上海北橫河段拖拉管道采用DN1000球墨鑄鐵管施工技術的探討

李為科

上海南匯水利市政工程有限公司，上海 200000

1 工程概況

該工程位于上海市浦東新區(qū)G1501東南環(huán)高速，施工地層為粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)粉土地層，從業(yè)主提供的地下管線資料及施工地段現(xiàn)場勘探結果來看，擬排管線附近發(fā)現(xiàn)有電力、自來水管、通信、煤氣現(xiàn)有管線等，距離擬排給水管道較近，施工中過程中需采取必要的保護措施。

2 球墨鑄鐵拖拉管產(chǎn)品性能參數(shù)

球墨鑄鐵拖拉管是采用自錨接口，利用承口擋環(huán)與插口焊環(huán)相互作用產(chǎn)生可靠的自錨效果來傳遞軸向拖拉力，并利用承插接口的偏轉角來適應鉆孔彎曲段的一種自錨接口球墨鑄鐵管。該工程所使用的球墨鑄鐵管接口示意圖如圖1所示，球墨鑄鐵管尺寸參數(shù)如表1所示。

圖1 球墨鑄鐵管接口示意圖

表1 球墨鑄鐵管參數(shù)

3 技術可行性評估

計算方法采用美國ASTM材料協(xié)會標準《Standard Guide for Use of Maxi-Horizontal Directional Drilling for Placement of Polyethylene Pipe or Conduit Under Obstacles,Including River Crossing》中的計算模型，該算法的優(yōu)點是考慮全面，所建模型與球墨鑄鐵拖拉管實際受力較為符合。

評估計算公式如下：

式中：TA、TB、TC、TD分別為A、B、C、D點處的管道所受回拖力，kN；L1為管道入土端曲線段所對應的水平長度，m；L2為管道最大埋深處水平延伸距離，m；L3為管道出土端曲線段所對應的水平長度，m；H為管道埋深，m；fg為球墨鑄鐵管與地面之間的摩擦系數(shù)；fh為球墨鑄鐵管與鉆孔孔壁之間的摩擦系數(shù)；wp為單位長度管道重力，kN/m；wf為單位長度管道所受的凈浮力，kN/m；γm為鉆孔泥漿重度；α為入土角，°；β為出土角，°；K為泥漿的黏滯系數(shù)，kN/m2。

上海北橫河拖拉管參數(shù)如表2所示；計算結果如表3所示。

表2 上海北橫河拖拉管參數(shù)

表3 上海北橫河拖拉管計算結果

在上述計算條件下，如果施工過程中能夠保證鉆孔成孔性，則DN1000球墨鑄鐵管一次性拖拉241m的最大回拖阻力為834kN，而K9級DN1000球墨鑄鐵拖拉管的最大允許回拖力為2587kN，因此該工程在技術上是可行的。

4 施工機械選擇

該工程選用的鉆通95型號水平定向鉆鉆機。該機器具有以下優(yōu)點：（1）動力強勁，該機器最大扭矩為36000N·m；最大推力為950kN；（2）給進速度快，最大推進速度可以達到60m/min；（3）操作方便，操作桿上手輪調(diào)節(jié)泥漿泵排量，施工時節(jié)約泥漿，防止鉆頭堵塞；（4）該水平定向鉆鉆機的入射角度為10°～18°；最大擴孔鉆頭為1200mm。該工程所選用的球墨鑄鐵管直徑為DN1000mm，故選用該型號施工機械。

5 施工工藝流程

球墨鑄鐵拖拉管的施工工藝流程如下：先導孔鉆進→回拉擴孔→管道安裝→預試壓→接口防護→回拖鋪管→打壓驗收等。

5.1 先導孔鉆進

先導孔鉆進是采用導向儀器和導向鉆頭，按照設計的鉆孔軌跡進行鉆進的施工過程。該工程的設計鉆進軌跡是結合管道的設計埋度、現(xiàn)場障礙物、地下管線、球墨鑄鐵管的彎曲半徑進行最終定位。

5.2 回拉擴孔

利用擴孔鉆頭由出土端至入土端進行回拉擴孔的施工過程。此次施工所選用的管道為DN1000mm的球墨鑄鐵管，管道直徑較大，回拖擴孔分成3次進行。第一次回拖擴孔采用DN500的鉆頭進行回拖，可以有效保護孔壁，不至于擴孔過大導致塌孔；第二次采用DN800的鉆頭進行回拖，在確?？妆诜€(wěn)定的同時，對導向孔進一步擴大；第三次采用DN1000的鉆頭進行回拖，使得孔徑達到管道敷設的要求，為管道敷設提供有利條件。

5.3 管道安裝

管道安裝主要包括水平定向鉆機與球墨鑄鐵拖拉管安裝、球墨鑄鐵拖拉管之間安裝等兩個部分內(nèi)容，應由公司專業(yè)售后服務人員在施工現(xiàn)場進行指導安裝。

（1）水平定向鉆機與球墨鑄鐵拖拉管之間的安裝應通過鉆機分動器、弓形卸扣、拖拉頭進行連接。拖拉管牽引連接現(xiàn)場圖如圖2所示。

圖2 拖拉管牽引連接現(xiàn)場圖

（2）球墨鑄鐵拖拉管采用自錨接口，安裝步驟及示意圖如表4所示。

表4 球墨鑄鐵管連接安裝步驟及示意圖

5.4 回拖前預試壓

回拖施工前，應在地面進行預試壓，確保接口安裝質(zhì)量，試壓合格后方可進行施工；回拖施工后，應進行正式試壓工作，確?；赝鲜┕べ|(zhì)量。在管道尾部連接SIA Wb盤插管件及打壓盲板，連接好打壓裝置及壓力表，注滿水后即可打壓。

5.5 接口防護

預試壓合格后，應對管道接頭進行防護。一般采用HDD熱收縮套，HDD熱收縮套具有較強的耐高溫能力強，熱收縮快，黏結強度高，密封性能好，施工方便等優(yōu)點。在HDDP熱收縮套施工中應注意四個方面的內(nèi)容：（1）對球墨鑄鐵管接口進行清理，保證連接部位清潔；（2）施工過程中，應做好防護，作業(yè)時應保證現(xiàn)場至少有2人以上共同完成作業(yè)。嚴禁在密閉場所進行作業(yè)，施工場所應保證通風；（3）在對PDD熱收縮套管進行加熱時，不可進行集中加熱，避免燒穿收縮套；（4）施工完成后，嚴禁立即移動管材，待冷卻后方可進行移動。

5.6 回拖鋪管

通過水平定向鉆機利用鉆桿和回擴頭由出土端至入土端進行回拉鋪設管道的施工過程?；赝鲜┕r，入土角建議控制在10°～18°，出土角建議控制在4°～12°。DN1000拖拉管單個接口的最大允許偏轉角為1.2°，對應最小曲率半徑為282m，鉆孔曲率半徑取值建議不低于2倍管道最小曲率半徑。DN1000拖拉管的終孔直徑建議控制在1500～ 1700mm。

K9級DN1000 SIA Wb接口球管的最大允許拖拉力為2587kN，回拖施工時，鉆機施加的最大回拖力不得超過管道最大允許拖拉力。根據(jù)現(xiàn)場工況條件，采用開挖發(fā)送溝或V形支架等減阻措施。

5.7 打壓驗收

以浦東新區(qū)2017年度原南匯區(qū)域老舊供水管網(wǎng)改造工程為例，試驗日期為2020年12月17日，樁號及地段為G1501北橫河段，施工完畢后，根據(jù)GB50268標準進行打壓驗收工作，壓力管道水壓試驗（注水法）參數(shù)如表5所示，壓力管道水壓試驗（注水法）滲水量測定記錄表如表6所示。此次試驗的恒定試驗壓力為1.2MPa，試驗允許滲水量為0.003L/（min?m），此次試驗的折合平均實測滲水量為0.0026L/（min?m），故此次球墨鑄鐵管拖拉管施工試驗合格。

表5 壓力管道水壓試驗（注水法）參數(shù)

表6 壓力管道水壓試驗（注水法）滲水量測定記錄表

6 結束語

球墨鑄鐵管具有強度高、抗壓強度高、密封性能好、耐腐蝕性好等特點，在城市給水管道工程施工中的使用越來越多，一般球墨鑄鐵管多采用明挖法進行施工。但是在城鎮(zhèn)施工中需要穿過建筑物、構筑物、道路、河流、高架橋、地下管線等各種障礙物，采用拖拉管施工工藝能很好地避開地上、地下的各類障礙物。因此，如何有效將球墨鑄鐵管施工與拖拉管道施工工藝相結合，是解決城市給水管道球墨鑄鐵管施工遇到障礙物時的最優(yōu)解決方案。文章針對球墨鑄鐵管與拖拉管道施工工藝相結合進行了實際工程施工驗證，為后續(xù)同類型工程施工提供了參考及依據(jù)。