牽引管施工及常見(jiàn)問(wèn)題的預(yù)防與處理

張曉鵬，王 雷

（1.山東水務(wù)眾興建設(shè)發(fā)展有限公司，山東 濟(jì)南 250014；2.山東水利工程總公司，山東 濟(jì)南 250014）

某市城市污水管網(wǎng)、泵站及城市防汛應(yīng)急治理工程采用BT模式由山東水務(wù)眾興建設(shè)發(fā)展有限公司負(fù)責(zé)融資投資建設(shè)，工程內(nèi)容包括75 km的污水管網(wǎng)、2座污水提升泵站及城市防汛應(yīng)急工程等，工程總投資1.3億元，其中建安投資7 500萬(wàn)元。本項(xiàng)目污水管網(wǎng)鋪設(shè)采用了直埋式、頂管法和牽引管法施工，基本綜合了市政管網(wǎng)施工常見(jiàn)的施工方法。本文主要介紹牽引管法施工方法及常見(jiàn)問(wèn)題的預(yù)防與處理。本工程中牽引管采用PE管接頭熔接形式，管徑D400～600 mm，總長(zhǎng)度5.8 km。由于該處地下水位較高，管線軸線位于道路兩側(cè)的綠化帶內(nèi)且地面已附著各種樹(shù)木，采用此法可不用降排地下水和破壞地面附著物，能充分體現(xiàn)其優(yōu)越性；其次該處設(shè)計(jì)管徑為D600PE管，是本工程牽引管施工中管徑最大的，具有代表性；第三此處地質(zhì)情況比較簡(jiǎn)單，主要是粉質(zhì)黏土，適合牽引管法施工，所以選用此段進(jìn)行施工。

1 牽引管法施工原理

牽引管法也稱水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法，適用于地面有障礙物、地下有管線不宜開(kāi)挖等情況，其施工原理是：依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和地勘報(bào)告，計(jì)算符合設(shè)計(jì)要求并能滿足設(shè)備運(yùn)行的鉆孔軸線，必要時(shí)也可在管線軸線上設(shè)置工作坑，用裝有特制鉆頭的鉆桿直接從地面或從工作坑鉆入，地面儀器接收安裝在鉆頭內(nèi)的傳感器探尋到的信息，通過(guò)操作平臺(tái)上的儀器控制鉆頭按照預(yù)先指定的方向繞過(guò)地下障礙物直達(dá)目的地，然后卸下特制鉆頭換上回程擴(kuò)孔鉆頭，使其能在回拖鉆桿的同時(shí)將鉆孔擴(kuò)大至設(shè)計(jì)直徑，并將鋪設(shè)的管線回拖至鉆孔入口處完成整個(gè)管道的鋪設(shè)工作。

2 施工過(guò)程

1）準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備階段工作非常重要，必須高度重視。如準(zhǔn)備不充分，很容易埋下質(zhì)量和安全隱患。因此，施工前一定要摸清施工范圍內(nèi)是否有電纜、煤氣及熱力管道等市政管線，減少施工過(guò)程中質(zhì)量和安全事故的發(fā)生，確保施工順利進(jìn)行。

2）管線軸線放樣。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)擬施工管道進(jìn)行軸線放樣，并根據(jù)地勘報(bào)告，確定一次牽引管道長(zhǎng)度，并計(jì)算牽引法施工中的兩個(gè)重要軌跡參數(shù)——導(dǎo)向段L（或稱曲線段）距離和鉆桿入射角α。參照《水平定向鉆進(jìn)管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)范（試行）》及類似工程施工經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式，本段牽引管軌跡參數(shù)計(jì)算如下：

（1）導(dǎo)向段距離L：

L＝[h×(2R-h)]0.5＝9.96 m，本段工程導(dǎo)向段取 10 m。

式中：h為管道埋深，本段地面平均標(biāo)高51.5 m，管道埋深4 m；R為導(dǎo)向段曲率半徑，取決于鉆桿的彎曲強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不小于1 200 d。

（2）鉆桿入射角 α：

通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的觀察和施工質(zhì)量的檢查，上述參數(shù)基本能滿足施工要求。

3）導(dǎo)向孔。導(dǎo)向孔施工質(zhì)量的好壞直接影響到管線的質(zhì)量，必須對(duì)其質(zhì)量嚴(yán)格控制。導(dǎo)向孔采用特制的楔形鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過(guò)程中向孔內(nèi)不間斷地注入預(yù)先配制的泥漿 （膨潤(rùn)土或黏土和水根據(jù)地層情況配制，泥漿具有護(hù)壁、潤(rùn)滑等作用），鉆壓通過(guò)操作平臺(tái)上的液壓系統(tǒng)在鉆桿尾部施加。

4）擴(kuò)孔。導(dǎo)向孔施工完畢后，將鉆頭卸下，根據(jù)地質(zhì)地層情況，換上比導(dǎo)向孔直徑大1.2~1.5倍擴(kuò)孔鉆頭，然后將鉆頭旋轉(zhuǎn)回拖，達(dá)到擴(kuò)孔的目的。若一次擴(kuò)孔未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可重復(fù)上述過(guò)程。

5）回拖PE管。鉆孔完成后，將預(yù)先熔接好的PE管材制作成需要的長(zhǎng)度，將管道的一端與鉆頭相連，將其拖入施工完畢的孔洞中，啟動(dòng)設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行回拖，直至孔洞的起始位置，即完成了埋管工序。

6）閉水試驗(yàn)。管道施工完畢后按照規(guī)范要求進(jìn)行閉水試驗(yàn)，檢查管道的密閉性，對(duì)閉水試驗(yàn)合格的管道進(jìn)行外部注漿填充。

7）施工設(shè)備。本工程采用配有導(dǎo)向控制儀的國(guó)產(chǎn)DDW-350型鉆機(jī)，輔助設(shè)備有泥漿攪拌機(jī)和注漿泵，可快速制備和注入鉆進(jìn)過(guò)程中所需的各種比重泥漿。該套設(shè)備具有運(yùn)行穩(wěn)定、施工質(zhì)量可靠、施工速度快、造價(jià)低廉、占用場(chǎng)地少、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。

3 施工過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的預(yù)防與處理

3.1 軌跡設(shè)計(jì)

軌跡設(shè)計(jì)是牽引管法施工過(guò)程中必須重點(diǎn)控制的工序，合理設(shè)計(jì)軌跡對(duì)保證施工質(zhì)量、降低難度、加快進(jìn)度和提高工程效益起著決定性的作用。如果為了縮短鉆進(jìn)距離和降低施工難度，可以均將導(dǎo)向段、出土段設(shè)計(jì)為曲線段，但實(shí)際情況不允許將導(dǎo)向段或者出土段做成曲線段，可以在導(dǎo)向段起始處做一深度與擬鋪設(shè)管道底部標(biāo)高相當(dāng)?shù)墓ぷ骺?，將設(shè)備置于坑內(nèi)直接水平牽引管道。這種方式雖然解決了上述問(wèn)題，但帶來(lái)的問(wèn)題是設(shè)備需要起吊在坑內(nèi)作業(yè)，地下水位高時(shí)還需要降排地下水，需要特別注意的是如果地層地質(zhì)情況較差，工作坑要進(jìn)行邊坡支護(hù)處理，以保證施工過(guò)程中人員和設(shè)備的安全。

3.2 減少回拖管線阻力

回拖管線過(guò)程中阻力來(lái)自三個(gè)方面：1）管道在孔內(nèi)的摩擦力；2）PE管為軟管，在回拖過(guò)程中尤其在導(dǎo)向孔段管道易產(chǎn)生彈性變形，對(duì)孔壁產(chǎn)生一個(gè)附加的阻力；3）回拖過(guò)程中堆積在管道端部泥渣產(chǎn)生的阻力，而且這種阻力隨著回拖管道長(zhǎng)度的增大而增加。為解決這個(gè)問(wèn)題，可采取如下措施：1）用一個(gè)比鋪設(shè)管道直徑略小的排渣管將孔內(nèi)的沉渣清理一遍，可以降低回拖阻力；2）如果在黏土地層鉆孔，孔內(nèi)泥漿比重必然會(huì)很大，回拖阻力也就大，此時(shí)可采用開(kāi)口托管，降低回拖阻力，鋪設(shè)完畢再用水沖洗管道。

3.3 鉆孔時(shí)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象

卡鉆是施工中比較常見(jiàn)的孔內(nèi)事故，孔壁泥皮過(guò)厚、孔內(nèi)泥漿比重過(guò)大、地層地質(zhì)情況突變等因素都可以導(dǎo)致卡鉆事故的發(fā)生。此類事故多以預(yù)防為主，主要措施有：1）保持泥漿性能良好、均勻、穩(wěn)定，孔壁泥皮要薄而致密；2）必要時(shí)加入潤(rùn)滑劑，提高泥漿和泥皮的潤(rùn)滑性，降低摩擦系數(shù)；3）控制泥漿比重，清除泥漿中如沙等有害物質(zhì)，依據(jù)類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，泥漿含沙量不宜超過(guò)0.5%。

3.4 鉆頭脫落和鉆桿折斷問(wèn)題

鉆頭脫落和鉆桿折斷是施工過(guò)程中常見(jiàn)的孔內(nèi)事故，多為孔內(nèi)地質(zhì)情況復(fù)雜、回轉(zhuǎn)阻力大以及人員操作不當(dāng)?shù)榷喾N原因引起。出現(xiàn)如下情況可斷定鉆頭脫落和鉆桿折斷：1）鉆進(jìn)時(shí)扭力或回拖力突然降低；2）泵壓明顯下降；3）探測(cè)儀器接收信號(hào)無(wú)明顯變化或信號(hào)消失。解決此類問(wèn)題以預(yù)防為主，施工作業(yè)時(shí)則可減少此類事故的發(fā)生，可采取的預(yù)防措施有：1）孔內(nèi)泥漿比重要根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整，避免比重過(guò)大，減少鉆進(jìn)阻力；2）鉆桿加桿時(shí)及時(shí)檢查鉆具磨損彎曲情況，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換；3）施工時(shí)要掌握操作要領(lǐng)，鉆進(jìn)及擴(kuò)孔時(shí)扭力或回拖力要保持適中，隨著鉆孔深度及地層變化及時(shí)調(diào)整；4）鉆具和其后部的鉆桿宜采用剛性連接方式，以便鉆具損壞后能順利退出孔外。

本項(xiàng)目至工程結(jié)束時(shí)，未發(fā)生一起卡鉆、鉆頭脫落和鉆桿折斷等施工事故，看似有些“運(yùn)氣”，但總結(jié)得之，施工前的縝密準(zhǔn)備和施工過(guò)程中的精心管理以及采取的“預(yù)防為主，控防結(jié)合”的控制措施起到了非常重要的作用。如在施工區(qū)域內(nèi)鉆進(jìn)、回拖時(shí)對(duì)有可能產(chǎn)生類似情況的地層預(yù)先采取控制進(jìn)尺速度、加強(qiáng)觀察泵壓變化、記錄分析施工數(shù)據(jù)、根據(jù)泥漿比重及泥漿中攜帶出孔的沉渣判斷地質(zhì)變化情況并主動(dòng)調(diào)整泥漿性能等技術(shù)措施；為有效避免因人員操作不當(dāng)造成上述施工事故，采取崗前培訓(xùn)、班前設(shè)備狀況檢查及建立交接班管理制度等組織管理措施都為降低事故發(fā)生起到了關(guān)鍵性的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文是根據(jù)該工程施工過(guò)程中取得的施工經(jīng)驗(yàn)完成的，因項(xiàng)目工期緊，時(shí)間倉(cāng)促，沒(méi)有對(duì)具體地層適合何種配比的泥漿比重以及對(duì)施工質(zhì)量和施工安全比較有利、何種地層該用何種鉆壓、何種轉(zhuǎn)速對(duì)鉆進(jìn)或回拖管道比較有利等進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，略顯不足，需在以后工作中不斷的完善，以便更好地發(fā)揮該技術(shù)在城市管網(wǎng)建設(shè)中的優(yōu)越性。