非開挖水平定向鉆機拉管相關(guān)施工技術(shù)探討

非開挖水平定向鉆機拉管相關(guān)施工技術(shù)探討

李世民1陳學軍2唐偉1

(1.徐州市國家南水北調(diào)工程建設(shè)領(lǐng)導小組辦公室，江蘇 徐州221000；

2.徐州市水利建筑設(shè)計研究院，江蘇 徐州221000)

【摘要】非開挖技術(shù)施工對減少和控制河道、堤防、道路等管線重復開挖，改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境、加快施工速度、節(jié)約工程投資、加快水利發(fā)展具有重要意義。本文結(jié)合南水北調(diào)豐縣沛縣尾水資源化利用及導流工程——大沙河拉管工程，探討非開挖水平定向鉆施工技術(shù)及其應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】定向鉆機；拉管技術(shù)；管線回拖

中圖分類號：TV554

Discussion on related construction technology of trenchless horizontal

directional drill tubing

LI Shimin1, CHEN Xuejun2, TANG Wei1

(1.XuzhouNationalSouth-to-northWaterDiversionProjectConstructionLeadingGroupOffice,Xuzhou221000,China;

2.XuzhouWaterConservancyConstructionDesignandResearchInstitute,Xuzhou221000,China)

Abstract:Trenchless technology construction has important significance for reducing and controlling repeated excavation on river channel, embankment, road and other pipelines, improving site working environment, accelerating construction speed, saving project investment, and accelerating the development of water conservancy. In the paper, trenchless horizontal directional drill construction technology and its application prospect are discussed combining with South-to-North water diversion Fengxian County and Peixian County tail water resources utilization and diversion project—Dasha River Tubing Project.

Key words: directional drill; tubing technology; pipeline back dragging

南水北調(diào)豐縣沛縣尾水資源化利用及導流工程大沙河拉管工程，位于沛縣境內(nèi)樁號P9+000處，根據(jù)工程設(shè)計，資源化利用工程需要穿越大沙河，大沙河灘面高程35.50m，河底高程30.78m，河底寬40m，坡比為1∶4，設(shè)計管道直徑為500mm，管道中心高程25.53m。由于該段河道斷面較大，如采用大開挖埋管施工，堤防拆填、降排水、圍堰填筑工作量較大，投資較高，開挖占地多，拆遷難度大，因此，經(jīng)過綜合經(jīng)濟對比分析，采用非開挖水平定向鉆、引施工技術(shù)。

1施工技術(shù)準備

1.1施工準備

a.組織進行技術(shù)交底。工程開工前，業(yè)主組織技術(shù)人員進行圖紙會審，參加業(yè)主組織的設(shè)計技術(shù)交底。對所有參建職工進行QHSE教育及培訓，對全體員工進行技術(shù)交底。根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50268—2008)，焊工及補口人員通過監(jiān)理組織的考試合格后方準上崗。針對定向鉆穿越工程施工特點，做好各項準備工作，并按監(jiān)理批準的施工組織設(shè)計組織施工。

b.籌備工程使用設(shè)備。工程開工前，對該工程所需的機械設(shè)備進行維護、保養(yǎng)、購置，有計劃地運抵施工現(xiàn)場。

c.核對進場所用材料。熟悉穿越施工圖和穿越河流的地質(zhì)資料。按圖紙要求，核對工程需用的各種材料，對號準確率達到100%后，將工程所用材料運至施工現(xiàn)場。

d.勘察穿越處障礙物。開工前，采取調(diào)研、走訪、調(diào)查、探測等手段，詳細了解穿越處地下障礙物分布情況，制定相應(yīng)措施方案，施工中注意避讓地下障礙物，以免破壞地下障礙物。

1.2測量放線

施工項目部技術(shù)人員，依據(jù)穿越施工平面圖、設(shè)計控制樁、標樁高程，采用全站儀對實地穿越工程進行測量放線。 測定管道穿越的入土點、出土點，根據(jù)入土點鉆機設(shè)備平面布置圖，劃出占地邊界線及出土點回拖管線焊接所需作業(yè)帶的占地邊線，并在邊線撒灰標注。當需要穿越地下障礙物或其他隱蔽工程時，在穿越范圍兩端做出明顯標志。測量放線完成后填寫測量放線記錄表及測量成果表。在放線過程中，當發(fā)現(xiàn)需要調(diào)整穿越位置時應(yīng)及時向業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計匯報。

1.3布管工序流程

按照“準備工作→布管作業(yè)→布管順序檢驗→填寫布管檢查記錄→下道工序→布管準備”等工作流程，進行布管施工作業(yè)。

為保證安全和保護管口，當采用管端形式吊管時，要采用專用吊杠和尾釣，以保證鋼絲繩與管子夾角大于30°。

2定向鉆穿越工程阻力計算

該工程采用定向鉆工藝施工，具有埋深滿足設(shè)計要求、施工工期短、質(zhì)量好等優(yōu)點。定向鉆穿越河流方案成功與否的關(guān)鍵在于鉆導向孔方向、擴孔尺寸、回拖管道路經(jīng)等的正確性、合理性。

2.1穿越主管道主要參數(shù)

穿越主管道主要參數(shù)見下表。

大沙河拉管工程相關(guān)參數(shù)

2.2拉管摩擦阻力

拉管摩擦阻力計算公式為

式中Fm——摩擦阻力,kN；

f——泥漿摩擦系數(shù)，一般為0.2～0.6；

Ls——穿越管材直線段長度,m；

W——管道單位長度內(nèi)所受壓力,kN/m2;

D——穿越管材的管道外徑，m；

d——穿越管材的管道內(nèi)徑，m；

δ——穿越管材的管道壁厚，m；

γs——管道材料重度，該工程為鋼管，取77kN/m3；

γ1——泥漿重度，該工程取12kN/m3。

經(jīng)計算，F(xiàn)m=22.39~67.17kN。

2.3泥漿黏滯力

泥漿黏滯力計算公式為

式中Fn——泥漿黏滯力,kN；

D——穿越管材的管道外徑,m；

L——穿越管材總長度,m；

K——黏滯系數(shù)，一般為0.01～0.1kN/m2，該工程埋深較淺，取0.03。

經(jīng)計算，F(xiàn)n=12.84kN。

2.4彎曲阻力

彎曲阻力計算公式為

式中Fc——彎曲阻力,kN；

Lθ——彎曲段弧長；

其余符號意義同前。

經(jīng)計算，入土段Fc入=29.03~91.60kN；出土段Fc出=30.64~98.16kN。

2.5擴孔鉆頭迎面阻力

擴孔鉆頭迎面阻力計算公式為

式中Fy—— 擴孔鉆頭迎面阻力；

Dk——擴孔鉆頭外徑，該工程為0.6m；

Ra——迎面土擠壓力，kN/m2，在護孔泥漿中，黏性土為50~60kN/m2，砂性土為80～100kN/m，該工程取60kN/m2。

經(jīng)計算，F(xiàn)y=16.96kN。

根據(jù)上述計算得

綜合計算分析，得出最大非開挖拉管阻力為286.67kN，未超出鉆機實際最大拉管阻力范圍。

3定向鉆進施工

3.1測量放線

用全站儀重新復核設(shè)計控制樁及穿越中心線。穿越入土側(cè)鉆機場地占地面積40m×30m(不包括泥漿池)；穿越出土側(cè)預擴孔作業(yè)場地30m×30m(不包括泥漿池)。出入鉆點全部硬化。

3.2場地修筑

對出、入土場地進行排水、平整和壓實。在穿越入土、出土側(cè)各修建一個長30m、寬20m、深2m的挖泥漿池。然后，按照長5m、寬7m、深2.10m規(guī)格挖鉆機地錨坑，底部加500mm碎石墊層夯實。

3.3設(shè)備組裝調(diào)試

將鉆機主機就位，并與地錨箱連接好，同時，就位鉆機配套的動力源、泥漿系統(tǒng)、控向室、鉆桿、輔助動力源、工具房等；連接好各種液壓管線、泥漿管線及控制電纜等；全部組裝完畢，經(jīng)仔細檢查確認后，設(shè)備進行試運轉(zhuǎn)，調(diào)試鉆機系統(tǒng)，認真觀察各表盤指示及各操作手柄是否正常；調(diào)、?？叵蛳到y(tǒng)，將測量數(shù)據(jù)存儲在計算機內(nèi)；調(diào)試泥漿系統(tǒng)。

3.4鉆導向孔

鉆導向孔的鉆具組合為牙輪鉆頭+造斜短接鉆桿?？叵騼x表單元總承裝在鉆鋌內(nèi)并緊固；控制好每根鉆桿的斜度和深度值，每3m記錄一次導向數(shù)據(jù)，與設(shè)計曲線坐標對比，減小偏差；導向孔鉆進按照行業(yè)規(guī)范達到精度目標，導向孔曲線的上下偏差為±0.5m，橫向偏差為±3m，出土點沿設(shè)計曲線的縱向偏差為±3m；橫向偏差為±3m；導向孔鉆進過程中，必要時使用有線控向系統(tǒng)，鉆桿內(nèi)連接的信號線將鉆具的位置反饋到控向室便于控向員、司鉆手隨時掌握方向。

3.5擴孔

完成導向孔鉆進工作后，根據(jù)穿越管徑工程實際情況和水平定向鉆穿越施工技術(shù)要求進行分級預擴孔，DN500管線分φ400、φ500、φ600、φ700四級擴孔。

4管線回拖

4.1回拖前準備

穿越管段預制完成后，在管端焊上回拖頭，同時，沿管線中線挖發(fā)送溝或架設(shè)管道發(fā)送架。按設(shè)計和規(guī)范要求對管線檢漏，按規(guī)范規(guī)定的檢漏電壓檢漏，以不擊穿為合格，管線下溝、入土前及回拖過程中設(shè)專人仔細檢查處理(管線檢漏時，對每條焊接縫均進行超聲波檢查，對不合格部位及時進行補焊并防腐)。

為減小回拖力，保證鉆機的回拖，該工程回拖前采取管線下方墊膨潤土的措施，以減少摩擦力；當預制管線地段平坦時，采用發(fā)送溝方法回拖管段，發(fā)送溝內(nèi)不得有石塊、樹根和硬物。

管線和鉆具的連接：鉆桿+650擴孔器+旋轉(zhuǎn)接頭+U型環(huán)+成品管線。

4.2管線回拖

一切準備工作就緒后開始回拖，回拖時應(yīng)一氣呵成，中間不得停頓，直至成品管線在鉆機側(cè)出土為止(見下圖)。完成穿越后對設(shè)備進行清洗、調(diào)整，并撤離施工現(xiàn)場。

管線回拖圖

5結(jié)語

拉管施工技術(shù)的發(fā)展，為管道施工開辟了新的思路，尤其是穿越河床、道路等地下管道工程施工。但目前，拉管施工技術(shù)的許多方法、措施還處于實踐階段，要求一線工程技術(shù)人員不斷總結(jié)經(jīng)驗，將拉管施工技術(shù)逐步推向成熟。

全球環(huán)境基金(GEF)中國小水電增效擴容增值項目準備啟動會在杭召開

3月17—18日，全球環(huán)境基金(GEF)中國小水電增效擴容增值項目準備啟動會在國際小水電中心召開，聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織(UNIDO)可再生能源處處長迭戈·馬賽拉先生、水利部水電局付自龍?zhí)庨L和張學進副處長、國際專家古寧女士以及來自浙江省、安徽省水利廳相關(guān)領(lǐng)導專家和電站、企業(yè)代表出席。會議由國際小水電中心劉恒主任主持。

2014年10月由聯(lián)合國工發(fā)組織與水利部共同申報的“中國小水電增效擴容增值項目”概念書通過GEF理事會批準，該項目進入準備階段。本次項目準備啟動會的目的是討論部署項目準備階段的各項工作內(nèi)容、工作方法和具體計劃安排。

會上，馬賽拉先生首先介紹了全球環(huán)境基金的理念以及申報GEF項目情況，國際專家古寧女士具體介紹了GEF項目的要求、目標、項目活動、預期成果以及工作計劃。隨后，水利部付自龍?zhí)庨L和張學進副處長分別介紹了中國目前正在實施的農(nóng)村水電增效擴容改造和綠色小水電試評價等工作進展。會議中專家討論熱烈，就項目建議書的編制、項目準備的路線圖以及試點電站原則等進行了討論，制定了下一步工作計劃和路線圖。

3月19—20日，馬賽拉先生和古寧女士一行在浙江省水電管理中心等相關(guān)人員陪同下，赴浙江麗水實地參觀考察已改造的雅溪一級電站和未經(jīng)改造的雅溪二級電站，以及浙江第一座小水電站——太平電站。雅溪一級電站始建于20世紀70年代初，位于甌江水系干流小安溪支流上游，以發(fā)電為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖和電站減水河段環(huán)境生態(tài)用水等綜合利用功能。但由于投產(chǎn)年限已久，原機電設(shè)備技術(shù)落后，效率和自動化程度低，安全隱患較多，于2006年實施了報廢重建，2007年4月新機組并網(wǎng)發(fā)電。重建后總裝機容量由原來的4×1600千瓦增至4×1800千瓦。整個改造項目投資預算為1722萬元人民幣，其中70%來自于世行貸款。改造后除裝機容量增加800千瓦外，年均發(fā)電量由原來的1600萬度增長至2000萬度，電價提高，運行維護成本降低，機組自動化程度提高，運行安全穩(wěn)定，運行狀況良好，整個廠區(qū)環(huán)境也得到了改善，成為增效擴容改造的典范。

項目啟動會前的3月13日，馬賽拉先生和聯(lián)合國工發(fā)組織北京代表處項目官員馬健先生訪問了水利部，水電局劉仲民副局長、國科司吳濃娣處長等與其就項目準備啟動會和示范電站選擇等有關(guān)問題深入交換了意見，雙方希望通過今年的共同努力，為明年項目正式實施打下良好的基礎(chǔ)。

來自：國際小水電中心2015年4月22日

http://www.icshp.org/dispArticle.Asp?ID=1226