，极大地降低了地下管线施工对交通、环境、基础设施、居民生活工作等造成的影响，取得良好社会效益；
2.2延长管道寿命
由于拉管技术不挖开地面，管道上层的土壤未经扰动，故而大大延长了管道的使用寿命，减小了管道的变形；
2.3施工速度快
拉管施工对于地下管道铺设特别是深埋管道，由于无需开挖回填及地面恢复工作，施工速度快；
2.4施工精度高
拉管施工应用了定向钻进技术，能实时监测管道走向，及时调整，能满足施工精度要求；
2.5安全
由于施工过程无需开挖，不会产生大量土方占用场地，减少塌方等安全隐患。
3.适用范围
拉管一般适用于管径800mm以下压力管道或者穿线套管施工，目前广泛应用于城市给排水、电力、电讯、天然气、煤气等市政和石油管线铺设施工中，适用于沙土、粘土等地况，我国大部分非硬岩地区都可施工。
4.工艺原理
非开挖水平定向钻机拉管技术是利用地表放置的钻机、随钻测量仪器以及有关钻具，沿欲铺设管线设计轨迹钻成一个先导孔，然后回拉扩孔，将孔径扩大到铺管要求的口径，最后将管线同步或分步拉入并采取相应孔道加固措施，以实现不开挖铺管的施工技术。
5.工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
拉管施工工艺流程如下：
5.2各流程操作要点
5.2.1施工准备
5.2.1.1技术准备
(1)组织图纸会审，仔细阅读工图，了解设计意图及熟悉施工规范和技术标准；
(2)根据地勘资料、施工图纸及规范相应要求、质量控制目标，编制施工专项方案，此方案需通过总包单位及监理单位审批后方可执行；
(3)对所有操作工人进行技术交底和岗前技术培训，对现场人员进行“三级安全教育”培训；
5.2.1.2机械设备准备：
施工现场根据施工现场的工程进度情况配备必备的施工机械设备。
5.2.1.3材料准备
施工材料根据图纸及现场施工进度确定。根据现场施工场地布置情况提前做好进场材料的现场存放。
5.2.1.4劳动力准备
现场施工作业人员应具备相应的技术水平，能够满足现场的质量控制和进度需求，具体的工人数量根据现场情况来确定。
5.2.2导向钻孔
5.2.2.1钻液的配置：钻液的质量对于拉管施工的成败起到了及其关键的作用。钻液具有冷却钻头、润滑钻具，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。
5.2.2.2钻机就位：根据以往的施工经验，PE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。
5.2.2.3曲率半径：导向孔根据设计曲线钻进，导向轨迹需结合管径、地质情况、钻机功率满足曲率要求。本工程的曲率半径为170m；
5.2.2.4坡度控制：施工过程中，造斜段在保证最大坡比5°的范围内尽量控制在3°范围，钻进时压力控制在5兆帕以内来保证导向孔光滑，使管道能顺利拉通。
5.2.3数据记录：由于每根钻杆方向改变量较小，为保证左右方向，在出入钻点之间每隔一根钻杆设一明显标记。每钻进一根钻杆，方向至少探测二次。对探测点要做好标记。通过地面接收器，认真记录钻进过程中的钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度、扭矩、推力、方向改变量等参数，将测得参数与钻孔轨迹进行对比，以便及时纠正。
5.2.4孔检验：导向孔完成后，根据钻孔轨迹和数据记录，确定此导向孔是否可用。轴线左右偏离控制在1％L（钻进长度）内，深度偏差控制在0.5％L（钻进长度）内。如因地质原因出现单根钻杆角度超过±3度小于±10度，扩孔时要加大扩孔器保证回拖管的顺畅及管材质量。分级反扩成孔
5.2.3.1扩孔方式：扩孔仍然采用导向钻机，扩孔由扩孔器（钻头）经钻杆旋转回拖完成。导向钻孔完成后即可进行扩孔，在出土点处接上扩孔器，随着钻杆回拖，在出土点不断接上钻杆。当上一级扩孔器到达钻机位置（入土点）即可在出土点接上下一级扩孔器，进行下一级扩孔。
5.2.3.2扩孔器（钻头）：扩孔器用于分级反扩成孔、清孔过程及拉管过程中，在扩孔过程中，钻液经钻杆由扩孔器喷出。
5.2.3.3钻孔导向完成后，钻孔工艺根据土质情况采用分级反拉旋转扩孔成孔。在回拉扩孔阶段，要求严格按照扩孔级别进行扩孔，不允许越级扩孔。分级级差由机械功率、经验及地质条件决定。
5.2.3.4扩孔孔径：扩孔最终孔径为设计管径的1.2～1.5倍。超出这个范围大于1.5倍时，容易发生塌孔事故，而且增加注浆工程量，增加施工成本。甚至还会影响管道的高程。如果孔径小于1.2倍时，拉管过程中泥浆不易排出，在拉管施工时容易发生抱管的事故，严重时导致工程失败。本工程结合地质情况及钻机功率，依次选用Φ300mm、Φ500mm、Φ700mm、Φ900mm的扩孔器进行扩孔；
5.2.3.5常见问题及解决办法：
(1)泥浆漏失：在松散的回填土层，地下水位较低，沙质粉土层、粉土层、沙层、河床底的软土层，沙层扩孔。泥浆不从孔口返出，而从孔内漏失，增大泥浆浓度和粘度，在孔壁形成泥皮阻漏，有效地防止泥浆漏失。在穿越河流时，泥浆漏失而又无法阻漏就顺其自然。
(2)泥浆渗出：在扩孔回拖铺管时，常见泥浆从孔中渗出地面。泥浆渗出的原因，一是扩孔铺管孔中残留泥屑过多阻塞钻孔，泥浆无法从孔口返出，泥浆在孔中形成高压而从地面渗出。二是地层松散，给泥浆留出通道，泥浆顺其通道渗出地面。
(3)泥浆短时间静止出现大量沉淀：泥浆要求不能过于黏稠，膨润土必须处于悬浮状态。如果短时间静止即出现大量沉淀，则在一二级扩孔结束后要立即跟换优质膨润土，必要时调整泥浆配合比，确保泥浆质量。
(4)缩径：软土层扩孔，孔内容易产生缩径现象。钻杆卸下后，孔内水从钻杆倒流出，说明孔内严重缩径。缩径严重时，被铺管会受到挤压变形，甚至卡死被铺管。遇到严重缩径，选用固相泥浆护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。或加大一级钻头扩孔，再清孔铺管。选用硬度较高，抗侧压力强的PE、PVC管材。如果轻微缩径，一般多清一次孔即可铺管。
(5)坍孔：沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔，坍孔埋钻、卡钻、卡死被铺管，造成路面裂缝下陷。选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁，可有效地防止坍孔。如果是块石堆积处坍孔，只有将块石清除后方可继续扩孔。
5.2.5牵引管道穿越
5.2.4.1管道牵引：完成扩孔清孔完成后应立即回拖HDPE管道，记录回拖过程中的扭矩、拖力、泥浆流量、回拖速度等值，出现异常操作手要根据现场实际情况增加或减少泥浆和化学材料的配比。如地质原因出现卡钻抱管，要第一时间调挖机开挖卡钻处进行解钻退出管材。
5.2.4.2管道与钻杆连接：牵引管回拖时沿回拖方向依次是管材、管头、旋转接头、扩孔器、钻杆。如图5-11所示：
5.2.4.3牵引管道质量控制方法及要求：
(1)管铺设要求：PE管铺设满足排气要求，PE管无向上的折点。水平最大偏差±0.3米。纵向垂直最大偏差±0.25米。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3米校核一次。
(2)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（注意采取措施防止钻头刮伤管道），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。
5.2.6孔道加固
PE管道拉通后，为了避免地面沉降，需要采取加固措施。主要有注射膨润土及注浆。一般管径大于800mm、管道上方地面有重载(如穿越道路、铁路等)、穿越砂层等情况，需采取注浆措施。本工程由于穿越浦头港渠，且河道两侧均为园区绿化及石材铺装，管道上方无重载，故采用注射膨润土加固。本工法主要介绍注浆加固措施。注浆可采用外部注浆及孔内注浆。若由于受场地条件限制，可采用孔内注浆。本工法以孔内注浆为例介绍注浆。
5.2.5.1拉管施工前在PE管前端连接两根与PE管同长度的注浆管,与PE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，解除注浆管与PE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。
5.2.5.2注浆管注浆过程可采用钻机回拖注浆。移动钻机到出土点，和注浆管连接并回拽。每回拽3-5m，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水泥、粉煤灰浆液（0.4Mpa），从而置换泥浆，补充PE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，注浆过程结束。（见图5-12）
5.2.5.3在注浆施工时应注意：
(1)根据实际情况每3-5米注浆一次，根据计算注浆量一定大于泥浆量，注浆时尽量保持不要间断。
(2)当注浆管拖入地面时一定要用堵头堵死，防止管头堵死。
5.2.7连通井施工及周边恢复
上述工序施工完成后，开挖至连通井管口位置，将多余管材截断，即可进行后续连通井施工、撤场及周边环境恢复。对于拉管施工，由于拉管精度有所局限，一般采用先拉管，再做井。本工程井采用现浇，井尺寸为11.2m×4.2m×7.3m，井底标高为-1.7m，HDPE管管口位置管中心标高为-1.0m。
6.材料
6.1管材
拉管施工所用管材根据实际用途及管径大小有球墨铸铁管、钢管、MPP(改性聚丙烯)管及HDPE(高密度聚乙烯)管等管材，由于管道长度通常长于单根原管材长度，管道连接主要以焊接为主。HDPE管是最常用的拉管管材。
6.2钻液
钻液由水、膨润土和聚合物组成。钻液要求不能过于粘稠，其中膨润土必须处于悬浮状态。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。聚合物包括钻液宝、烧碱等。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，投入烧碱量一般为膨润土量的2%。使用过程中可结合实际情况适当调整配比。
本工程穿越浦头港干渠中砂层，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。
7.机具设备
施工机具设备如下表所列，具体数量根据现场实际情况确定：
7.1导向钻机：
导向转机是工程的主要设备，用于泥浆泵送、导向钻孔、分级反扩成孔、牵引管道穿越，本工程采用徐工XZ500，设备及具体参数见图7-1；
7.2钻杆：
在施工过程中钻杆不仅起到传力作用，同时作为钻液喷射管道。钻杆所需长度可结合出入土点距离及交通状况而定，一般所需钻杆长度为管道长度的1.5倍。本工程施工时考虑到跨浦头港渠桥梁未施工，需绕道运输，现场准确了约150m长钻杆（单根管长度62m，孔道长度约为84m）。
7.3无线导向系统：
无线导向系统一般包括传感器、接收器和远程显示器三部分。其基本原理是由安装在钻头内的传感器发送电磁信号，该信号会被随之在地面上移动的接收器接收。接收器将信号处理成四个重要讯息：倾斜度、时钟值、深度、定位点，同时将信号传送给操作台上的远程显示器。目前使用较广泛的无线导向系统有美国DCI公司和雷迪公司的控向产品。
8.应用实例
漳州碧湖市民生态公园：该项目由我司投资兴建，项目位于漳州城市总体规划中位于城市CBD，南接九龙江，东临万达广场，西邻九龙江大桥，是连接各区块的重要城市中心;其中东西湖连通工程采用拉管工艺铺设管道，现已完成东西湖连通工程工程施工，实现东湖向西湖补水功能，取得良好景观及经济效益。
近年来，国内各省市如河南、广州、深圳等地区均出台相关规定，指出在城市建设中明确限制开挖埋管使用范围，鼓励采用非开挖技术埋管。
论文作者:高兴权
论文发表刊物:《低碳地产》2016年10月第20期
论文发表时间:2016/11/24
标签：泥浆论文; 钻杆论文; 管道论文; 注浆论文; 钻机论文; 导向论文; 拉管论文; 《低碳地产》2016年10月第20期论文;