ZT-TG500型推管機(jī)在哈爾濱松花江定向鉆穿越中的應(yīng)用

魏華超，崔雁

(無錫市鉆通工程機(jī)械有限公司，江蘇 無錫 214161)

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為哈爾濱市松花江水源松北區(qū)供水工程—過江管線工程，安裝起點(diǎn)樁號(hào)0+143.40，終點(diǎn)2+941，包括三根直徑800 mm平行過江的鋼管，兩座起終點(diǎn)處的閥門井施工及閥門井內(nèi)的一根直徑1 600 mm鋼管供水管線的翻堤施工。本工程過江管道采用定向鉆穿越工藝，管道直徑800 mm，管道平行間距10 m，管道定向鉆穿越入土點(diǎn)設(shè)置在松花江北堤外100 m，出土點(diǎn)設(shè)置在一水源堤外100 m，管材選用L360材質(zhì)的鋼管，內(nèi)外均涂覆防腐層。該項(xiàng)目由中國水利水電第六工程局承包，山東勝利中通工程有限公司施工，于2017年5月8日開工，于2017年10月21日竣工，歷時(shí)將近半年的時(shí)間，施工期間投入諸多設(shè)備，完成穿越長(zhǎng)度3 000 m。由于地質(zhì)情況較復(fù)雜，多半為沙層和泥土層交叉，又由于沙層不易成孔，導(dǎo)向角度較難控制，中途克服種種困難，終于完成了單條管線穿越。

2 地質(zhì)概況

松花江北岸為河流侵蝕堆積地貌，屬松花江流域河谷一階地，由第四世紀(jì)沖擊作用形成，地層為：①層雜填土，人工堆積形成，雜色以建筑垃圾摻雜黏性土等組成，其結(jié)構(gòu)松散欠固結(jié)；②層粉質(zhì)黏土，沖積形成，黃色或黃褐色，上部為耕土地，包含植物根系及有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)松散；下面幾層為中沙層、細(xì)沙層、泥土層，混合交織而成。這類地層對(duì)定向鉆穿越施工有很大影響，擴(kuò)孔不易成圓孔，容易塌陷，細(xì)沙易于粘接在鉆具上，堵塞鉆具流道，造成潤(rùn)滑不良等現(xiàn)象。

3 ZT-TG500型推管機(jī)簡(jiǎn)介

3.1 設(shè)備選擇

根據(jù)工程穿越長(zhǎng)度及地質(zhì)情況，如使用常規(guī)非開挖鉆機(jī)施工，由于鉆機(jī)本身回拖力不足，當(dāng)鉆機(jī)回拖管線時(shí)，需要用夯管錘進(jìn)行夯擊振動(dòng)使管線松動(dòng)便于拉動(dòng)管線，這樣的施工方法對(duì)非開挖鉆機(jī)會(huì)造成很大的損壞。在鉆機(jī)回拖管線時(shí)，如果鉆機(jī)連接的鉆具與管線連接處出現(xiàn)故障，或者管線抱死無法實(shí)現(xiàn)回拖時(shí)，需要把拖入孔中的部分管線從其后端退出，常規(guī)施工方法是使用滑輪組通過外力拉動(dòng)，使管線退出，但是在退出時(shí)，滑輪組要經(jīng)常導(dǎo)鋼絲繩麻煩費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

因此，使用推管機(jī)在鉆機(jī)回拖管線時(shí)可以在后端助力協(xié)同鉆機(jī)拖動(dòng)管線，起到助力的作用；在鉆具與管線連接處出現(xiàn)故障，或者管線抱死無法實(shí)現(xiàn)回拖時(shí)使用推管機(jī)更加方便快捷。此外，推管機(jī)還可以與盾構(gòu)機(jī)共同連接使用，盾構(gòu)機(jī)邊開挖邊前進(jìn)，推管機(jī)在后端助力，使管線順利進(jìn)入孔中，完成管線的快捷鋪設(shè)。

3.2 ZT-TG500型推管機(jī)

ZT-TG500型推管機(jī)(圖1)構(gòu)造簡(jiǎn)單，主要由夾持器、機(jī)座、動(dòng)力站、操縱臺(tái)四部分組成。整機(jī)采用分體式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，便于擺放，無泥漿、無污染，功能齊全。它的工作原理主要是利用夾持器把管線抱緊，然后利用兩個(gè)推力油缸推動(dòng)夾持器體，帶動(dòng)管線前進(jìn)，操縱簡(jiǎn)單，可遠(yuǎn)程控制。

3.3 主要參數(shù)

ZT-TG500型推管機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 ZT-TG500型推管機(jī)技術(shù)參數(shù)表

圖1 ZT-TG500型推管機(jī)

4 推管機(jī)在定向鉆穿越中的應(yīng)用

4.1 工藝流程

定向鉆穿越的基本工藝流程是：先鉆導(dǎo)向孔，再擴(kuò)孔，然后清孔回拖管線。由于此次工程管線直徑較大，距離較長(zhǎng)，地層復(fù)雜，給定向鉆穿越帶來了很大困難，因此每個(gè)工藝過程都不可馬虎。最后回拖管線是非常關(guān)鍵的一步，穿越工程是否成功在此一舉。施工單位在回拖過程中遇到了極大的困難，挑戰(zhàn)了他們的耐心，考驗(yàn)了他們的意志，在關(guān)鍵的時(shí)刻，推管機(jī)起到了一臂之力的作用，幫助他們順利度過難關(guān)，使他們完成此次工程的穿越。

4.2 回拖初期

管線回拖初期，由于管線距離較長(zhǎng)，反彈力較大，回彈距離在3 m以上，在推拉手柄控制鉆機(jī)行走來回移動(dòng)多次也無法消除掉反彈距離，只好在回拉過程中增加3 m短鉆桿來消除反彈距離，進(jìn)行拆卸鉆桿，達(dá)到正常施工。還可以在鉆機(jī)前端增加防反彈裝置，也就是在鉆桿拉過夾持器后，使用兩半卡瓦機(jī)構(gòu)卡住快速回縮的鉆桿的大端部位，控制鉆桿回縮來達(dá)到抑制反彈的目的。

4.3 回拖中期

在管線回拖中期，出現(xiàn)了鉆桿斷掉的情況，無法繼續(xù)回拖。鉆桿斷裂的原因主要是：鉆桿使用時(shí)間長(zhǎng)，再加上這次的反彈力很大，鉆桿被反復(fù)拉伸，并且回轉(zhuǎn)扭矩很大，發(fā)生卡鉆時(shí)，頻繁出現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)切換，導(dǎo)致鉆桿疲勞破壞而斷裂。

鉆桿拉斷時(shí)需要制造打撈器，利用打撈器打撈鉆桿，待鉆機(jī)上的鉆具連接好打撈器后推入孔中開始打撈，經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的搜索，終于成功打撈。但是，由于打撈器的連接處強(qiáng)度不夠，不能使用過大的拉力繼續(xù)回拖管線，只能保持在一定的拉力下進(jìn)行回拖。如果拉力不能拖動(dòng)管線，只能在管線的尾部助力，原來的方法采用夯管錘進(jìn)行夯擊，但對(duì)于進(jìn)入孔內(nèi)管線較長(zhǎng)的情況，使用夯管錘夯擊作用有限，因此需要使用推管機(jī)助力。

推管機(jī)在使用之前，首先需要固定推管機(jī)底座，把底座放置在澆筑好的水泥平臺(tái)上，前后用預(yù)埋制在水泥里面的地錨管與底座通過鋼板連接。待底座固定穩(wěn)后，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，推動(dòng)夾持手柄，用夾持器把管線抱緊，然后用推拉手柄控制推力油缸，進(jìn)行推進(jìn)，此時(shí)應(yīng)注意觀察壓力表，防止壓力升高過快，并且控制速度，來實(shí)現(xiàn)與鉆機(jī)同步操作，讓推管機(jī)起到助推的作用。經(jīng)過幾次的推拉，管線逐漸松動(dòng)，鉆機(jī)在前面進(jìn)行牽引管線，推管機(jī)在后面進(jìn)行助推。經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的工作，斷掉的鉆桿被推出孔外。

4.4 回拖后期

在管線回拖后期，斷鉆桿事故處理好后不久，接下來的回拖過程中又出現(xiàn)新的問題，由于上次事故導(dǎo)致回拖停留時(shí)間過久，泥漿不能打入孔內(nèi)，也就是說入土點(diǎn)不返泥漿，孔內(nèi)潤(rùn)滑不良導(dǎo)致回拉力增加，鉆機(jī)回拖一段距離后，拉力持續(xù)上升，此時(shí)管線已經(jīng)進(jìn)入2 000多米，只好繼續(xù)回拖。管線所需要的回拖力達(dá)到鉆機(jī)的回拖能力極限后，無法拉動(dòng)管線前進(jìn)。這時(shí)，再次使用推管機(jī)助力，推管機(jī)夾緊管線后緩慢推動(dòng)，形成前面拉后面推的格局。推管機(jī)單次行程為3 m，拆卸一根鉆桿需要推動(dòng)四次，同時(shí)也消除了管線的反彈力，不用再接3 m鉆桿。在后面助力的情況下，鉆機(jī)回拉力降到了3 500 kN，推管機(jī)助力達(dá)到2 000 kN，才把管線拖動(dòng)。然而在這樣的情況下回拖力沒有再增加，同時(shí)在管線內(nèi)加入水進(jìn)行配重起到了很大的作用，減小管線與孔上壁的摩擦力。

經(jīng)過三天的施工，管線回拖成功。

在非開挖定向鉆穿越回拖管線時(shí)，一般遇到管線回拖不動(dòng)，主要先考慮用夯管錘進(jìn)行夯擊，夯動(dòng)管線前進(jìn)，由于本工程管線距離入孔較長(zhǎng)，夯管錘在長(zhǎng)距離夯擊起不到作用，長(zhǎng)時(shí)間的夯擊對(duì)于成型的孔也不好，容易把孔振塌，黏土抱住管子更加麻煩，而現(xiàn)在用推管機(jī)進(jìn)行助力非常的安全可靠，不會(huì)對(duì)管線造成任何損壞。因此，推管機(jī)在此次定向鉆穿越過程中起到了非常關(guān)鍵的作用，保證了工程的順利完成。

5 結(jié)語

此次定向鉆穿越遇到了諸多未能預(yù)料的困難，其中最大的困難是鉆桿斷掉以及鉆機(jī)實(shí)際回拖能力達(dá)不到管線所需的實(shí)際回拖力。如果沒有推管機(jī)的輔助力，該工程可能以失敗告終，然后重新導(dǎo)向清孔回拖，必然會(huì)增加巨大的成本。如果以后再有此類長(zhǎng)距離管線穿越，沒有足夠的鉆機(jī)能力，以及充分的準(zhǔn)備，都可能會(huì)造成工程的失敗。而我公司生產(chǎn)的推管機(jī)在這樣的大工程上起到了舉足輕重的作用，達(dá)到了承包方的竣工日期，確保了工程的順利完成。