PE管穿越高速公路的拉管施工

（臨沂市蘭山區(qū)水利勘測設(shè)計(jì)院，山東蘭山276001）

PE管穿越高速公路的拉管施工

臧德宣

（臨沂市蘭山區(qū)水利勘測設(shè)計(jì)院，山東蘭山276001）

臨沂蘭山區(qū)30萬t供水工程的供水管網(wǎng)建設(shè)過程中，部分PE管道首次采用拉管的施工方法穿越高速公路，文中對施工過程中的工藝措施進(jìn)行了詳細(xì)介紹，經(jīng)檢驗(yàn)證明，施工穿越質(zhì)量較好，取得了很好的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。

PE管；拉管施工；穿越；高速公路

近年來，PE管由于具有接口穩(wěn)定可靠、材料抗沖擊、抗開裂、耐老化、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)被越來越多的用做供水管線，臨沂蘭山區(qū)30萬t部分PE供水管網(wǎng)建設(shè)過程中首次采用拉管的施工方法穿越高速公路。

1 工程概況

蘭山區(qū)隸屬于山東省臨沂市，地處淮河流域，為充分利用區(qū)內(nèi)水資源，徹底解決部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲水安全問題，蘭山區(qū)自15年開始城鄉(xiāng)供水管網(wǎng)一體化建設(shè)二期工程，此次供水管網(wǎng)建設(shè)中部分使用管徑D600的PE管這種新型供水管線，在穿越棗臨高速公路時(shí)采用拉管施工方法，為確保高速公路通行安全，管道穿越深度6m，經(jīng)地質(zhì)勘查資料得知，穿越層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土，干強(qiáng)度及韌性低，需要在拉管完成后進(jìn)行注漿加固處理。

2 拉管拉力計(jì)算

2.1 摩阻力

管件在拉進(jìn)過程鉆孔以及管件進(jìn)洞時(shí)與入口處地面必然發(fā)生摩擦產(chǎn)生阻力，計(jì)算方法：

式中：Fm——摩擦阻力，kN；f——泥漿摩擦系數(shù)，一般取0.2～0.6；LS——穿越管材直線段長度，m；W——管道單位長度內(nèi)受的壓力，kN/m；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，聚乙烯管取9.41～9.71kN/m3，尼龍管取10kN/m3；γ1——泥漿重度，kN/m3。

2.2 泥漿粘滯力

為了便于拉管在管材和孔壁之間注入泥漿，由于流動的泥漿有一定的粘滯性，對拉管產(chǎn)生粘滯力，計(jì)算方法：

式中：Fn——泥漿粘滯力，kN；L——穿越管材總長度，m；K——粘滯系數(shù)，一般取0.01～0.1kN/m2。

2.3 彎曲阻力

由于管件的入土段和出土段是成曲度角，管件通過這兩段區(qū)域時(shí)會額外增加拉管的阻力，稱之為“彎曲阻力”。計(jì)算公式[2]：

式中：Fc——彎曲阻力，kN；Lθ——彎曲段弧長。

2.4 擴(kuò)孔鉆頭迎面阻力

在采用非開挖工藝施工過程中孔鉆頭前面會產(chǎn)生一個迎面阻力，這個力的計(jì)算方法如下：

式中：Fy——擴(kuò)孔鉆頭迎面阻力；Dk——擴(kuò)孔鉆頭外徑，一般為管道外徑1.1～1.3倍；Ra——迎面土擠壓力，在護(hù)孔泥漿中粘性土為50～60kN/m2，砂性土為80～100kN/m2。

分析得出的最大非開挖拉管阻力計(jì)算模型：

導(dǎo)向軌跡見圖1，拖力計(jì)算示意圖見圖2。

圖2 拖力計(jì)算示意圖

3 設(shè)備確定

由于拉管水平長180m，總長226m，入土角和出土角均為18°，入土段和出土段長度均為23 m，管徑D600，管厚22.3mm，泥漿漏斗粘度18s，失水量14ml。由計(jì)算模型（6）算出：D600的FP= 96.40～308.65kN。因此采用最大拉力為320kN的ZT40型鉆機(jī)可滿足施工要求。

圖3 工藝流程圖

4 工程施工

施工工藝流程圖如圖3所示。

4.1 放線定位

施工前用水準(zhǔn)儀測量出高程，引出水準(zhǔn)點(diǎn)并用水泥樁固定，同時(shí)用經(jīng)緯儀等測量器具測量出拉管中心線，并用白灰標(biāo)識[1]，在中心線上每隔4 m設(shè)置一個木樁。

4.2 工作坑開挖

用挖掘機(jī)進(jìn)行工作坑的開挖，由拉管流水面的高程確定工作坑深度，為了便于擴(kuò)孔作業(yè)和坑內(nèi)干燥，在坑的側(cè)面設(shè)泥漿沉淀池,并在池底設(shè)泥漿泵隨時(shí)將多余泥漿抽出坑外。

4.3 鉆機(jī)就位

將鉆機(jī)就位位置平整夯實(shí)后，進(jìn)行耐壓力試驗(yàn)，結(jié)果顯示地質(zhì)較松軟，無法承擔(dān)鉆機(jī)的工作重量，同時(shí)考慮拉管距離較長，拉力比較大，決定在鉆機(jī)就位位置鋪設(shè)一層C15厚20cm的混凝土基礎(chǔ)，為防鉆機(jī)作業(yè)時(shí)重力過大導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降而發(fā)生鉆機(jī)傾斜事故，在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)留∮20鋼筋做為地錨，并將其與鉆機(jī)焊接牢固。

4.4 鉆液的配置

根據(jù)地質(zhì)勘探資料顯示，拉管地層為淤泥粉質(zhì)粘土。結(jié)合以往類似地層的施工經(jīng)驗(yàn)，確定鉆液配合比為：75%的水，20%的膨潤土，1%的轉(zhuǎn)液寶，考慮到燒堿能增加粘度和靜切力，能夠更好地改善泥漿性能，再加入2%膨潤土重量的燒堿。這樣配合比的泥漿具有良好的流動性和懸浮性，為回拖管件時(shí)提供較大的環(huán)狀空間，大大減少回拖阻力；同時(shí)也能將鉆屑更好地排出孔外，回?cái)U(kuò)成孔的效果更理想。

4.5 導(dǎo)向鉆進(jìn)

考慮到PE管件在孔內(nèi)拉動時(shí)受重力作用，會發(fā)生下沉的施工現(xiàn)象，因此在鉆機(jī)就位后，為抵消管道自重對拉管高程的影響，將鉆機(jī)的導(dǎo)向桿調(diào)整到稍高于管件中心設(shè)計(jì)高程的位置，水平鉆入土層內(nèi)。同時(shí)在導(dǎo)向鉆頭內(nèi)安裝發(fā)射器，操作人員按照接收器顯示的鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行鉆孔軌跡控制，及時(shí)進(jìn)行糾偏，確保按設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)。為便于觀測鉆向軌跡，可以在對管道中心線初步布點(diǎn)后加密布置控制點(diǎn)。

4.6 擴(kuò)孔及泥漿護(hù)壁

擴(kuò)孔分2次回?cái)U(kuò)，第一次擴(kuò)孔到管徑1.2倍,擴(kuò)孔的最終直徑宜采用管道外徑的1.5倍，這樣才能滿足拉管需求。由于回拉擴(kuò)孔鋪管長度達(dá)226 m，為避免中途泥漿供應(yīng)量不足導(dǎo)致塌孔的施工問題，而且淤泥粉質(zhì)土層的泥漿漏失量比較大，鉆孔中泥漿不足還會造成鉆孔和拖管的摩阻力增大，增加鉆孔和拖管的難度，因此在作業(yè)過程中使用1號和2號2個泥漿池通過鉆機(jī)泵送系統(tǒng)進(jìn)行泥漿的供應(yīng)，根據(jù)返漿情況判斷泥漿的供應(yīng)是否充足，同時(shí)將鉆孔中返出來的泥漿及時(shí)運(yùn)走，保持坑內(nèi)干燥和足夠的空間進(jìn)行作業(yè)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)人員取樣檢查泥漿的粘度18s，pH值在8～10之間，這樣的粘度有利于維護(hù)孔壁的穩(wěn)定，達(dá)到泥漿護(hù)壁的目的。

4.7 焊接

PE管使用電熔連接機(jī)進(jìn)行焊接，焊接前連接面保持干凈無異物，焊接時(shí)用支架將電熔連接部位進(jìn)行固定，連接完成且完全冷卻后才可移動管件。

4.8 拉管

管件焊縫完成經(jīng)無損檢查合格后就可進(jìn)行拉管施工，拉管前用封套將PE管的管頭進(jìn)行密封嚴(yán)密，將回?cái)U(kuò)頭安裝在管頭后端，利用分動器在管后進(jìn)行接管。當(dāng)管件回接到工作井后，將分動器、回?cái)U(kuò)頭、剩余鉆桿都取出，將堵頭堵死，用拉管機(jī)將管道牽引到鉆孔內(nèi)，牽引過程要平穩(wěn)緩慢，嚴(yán)禁生拉硬拽、用力過大破壞管件。

4.9 注漿加固

管道拉通后,采用孔內(nèi)注漿的方式進(jìn)行加固，防止地面發(fā)生沉降。拉管前將2根∮25的鋼管與PE管連接在一起，拉通PE管的同時(shí)將2根鋼管一并拉通，隨后將鋼管與PE管進(jìn)行分離，將2根長6 m的∮25注漿花管分別連接到2根鋼管前面。再將拉管機(jī)與鋼管相連后，利用拉管機(jī)回拽鋼管，每回拽6m，將鋼管換下?lián)Q成高壓泵，用不低于0.4 MPa的壓力注入水泥和粉煤灰比為1∶1的漿液，從而置換觸變泥漿來填充鉆孔內(nèi)PE管件外的空隙。如此反復(fù)進(jìn)行，直到2根∮25的鋼管完全被回拽出鉆孔內(nèi)，注漿完成。同時(shí)，在注漿加固中，要注意如下問題：

1）每次注漿長度不應(yīng)超過6m，注漿要連續(xù)不中斷，且每次注漿量要大于泥漿量；

2）為避免花管拖入地面時(shí)漿液流出，應(yīng)用堵頭將花管前端堵死；

3）造斜段采用注漿充填密實(shí)時(shí)選用水玻璃與水泥的混合液，其中水玻璃的摻入量為水泥用量的4%，水泥采用強(qiáng)度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5，使用0.3MPa注漿壓力注入[2]，注入率不得低于15%。

5 結(jié)語

PE管拉管穿越高速公路工程完成后，經(jīng)過2年的時(shí)間檢驗(yàn)證明，施工對公路保護(hù)較好，穿越質(zhì)量較高，出現(xiàn)的施工問題較少，完全符合工程預(yù)期，取得了很好的社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

［1］成雷.輸水管道水壓試驗(yàn)的技術(shù)總結(jié)［J］.水利建設(shè)與管理，2016，36（7）：27-30.

［2］張玉紅.復(fù)合土工膜在新西河水庫除險(xiǎn)加固中的應(yīng)用［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2012，18（6）：103-104.

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