非開挖牽引管技術(shù)在污水管道工程中的具體應(yīng)用方法

劉志賢，程里浩

(中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002)

0 前 言

非開挖牽引管的突出特點(diǎn)在于有效保護(hù)表層土壤，基于鉆掘技術(shù)能夠順利完成地下管道鋪設(shè)施工，避免了傳統(tǒng)方式下管道施工嚴(yán)重影響周邊交通的情況，施工更加高效、安全。在諸如鐵路、工民建等區(qū)域的管道施工中，采取該技術(shù)具有較高可行性，已經(jīng)在大量工程中取得突出成果。

1 工程概況

廣東省深圳市光明區(qū)新湖北片區(qū)支管網(wǎng)完善工程，其服務(wù)范圍較廣，面向浩園紙托廠、欣業(yè)家具廠、紅湖村、中英文書院、德盛源小區(qū)等，區(qū)域內(nèi)生活污水匯聚至新陂頭河南側(cè)市政管網(wǎng)，并轉(zhuǎn)至光明水廠以便展開深度處理。污水管道施工環(huán)境復(fù)雜，諸如現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、地質(zhì)條件等均會(huì)對(duì)其造成影響，針對(duì)部分特殊路段采取非開挖牽引管技術(shù)，以最大程度降低對(duì)周邊環(huán)境的影響及提升施工效率。

2 主要施工方法或工藝

2.1 施工工藝流程

工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

2.2 施工測(cè)量

1)平面控制放線。以現(xiàn)有邊線為基準(zhǔn)，參考勘測(cè)方所設(shè)置的控制點(diǎn)確定適用于本工程的定位點(diǎn)，要求控制點(diǎn)網(wǎng)足夠完整和各坐標(biāo)與高程足夠準(zhǔn)確。對(duì)此，需對(duì)控制樁采取保護(hù)措施，通過對(duì)控制點(diǎn)引測(cè)的方式使其置于場(chǎng)外并輔以保護(hù)手段，為豎向引測(cè)放線提供支持，且要做好閉合校核工作。此環(huán)節(jié)使用到全站儀，在其支持下沿地面拉管中心線放樁(各處間距均為3 m)并測(cè)定樁高程，分析樁高程與拉管流水面所呈現(xiàn)出的空間關(guān)系。

2)高程控制。以勘測(cè)方設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)為參考確定合適的高程控制點(diǎn)，立足于工程實(shí)際情況，需要設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)并做好保護(hù)工作。

2.3 基坑開挖

考慮拉管流水面高程，以此為基準(zhǔn)確定工作坑深度，為確保工作坑達(dá)到干燥的狀態(tài)并給擴(kuò)孔施工作業(yè)提供支持，于坑的南側(cè)施作泥漿沉淀池(具體規(guī)格為4 m寬×1.5 m長(zhǎng)×1.5 m深)，向其中置入高性能泥漿泵以便將超出設(shè)計(jì)量的泥漿抽至坑外。需注意工作坑以1：0.5放坡，無需增設(shè)支護(hù)裝置。

2.4 地層勘探及鉆進(jìn)軌跡的設(shè)計(jì)

地層勘探的目的在于掌握現(xiàn)場(chǎng)地層與地下水基本狀況，以便為鉆進(jìn)作業(yè)提供指導(dǎo)，總體上勘探工作涉及到土層分類、地下水位、孔隙度等多個(gè)方面。導(dǎo)向孔軌跡的設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，將直接影響到管線施工質(zhì)量，若要形成完善的鉆孔軌跡設(shè)計(jì)方案需充分考慮地層條件、施工區(qū)域障礙物分布特點(diǎn)、鉆頭變向能力以及鋪設(shè)管線的基本特性等多個(gè)方面。

2.5 鉆液的配制

拉管施工質(zhì)量的關(guān)鍵影響因素在于鉆液性能。鉆液的作用在于快速冷卻鉆頭并實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)鉆具的潤(rùn)滑處理，且攜帶大量鉆屑并將其排出孔外，可為回拖管線施工作業(yè)創(chuàng)設(shè)優(yōu)良的環(huán)形空間，也有效降低了回拖管線的阻力。從鉆液的組成來看，主要有水、膨潤(rùn)土以及聚合物三大部分組成，其中水含量相對(duì)較高。作為高品質(zhì)鉆液，該材料與鉆屑的混合效果應(yīng)該更為優(yōu)良，若泥漿具備優(yōu)良的流動(dòng)性與懸浮性，產(chǎn)生的回?cái)U(kuò)成孔質(zhì)量更為良好，施工效率得以提升?？紤]到泥漿性能要求，條件允許時(shí)可摻入適量化學(xué)處理劑。以純堿為例，其具備提升粘聚力、調(diào)節(jié)pH值的能力，外加劑的合理用量應(yīng)為膨潤(rùn)土的2%。

2.6 導(dǎo)向鉆進(jìn)

鉆機(jī)到達(dá)指定施工區(qū)域后需調(diào)節(jié)鉆機(jī)導(dǎo)向桿，此裝置應(yīng)略>設(shè)計(jì)管位中心高程。發(fā)射器裝置穩(wěn)定安裝于導(dǎo)向鉆頭上，其與地面接收器連接，共同作用下可求得鉆頭深度及溫度、電池工作狀況等，將所得結(jié)果與鉆孔軌跡加以分析，若存在偏差需及時(shí)采取糾正措施[1]。地面接收器的作用在于顯示內(nèi)容并發(fā)射，獲得孔底信息后及時(shí)以無線傳輸?shù)姆绞綄⑵滢D(zhuǎn)移至接收器，實(shí)現(xiàn)具體內(nèi)容的顯示，隨后操作手以實(shí)際情況為準(zhǔn)操縱鉆機(jī)，沿著合適的軌跡鉆進(jìn)。技術(shù)人員要積極參與到導(dǎo)向鉆孔工作中，以探測(cè)器發(fā)回的信號(hào)為基準(zhǔn)，明確導(dǎo)向頭的位置情況并分析與設(shè)計(jì)方案中鉆進(jìn)線路的偏差，對(duì)其做出靈活調(diào)整，且相關(guān)信息要完整記錄于相應(yīng)表格中。

基于歷史施工經(jīng)驗(yàn)得知，PE管在孔內(nèi)拉動(dòng)時(shí)伴隨明顯的重力作用，易出現(xiàn)管道下沉問題。對(duì)此，導(dǎo)向鉆進(jìn)過程中需選擇合適的鉆進(jìn)點(diǎn)，相較于設(shè)計(jì)管中線而言應(yīng)略高一些，基于此方式緩解管道自重的不良影響。

2.7 擴(kuò) 孔

基于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，為擴(kuò)孔施工環(huán)節(jié)適配刮刀式擴(kuò)孔器，本次施工中鋪設(shè)管徑為40 cm，所用擴(kuò)孔器尺寸應(yīng)達(dá)到該值的1.5倍，因而要滿足60 cm的要求，以便提升漿液流動(dòng)性并確保管線的安全。

考慮到回拉擴(kuò)孔鋪管長(zhǎng)度大的基本特點(diǎn)，必須合理使用泥漿材料，在孔中泥漿材料不足時(shí)易出現(xiàn)塌孔等工程事故。當(dāng)出現(xiàn)泥漿漏失問題后孔內(nèi)所含泥漿量明顯偏少，隨之提升了鉆桿與孔壁摩擦力，伴隨大量拉力?；诖耍@進(jìn)作業(yè)時(shí)需要有持續(xù)性“返漿”現(xiàn)象，從現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況出發(fā)，確定合適的鉆液配比。

2.8 管道焊接(電熔焊接)

管道連接處的質(zhì)量應(yīng)得到保障，具體操作流程如下。

1)做好電熔機(jī)具與相關(guān)管件的連接工作，根據(jù)設(shè)備的工作性能確定合適的通電加熱時(shí)間。

2)給予足夠的時(shí)間以達(dá)到電熔連接冷卻的效果，此時(shí)不可出現(xiàn)連接件被施加外力的情況。

3)關(guān)于電熔承插連接管材的設(shè)置，各自形成的連接端都要具備切割垂直的效果。

4)干管連接作業(yè)時(shí)須在其下方搭設(shè)支架，以達(dá)到固定干管的效果。

5)在現(xiàn)場(chǎng)條件允許的前提下可直接在溝槽上完成管道的焊接作業(yè)。

6)結(jié)束焊接后全面檢查施工狀況，如孔內(nèi)物料的頂起程度等。

2.9 拉 管

完成水中管道焊接作業(yè)且經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)后便可拉管施工[2]。設(shè)置“PE管封套”，在其作用下有效密封管頭，隨后在管頭后端增設(shè)回?cái)U(kuò)頭，設(shè)置分動(dòng)器并接管，在此基礎(chǔ)上將管子回接至工作井中，結(jié)束上述操作后取出回?cái)U(kuò)頭與分動(dòng)器，并將多余的鉆桿卸下，全面做好封堵頭的封閉工作并展開水壓試驗(yàn)。為確保拉管質(zhì)量，實(shí)際操作中牽引管道應(yīng)足夠穩(wěn)定，不可出現(xiàn)生拉硬拽的情況。

2.10 注漿加固

PE管順利拉通后，考慮到地面易出現(xiàn)沉降的特點(diǎn)需對(duì)其采取注漿加固措施，此處為孔內(nèi)注漿的方式。

3 非開挖施工中塌孔的原因、預(yù)防與應(yīng)急處理

3.1 塌孔的原因

1)地質(zhì)因素：施工現(xiàn)場(chǎng)為不穩(wěn)定地層，若缺乏對(duì)泥漿壓力的合理控制措施將出現(xiàn)地層壓力失衡現(xiàn)象，隨之塌孔。鉆進(jìn)過程中土層完整性遭到破壞，孔壁處于被擠壓狀態(tài)，其應(yīng)力與泥漿液柱壓力不均衡，二者產(chǎn)生壓差，一旦該值超過巖土屈服強(qiáng)度則會(huì)引發(fā)塌孔問題，若現(xiàn)場(chǎng)為泥漿侵泡環(huán)境，這一現(xiàn)象將變得更為明顯。

2)物理因素：未合理控制擴(kuò)孔速度，該值過大時(shí)將明顯提升泥漿泵壓力，致使孔內(nèi)泥漿壓力處于提升的狀態(tài)；導(dǎo)向孔曲率半徑未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，擴(kuò)孔器旋轉(zhuǎn)擠壓孔壁，出現(xiàn)持續(xù)沖蝕孔壁的問題；受地層壓力釋放的影響降低孔內(nèi)泥漿柱壓力，隨之出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。

3.2 塌孔的預(yù)防

若要有效避免塌孔問題需注意：①泥漿液柱壓力足夠合理，不可低于巖土孔隙壓力；②盡可能避免水滲入巖土的問題[3]。

從地質(zhì)因素的角度來看，需要加大泥漿密度，通過提升泥漿液柱壓力的方式以達(dá)到平衡地層壓力的效果，泥漿護(hù)壁所用材料應(yīng)具有較高的動(dòng)塑比。

從物理因素的角度來看，可采取如下方法：①避免開關(guān)泵過快的現(xiàn)象，給鉆桿的運(yùn)行創(chuàng)造穩(wěn)定的環(huán)境，使其在恒定張拉下工作，否則會(huì)明顯提升液柱壓力，隨之給孔壁造成沖擊性影響；②掌握地下障礙物分布特點(diǎn)，確定合適的鉆孔軌跡，合理調(diào)節(jié)導(dǎo)向孔曲率；③所用泥漿應(yīng)具有合適的密度以及優(yōu)良流變性，泥漿為低返速，并呈現(xiàn)平板流型的基本特點(diǎn)；④適當(dāng)加大鉆進(jìn)速度，盡可能避免泥漿浸泡沖蝕現(xiàn)象，所用泥漿應(yīng)具有均勻性，性能相對(duì)穩(wěn)定。

3.3 塌孔的處理

若為輕微塌孔現(xiàn)象需適當(dāng)加大泥漿密度，要求所有孔道都被泥漿充填，隨后暫停施工作業(yè)，將實(shí)際情況上報(bào)相關(guān)部門，提出合適的處理方案。若出現(xiàn)明顯塌孔現(xiàn)象應(yīng)使用高粘度泥漿充填孔道，隨即暫停施工將實(shí)際情況上報(bào)有關(guān)部門，采取合適的處理意見。

4 結(jié)束語

非開挖牽引管技術(shù)可突破傳統(tǒng)方式的束縛，改變直接挖坑填埋管道的局限性，施工效率與質(zhì)量得到保障，所需成本隨之減少。該技術(shù)的突出特點(diǎn)在于預(yù)先設(shè)定科學(xué)的線路，以此為指導(dǎo)順利展開各環(huán)節(jié)施工作業(yè)，鉆出孔洞后經(jīng)回?cái)U(kuò)的方式完成管材的埋設(shè)作業(yè)，整個(gè)施工過程中附著物得到有效保護(hù)，環(huán)保效益也更為良好。

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