南水北調(diào)輸水管道非開挖拉管施工技術(shù)

張 彬，熊 別

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，成都，610066)

南水北調(diào)主線通水后，其配套工程也在快速建設(shè)，工程以明渠、箱涵及各種管道形式將水輸送到沿線市、鎮(zhèn)水廠，施工中遇到穿越鐵路、公路、河道等數(shù)量較多，以往主要采取開挖明槽埋管方式進行，但這對環(huán)境污染嚴重，影響交通的正常通行，而非開挖拉管施工技術(shù)很好地解決了這一問題。本文主要介紹該拉管的施工原理、具體施工方法及其質(zhì)量安全措施。

1 工程概況

本標段為南水北調(diào)滄州配套工程水廠以上第一設(shè)計單元土建施工一標，負責交河支線、泊頭支線及滄州市管理處的土建施工。其中，交河鎮(zhèn)輸水管道工程自石津干渠設(shè)置的交河鎮(zhèn)分水口門引水至位于交河鎮(zhèn)城區(qū)西側(cè)的東辛閣水廠，管道全長3.718km，采用單排DN500球墨鑄鐵管(DIP)管道輸水。穿越泊富路(G338)段施工樁號為2+643.64m～2+869.41m，水平長度為255.77m，穿越段輸水管采用 PE100級、SDR17、DN500mmPE管，最大深度距地面7m。

2 拉管施工原理

拉管施工采用水平定向鉆水平導向鉆進，主要特點是，可根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的鋪管線路驅(qū)動裝有契形的鉆桿從地面鉆入，地面儀器接受由地下鉆頭內(nèi)傳送器發(fā)出的信息，控制鉆頭按照預(yù)定的方向繞過地下障礙物直達目的地;然后，卸下鉆頭換裝適當尺寸和特殊類型的回程擴大器，使之能夠在拉回鉆桿的同時將鉆孔擴大至所需直徑，并將需要鋪裝的管線同時返程牽回鉆孔入口處。在整個工作中，混合機組提供的鉆孔混合液不斷地從鉆頭的鉆口嘴噴出，用以潤滑鉆頭、鉆桿和鉆道，以提高整個工程的工作效率。

拉管施工場地布置在泊富路南側(cè)，施工用電采用75kW柴油發(fā)電機，施工用水抽取五號干溝水，對外交通運輸可由施工道路至泊富路。拉管施工平面布置見圖1。

圖1 施工平面布置

3 拉管施工方法

拉管施工工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程

3.1 現(xiàn)場勘察

首先應(yīng)查明拉管施工區(qū)域的地下分布情況，根據(jù)圖紙和現(xiàn)場情況核實其位置、深度等，并采用測量儀器勘查和檢測待穿越拉管的深度，做好設(shè)計保證，對有可疑地方或關(guān)鍵之處，可挖槽進行進一步的確認。

3.2 測量放線

測量主要內(nèi)容是測量鉆孔中心線和對應(yīng)地面各點標高，每6m做一次測探記錄。首先在入射端設(shè)一基準點，在鉆孔中心線上每6m設(shè)置一個標記，標高突變之處增設(shè)一個標記，并在每個標記上標明該點的標高和基點的距離。導向孔施工前，應(yīng)對導向儀進行標定或復(fù)驗，以保證探頭深度。

3.3 設(shè)備安裝

本工程輸水管道管徑為500mm，施工設(shè)備選用FDP28T型水平定向鉆機，該設(shè)備為履帶自行式鉆機。設(shè)備安裝前，首先對場地進行平整，然后將設(shè)備開至入射點，準確調(diào)整鉆機的位置和角度，保證入射點位置準確。

3.4 導向孔鉆進

導向孔鉆進是本工程的關(guān)鍵。施工中嚴格按照設(shè)計曲線和操作規(guī)程進行導向孔鉆進，并用探測器隨時探測鉆頭的位置，根據(jù)現(xiàn)場情況隨時調(diào)整，保證導向孔符合設(shè)計曲線。鉆孔段要盡量保證平直，平均每6m測量一次深度，隨時監(jiān)視鉆頭傾角和左右偏差。導向鉆頭傾角控制在±2%之間，上下左右偏差控制在20cm以內(nèi)。同時，根據(jù)鉆進行程及不同的鉆進地層情況，確定泥漿鉆進的沖洗液。

3.5 線形控制

在施工過程中，及時測量拉管機及管節(jié)的位置，以把握偏離設(shè)計中心線的程度，測量項目包括拉管機的位置、傾角、偏轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)角、千斤頂?shù)男谐毯凸芄?jié)的位置等?；谏鲜鰷y量的結(jié)果，作圖畫出拉管機及管節(jié)與設(shè)計中心線的位置關(guān)系，預(yù)測下一節(jié)拉管中心線偏差，以便提前采取糾偏措施。

方向控制應(yīng)遵循以下原則:(1)發(fā)現(xiàn)偏差趨勢，及時糾偏;(2)糾偏采用漸進方式，使拉進的管節(jié)逐漸復(fù)位;(3)只有在刀盤旋轉(zhuǎn)的情況下方可進行糾偏操作;(4)糾偏過程中加大測量頻率。

3.6 擴孔護壁

導向鉆孔由工作井鉆入接收井后，卸下導向鉆頭，換上φ300mm回擴頭進行回拉第一次擴孔，第一次回擴結(jié)束后換上φ400mm回擴頭進行回拉第二次擴孔，第二次回擴結(jié)束后換上φ500mm，第三次回擴結(jié)束后換上φ600mm回擴頭，第四次回擴結(jié)束后換上φ700mm回擴頭，DN500管擴到φ700mm，達到管道一側(cè)不小于10cm滿足要求。在最后一次擴孔時，用膨潤土20%，轉(zhuǎn)液寶1%，水75%在泥漿攪拌機內(nèi)攪拌成糊狀，用高壓注漿機一并注入，形成泥漿套。

3.7 拉管

在最后一次擴孔的同時，安排人員同步作業(yè)，連接漲緊式拉管頭、U型卡子、拉管盤、分動器、擴孔鉆頭和鉆桿，以此將鉆桿與被拉管連接。然后啟動鉆機回轉(zhuǎn)拉管，由此分動器配套，隔離了鉆桿的回轉(zhuǎn)運動。

管道焊接采用專用PE管熱熔焊接機，將每12m一根管道焊接成要求長度。為了保證焊接質(zhì)量，焊接時4MPa壓力保持時間在20min以上。在擴完孔后，采用拉管接頭將鉆桿與被拉管連接，然后啟動鉆機拉管。

在管道尚未入孔，僅在地表被拖行時，觀看鉆機儀表顯示的回拉力是否正常和穩(wěn)定。在管道入孔后，回拉力會緩慢上升，如回拉力突然上升，應(yīng)采取加大泵量，加大化學泥漿降阻等技術(shù)措施，保證回拉力維持在10t以內(nèi)，直至拉管完畢。

3.8 鉆進運行記錄

在施工過程中，由專職人員做鉆進運行記錄，以便及時進行鉆進。運行記錄見表1。

表1 鉆進運行記錄

4 管道試壓

4.1 試驗前準備工作

4.1.1 加壓設(shè)備選用VMP50×16水泵，壓力計選用0.4級壓力表，表盤直徑150mm，最大量程1.6MPa，表盤刻度至0.01MPa，可估讀至0.001MPa，管道兩端各設(shè)一個壓力表。

4.1.2 堵板選擇。利用同管徑長度0.5m的鋼管，一段利用橡膠圈與鑄鐵管連接，另一段利用18mm鋼板與之焊接鋼管頂端加設(shè)排氣閥門、壓力表、及注水管道。

4.1.3 后背設(shè)計。后背設(shè)在原狀土及人工后背土上，土質(zhì)松軟時采取加固措施，即利用150mm×150mm方木滿排，后背墻面平整并與管道軸線垂直。后背采用50mm×100mm槽鋼焊接成骨架，成四棱臺型，后端與方木緊連，前段利用四臺5t的千斤頂與堵板連接。

4.1.4 水源進水設(shè)計。水源采用泊頭市水廠飲用水，交河鎮(zhèn)地下無污染水。利用水泵自進水口進行注水，管道注水時打開排氣閥門，使管道內(nèi)的氣體自然排出。注水過程中，注意觀察排氣閥門有水溢出方可關(guān)閉閥門。

4.2 水壓試驗

4.2.1 注水完成充分濕潤24h后，用加壓泵向管內(nèi)注水加壓，逐步緩慢分級升壓(每級0.2MPa)，每升一級后穩(wěn)壓不少于15min，檢查管道有無滲漏處，管件有無損壞現(xiàn)象，情況正常時方可繼續(xù)升壓。升壓至設(shè)計壓力后，保持恒壓30min，進行管道、管件、外觀檢查，若無漏水現(xiàn)象即為合格。

4.2.2 管道升壓時，若壓力表針擺動不穩(wěn)，且升壓較慢時，應(yīng)重新排氣后再升壓。

4.2.3 水壓試驗經(jīng)檢查后背、支墩、管身、接口無異?，F(xiàn)象時，再繼續(xù)升壓。

4.2.4 水壓試驗完成后，立即排水解除管道內(nèi)壓力，填寫試驗記錄，經(jīng)有關(guān)人員簽字后歸檔，再拆除后背和試壓短管，封閉管線。管道排水結(jié)束，封堵管道后，按要求將未覆土部分回填好。水壓試驗記錄見表2。

表2 給水管道水壓試驗記錄

?

5 質(zhì)量安全措施

5.1 根據(jù)圖紙要求、設(shè)備機具的性能、被穿越障礙的距離、管線埋設(shè)深度等情況，擬采用入土角為13°，出土角為8°～10。

5.2 拉管通道形成的同時，應(yīng)及時對施工的區(qū)域進行灌漿，防止地面沉降。使用泥漿池，需周圍設(shè)置護欄，夜間設(shè)標識。

5.3 熱熔對接時對接端應(yīng)切割垂直，對應(yīng)連接件應(yīng)在同一軸線上，對接后應(yīng)形成均勻凸緣。

5.4 焊接完畢后，檢查觀測孔內(nèi)物料是否頂起，焊縫處是否有物料擠出。合格的焊口應(yīng)是在熔焊過程中，無冒(著)火、過早停機等現(xiàn)象，電熔件的觀察孔有物料頂出。

5.5 防觸電報警系統(tǒng)。一旦地下鉆頭觸及電纜等帶電體后，鉆機發(fā)出觸電報警，此時操作手必須坐在座椅上不得離開，以免觸電。報警解除后，操作人員方可離開鉆機。

6 結(jié)語

輸水管道在穿越道路施工中，采取了上述拉管法的施工技術(shù)措施，可有效減小對環(huán)境、道路交通的有害影響，保證道路的安全與使用功能，提高了功效，保障了施工質(zhì)量，在類似工程中可借鑒應(yīng)用。