污水管水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法牽引施工技術(shù)應(yīng)用研究

萬 明 棟

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

萬松東路延伸工程二期位于浙江省安市丁山圍墾區(qū)域內(nèi)，西起濱海大道、東至東海大道，全長約4.74 km，污水管道采用HDPE管，主干管管徑為500、600 mm，布置在回填路基以下，一般埋深3～4 m，采用水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法牽引施工，主要使用國產(chǎn)ZT-25牽引鉆機(jī)，月石(美國)導(dǎo)向儀，另外配備功率為45 kW的不停鉆射流循環(huán)泥漿攪拌系統(tǒng)、操縱臺全功能數(shù)字儀表顯示、獨(dú)立的液壓錨樁系統(tǒng)。介紹了其實(shí)施過程。

2 牽引施工

2.1 施工準(zhǔn)備

利用地下管線探測儀對地下管線的分布、位置、走向、管徑進(jìn)行調(diào)查探測并描繪地下管線和地下障礙物的布置圖。

2.2 鉆桿軌跡設(shè)計(jì)

污水管必須按設(shè)計(jì)流水標(biāo)高埋設(shè)，根據(jù)地下管線布置圖設(shè)計(jì)鉆桿的鉆進(jìn)軌跡。軌跡包括兩個部分：造斜段和鋪設(shè)段。

(1)造斜段距離L：

L=[h(2R1-h)]0.5

式中h為埋深；R1為造斜段曲率半徑，取1 200d,代入數(shù)據(jù)即可計(jì)算出L值。

(2)鉆桿入射角a：

a=0.5tg-1{[h(2R1-h)]0.5/h}

(3)主要施工技術(shù)參數(shù)：

泥漿壓力為1～5 MPa，流量為50～90 L/min ,泥漿比重為1.8～2 g/cm3，鉆機(jī)轉(zhuǎn)速為160 r/min，扭矩為8 000～10 000 N·m，推拉力為18～20 t[1]。

2.3 基坑開挖

每段牽引采用反鏟挖掘2個工作坑，根據(jù)需要采用密扣鋼板樁支護(hù)。工作坑開挖的平面尺寸為3 m×10 m、3 m×5 m，坑的深度根據(jù)拉管流水面高程確定。為保證工作坑內(nèi)干燥和擴(kuò)孔施工,在工作坑一側(cè)設(shè)(寬4 m×長1.5 m×深1.5 m)泥漿沉淀池,并在池底設(shè)泥漿泵，隨時(shí)將多余的泥漿抽出坑外。

2.4 鉆機(jī)就位

鉆機(jī)運(yùn)到現(xiàn)場后必須先錨固穩(wěn)定。鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆機(jī)導(dǎo)向桿到略高于設(shè)計(jì)管位中心高程的位置(HDPE管在孔內(nèi)拉動的過程中受重力的作用會發(fā)生管道下沉現(xiàn)象)，水平鉆入土中。在導(dǎo)向鉆頭中安裝發(fā)射器，通過地面接收器測得鉆頭的深度、鴨嘴板的面向角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電狀況等參數(shù)，將測得的參數(shù)與鉆孔軌跡進(jìn)行對比，及時(shí)糾偏。地面接收器具有顯示與發(fā)射功能，將接收到的孔底信息無線傳送至鉆機(jī)的接收器并顯示，操作手根據(jù)信號反饋給操縱鉆機(jī)按正確的軌跡鉆進(jìn)。在導(dǎo)向鉆孔過程中，技術(shù)人員根據(jù)探測器發(fā)回的信號判斷導(dǎo)向頭位置與鉆進(jìn)路線圖的偏差，隨時(shí)調(diào)整并將調(diào)整數(shù)值記錄在“鉆進(jìn)位置”相應(yīng)的表格中。

為了保證導(dǎo)向頭能嚴(yán)格按照操作人員發(fā)出的指令前進(jìn)，需要在管道線路初步布點(diǎn)后對控制點(diǎn)進(jìn)行加密加細(xì)。間隔3 m設(shè)中線與高程控制點(diǎn)，用木樁做出明顯標(biāo)志?？刂迫藛T嚴(yán)格按照點(diǎn)位操縱儀器[2]。

2.5 鉆液的配置

鉆液的好壞對于拉管施工的成敗起到極為關(guān)鍵的作用。鉆液具有冷卻鉆頭、潤滑鉆具的作用，更重要的是其可以懸浮和攜帶鉆屑，使混合后的鉆屑成為流動的泥漿順利地排出孔外，既可為回拖管線提供足夠的環(huán)形空間，又可減少回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護(hù)壁的作用。為改善泥漿性能，有時(shí)需加入適量的化學(xué)處理劑。

2.6 導(dǎo)向鉆進(jìn)

該工程采用精度為0.1%的導(dǎo)向雷達(dá)控制鉆進(jìn)標(biāo)高，導(dǎo)向標(biāo)高控制在管中心線位置。鉆桿軌跡的第一段是造斜段，控制鉆桿的入射角度和鉆頭斜面的方向，緩慢給進(jìn)而不旋轉(zhuǎn)鉆頭，使鉆頭按設(shè)計(jì)的造斜段鉆進(jìn)。鉆頭到達(dá)造斜段完成處，接下來是排水管流水段的鉆進(jìn)。旋轉(zhuǎn)鉆頭并提供給進(jìn)力，鉆頭即能沿水平直線鉆進(jìn)。由于在鉆頭位置安裝了探測儀器，在鉆進(jìn)過程中通過地面精密接收儀器數(shù)據(jù)調(diào)整鉆頭的角度，使鉆進(jìn)按照流水線標(biāo)高路線前進(jìn)。到達(dá)出口工作坑，完成鉆孔工序。

鉆機(jī)隨機(jī)配有一手提式地表導(dǎo)航儀，用以確定鉆頭在地下的位置，監(jiān)測鉆頭是否偏離設(shè)計(jì)軌跡。在造斜段，鉆頭每鉆進(jìn)10 cm測一次鉆頭的位置；在平鋪段，每隔3 m監(jiān)測一次。如果發(fā)現(xiàn)偏離軌道，通過調(diào)整鉆頭斜面的方向緩慢糾偏[3]。

2.7 回拉擴(kuò)孔

回拉擴(kuò)孔牽引時(shí)，泥漿作用特別重要?？字腥鄙倌酀{會造成塌孔等意外事故的發(fā)生，使導(dǎo)向鉆進(jìn)失去作用并為再次鉆進(jìn)埋下隱患?？紤]到地層中的泥漿較易漏失，故需保持整個鉆進(jìn)過程中有“返漿”，并根據(jù)地質(zhì)情況的變化及時(shí)調(diào)整鉆液配比以產(chǎn)生不同的泥漿。

鉆頭到達(dá)出口工作坑，鉆進(jìn)工作完成，若孔徑?jīng)]有達(dá)到鋪設(shè)要求，需要進(jìn)行多次擴(kuò)徑。該工程第一次擴(kuò)孔孔徑為300 mm，第二次擴(kuò)孔孔徑為500 mm，直到擴(kuò)孔孔徑為管徑的1.5倍。

2.8 管道焊接

管道的連接采用電熔焊接，電熔連接冷卻時(shí)不得移動連接件，不得在連接件上施加任何外力。焊接完畢，檢查觀測孔內(nèi)的物料是否頂起，焊縫處是否有物料擠出。

管道連接前，對應(yīng)的連接件必須在同一軸線上。干管連接部位下端應(yīng)采用支架固定吻合。電熔承插連接管材的連接端應(yīng)切割垂直，連接面保持清潔并刮去表面的氧化層。

2.9 回拉敷設(shè)管道

拉管施工前，先用現(xiàn)場制作的封套將管頭密封。準(zhǔn)備好后，將管道與擴(kuò)孔器相連，回拉將管道牽引進(jìn)孔洞內(nèi)。施工時(shí)，拉管機(jī)操作人員需根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)均勻平穩(wěn)地牽引管道，切不可生拉硬拽。注意：所選用的拉管機(jī)應(yīng)能承受該污水管道的拉力。

2.10 閉水試驗(yàn)

污水管的安裝及檢查井砌筑完成后進(jìn)行閉水試驗(yàn)。干管每6個井段進(jìn)行一次閉水試驗(yàn)。閉水試驗(yàn)如未能通過，應(yīng)立即將管內(nèi)的水抽干，仔細(xì)檢查滲漏原因并進(jìn)行修補(bǔ)。

3 施工質(zhì)量控制

(1)鉆機(jī)就位必須嚴(yán)格對中，保證鉆機(jī)平穩(wěn)、水平鉆進(jìn)。開鉆前，要認(rèn)真檢查鉆桿，發(fā)現(xiàn)彎曲時(shí)需及時(shí)調(diào)直或更換。鉆桿的上、下接頭應(yīng)對正，邊緩慢給進(jìn)動力、邊慢轉(zhuǎn)上扣，不得擰得過緊。鉆桿內(nèi)不得進(jìn)臟物，以免堵塞鉆頭噴嘴。

(2)鉆進(jìn)速度不宜過快。應(yīng)根據(jù)地層條件合理調(diào)定給進(jìn)力，一般而言，對于松砂層，不宜超過3 m/min；在硬土層中，鉆進(jìn)速度以鉆機(jī)不發(fā)生跳動為宜。經(jīng)常檢查鉆頭的磨損程度，發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)。造斜頂進(jìn)時(shí)，將每次頂進(jìn)的進(jìn)尺控制在0.5 m左右為好，曲線要緩[4]。

(3)HDPE管的鋪設(shè)須滿足排氣要求，無向上的折點(diǎn)。水平最大偏差為0.3 m，縱向垂直最大偏差為0.1 m。

4 結(jié) 語

萬松東路延伸工程二期污水管成功應(yīng)用水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法進(jìn)行牽引施工，打破了傳統(tǒng)的明挖法敷設(shè)，減少了對相鄰建筑物的影響，更好地保護(hù)了環(huán)境，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得類似工程推廣應(yīng)用。