浅谈排水工程的非开挖拉管施工及质量控制

　　摘要：本文结合工程实例，对拉管工艺在重力排水管施工中的工艺流程、主要施工步骤、质量控制要点进行了分析，为非开挖拉管技术在排水工程中的推广应用提供参考。
　　关键词：管线工程；排水施工，导向钻孔；非开挖拉管技术；质量控制
　　1 工程概况
　　某市的城市污水管道综合治理项目，涉及城市两个主城区的城市排水管网主管线及部分支管管网改造。该项目排水管采用HDPE管，我公司承建污水管线直径为D=300~600mm，总长2.5Km，该地区为粘土类土质。为了最大程度地减少对城市的道路交通影响，该污水纳管工程广泛使用了非开挖拉管技术，与传统的挖槽铺管技术相比，很大程度上缩短了工期，节约了人工费用。
　　2施工工艺流程
　　测量放线→工程勘察→施工准备→人材设备进场→导向→回扩（焊管）→回拖→穿
　　越结束→管口处理→退场
　　3工程勘查
　　项目实施前，通过全面的调查，掌握拉管施工区域地表和地下地质情况，合理设计管线走向和进出土工作坑位置，在满足拉管施工控制需要的同时，注意城市正常生产生活的需要。
　　拉管施工区域调查的内容包括：一是地下管线的探查，主要是通过查阅原始资料和地下管线探测仪探测，力求避开和避免损害既有管线；二是地质勘察，主要对管线位置的既往回填、地下管线及设施、地下水位以及土质情况进行调查；三是地表障碍物调查，地表面可满足导航设备通过，具有实施控制的基本条件。
　　4拉管施工技术要点
　　4.1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，重力管对于深度、坡度允许误差均有较严格的要求，施工难度大。因此，对于主城区，管线设计既要考虑城区的实际情况，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。根据综合设计和实际需要，工作坑区间一般按100～200m的间距设置。工作坑的形状、大小和深度应根据施工场地条件、管线类型、管径、材质、埋深、地质条件、既有地下管线分布情况、定向钻施工设计参数确定。当管线较深时，为保证入土角度，入土工作坑设计见图1。
　　图1入土工作坑设计示意图
　　4.2回拉力的计算及定向钻机的选择
　　定向钻根据穿越长度实际需要的回拉力进行选型，回拉力的计算参考2007年福建省工程建设标准《水平定向钻进管线铺设工程技术规程》，具体公式如下：
　　F拉=πLf[D2γ泥/4-dδ1(D-δ1)]+K粘πDL
　　式中：F拉——计算的拉力，kN，L——穿越长度，m，f——摩擦系数，f=0.1～0.3；
　　D——生产管直径，m；γ泥——泥浆密度，kg/m3；δ1——生产管壁厚，m；K粘——粘滞系数，K粘=0.01～0.03。
　　本项目采用国产DDW—350铺管钻机、美国马克三导向仪。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°～20°。
　　4.3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：①高韧性，抗拉能力强，抗刮痕能力好；②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；③可挠性能好，管道走向容易按照施工轨道进行改变；④快速裂纹传递抵抗能力好。
　　4.4泥浆的配制
　　采用聚合物加强性泥浆，由优质膨润土泥浆加少量聚合物制成。该配方中膨润土和聚合物添加量约占泥浆质量的2%。扩孔拖拉中采用同样比例的泥浆，造壁性能良好，润滑和降低扭矩的效果明显，未发生塌陷等情况。
　　4.5导向孔的施工
　　根据测量定位的轴线，操作定向钻机水平钻进，路面上部采用控向仪等导航设备控制钻头的方向和深度，严格按设计轴线形成一条直径约为100mm的圆孔通道，孔道中心线即为所需铺设管道的中心线。开钻时采用轻压慢转，进人平直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。施工过程中,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，待查明原因并采取相应措施后再施工。导向孔完成后，对工作坑入土口、接收坑出土口的标高和方位进行复核，确保按设计轴线成孔。
　　4.6扩孔
　　导向孔完成后，卸下起始杆和导向钻头，换回扩钻头进行回扩。回扩过程中始终保持合适的泥浆量，对泥浆各性能参数进行不定期检测，以调整泥浆性能指标。根据地层的实际特点，合理控制回扩钻进速度，以利排渣。扩孔分3～5次完成，最后一次回扩需采用相应的挤扩式钻头，若回拖力和回扩扭矩较大，则需多回扩一次，以利孔壁成型和稳定。针对该地区粘土质的特点，实际操作时在泥浆混配系统中加入适量TERRA等稀释粉，该粉具有固化洞壁、润滑钻杆、塑管等作用并能起到防止管材变形等功能。在钻进回扩过程中，应及时做好施工原始记录，发现钻进时间、轴线角度、扭矩、顶拉力等异常情况，应立即停止施工，待查明原因并采取相应措施后再施工。
　　4.7回拖管材
　　HDPE管的管材连接要严格按电热熔施工要求施焊，回拖前应检查电热熔焊接质量，待焊接自然冷却、检查合格后方能进行拖管。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，以减小回拖的阻力。
　　5拉管工艺的质量控制
　　5.1管线轨迹的设计
　　与其它管线不同，排水管道的重力流特征决定了其必须控制较小的坡度和标高误差，这对拉管的成孔控制提出了更高要求。为了保证引导精度，主要采取了以下措施：一是在管线设计时，充分考虑引导实施的可行性；二是适当设置工作坑，确保入土角度和标高；三是增加测定频率，精确换算管位深度，每0.5m测定一次；四是尽量减少测定干扰，尽量选择在车辆较少的时间进行施工。采取以上措施后，纳管工程标高偏差基本上控制在50mm以内，满足了排水工艺要求。其导向孔轨迹示意图如图2所示，入土角按照机具设备性能、施工场地条件、既有地下管线（构筑物）以及铺管深度等要求，通过计算确定，宜为8°~20°；出土角根据铺管类型、材质、管径，通过计算确定，宜为0°~20°。
　　图2铺设HDPE管的导向孔轨迹示意图
　　图中：α1—入土角α2—出土角A—入土点D—入土点H—轨迹(铺管)深度
　　L1+L+L2—定向钻铺管水平长度R1—入土时弯曲半径R2—出土时弯曲半径
　　计算公式：α1=2arctgα2=2arctgL1=L1=
　　5.2成孔质量的控制
　　重力流排水管成孔的主要特征是有一定坡度的直线段、较小的误差以及不设曲线段，这是与其它管线的根本不同，也是施工难点所在。为了达到这一要求，主要采取了以下措施：一是开挖相当的入出土工作井，以设计坡度或较小的入出土角度控制出入土点；二是在无法做到图1所示的工作坑时，必须对出入口附近的少量管段进行二次排管并接顺至检查井，确保有效段管线的顺直及一定的坡度。
　　5.3沉降预防
　　施工中遇到的另一个问题是防沉降。由于回扩头的质量、大小不同，加之不良土质的影响，在水管的外边产生间隙是必然的，这种间隙在管径较大、埋深较浅的管段容易发生沉降，主要需要防止、控制的地方是穿越主要道路下的管段。在拉管施工中，2m以下的较小管段基本上没有出现明显的下降，较浅的局部地方在一至两月以后有轻微下沉。为了杜绝在穿越道路时有下沉情况的发生，工程中主要采取的措施有：一是分多次完成扩管，这样可以尽可能消除土体受挠动后的变形；二是选择适于管径的刀头，尽量减小空隙；三是采取补救措施，对确定必须杜绝但有可能发生下沉的管段随管注浆。在这样的管段回拖管材时，外侧附带25～30mm的塑料注浆管，在完成拉管后封堵好井端管外缝隙，用注浆机注满水泥浆。这一措施对于短距离的管段简单可行，可有效杜绝路面下沉问题。
　　6结束语
　　非开挖拉管技术作为一种新型的地下管线建设方法，不开挖地面；不破坏地面建筑物；不影响交通；施工不受气候和环境的影响；不影响管道的段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。本文通过在某市的城市污水管道综合治理项目中成功应用非开挖拉管技术，最大限度减少对城市环境污染和道路的堵塞，并取得了良好的经济、社会效益。

《浅谈排水工程的非开挖拉管施工及质量控制》

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