4、拉管施工工藝工法

1、拉管施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-GS-0104-2011市政環(huán)保公司 謝學(xué)武1 前言1.1工藝工法概況城市道路管道施工，由于交通條件限制，現(xiàn)場無放坡開挖條件，不放坡全斷面加強支護(hù)開挖的方式，對支護(hù)要求高，施工安全保障較低，造價很高，并且對交通影響很大，無法保證交通疏導(dǎo)要求。特別是埋深超過5.0m的管道開挖施工，屬于危險性較大的深基坑施工。若對開挖深度較大或因交通疏導(dǎo)原因不具備開挖施工條件的路段采取非開挖拉管的施工方法，可有效解決市政道路管道施工難題。與傳統(tǒng)的"挖槽埋管法"相比,它具有環(huán)境影響小、對交通影響小、對地層結(jié)構(gòu)破壞小、施工安全可靠、周期短、社會效益與經(jīng)濟效益

2、顯著等優(yōu)點。1.2 工藝原理主要是采用地下定位系統(tǒng)，通過導(dǎo)向，分級擴孔的方法，確保鉆機按預(yù)定的軌跡完成導(dǎo)向孔，從而達(dá)到準(zhǔn)確鋪管的目的。導(dǎo)向孔的施工主要依據(jù)設(shè)計軌跡，采用導(dǎo)向鉆頭內(nèi)的探頭盒發(fā)射一定頻率的電磁波傳到地表。地面接收器收到信號，使用它可以隨時測出鉆頭地下位置、深度、頂角、鉆具面向角等基本參數(shù)。導(dǎo)向儀是導(dǎo)向鉆進(jìn)的眼睛，它能使操作人員能夠及時、精確地掌握鉆進(jìn)情況，隨時調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，確保鉆機按預(yù)定的軌跡完成導(dǎo)向孔，從而達(dá)到準(zhǔn)確鋪管的目的。工藝原理見圖1、圖2:圖1 施工工藝原理示意圖 圖2 監(jiān)控裝置示意圖2 工藝工法特點非開挖拉管施工的優(yōu)點，回避了開挖施工中存在的對交通、周邊建筑及地下管線影

3、響大，路面、房屋等需要大面積拆除并恢復(fù)而導(dǎo)致的資源浪費，并且施工周期短，可有效避免埋深4m以上溝槽開挖施工時的塌方等問題，從而避免了作業(yè)人員的施工安全等問題，缺點方面，對拉管管材的質(zhì)量要求高，要求環(huán)剛度在12.5KN/M2以上的管材，從而使大于DN8OO以上的大管徑管道管材目前還無法保證此環(huán)剛度而不具備拉管施工條件。另外，拉管施工將產(chǎn)生大量泥漿的需要處理，文明施工及環(huán)保方面要求很高，并且其施工費用相對開挖施工費用相對較高。3 適用范圍天然氣、給排水管等輸送介質(zhì)為液體或氣體、管徑801219的鋼管和PE管等。4 主要引用標(biāo)準(zhǔn)給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范（GB50268）、頂管施工技術(shù)（人民交通

4、出版社）輸油管道工程設(shè)計規(guī)范(GB50253)、油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范(GB50424)、埋地聚乙烯排水管管道工程技術(shù)規(guī)程（CECS164）、鋼質(zhì)管道焊接及驗收(SY/T4103)、油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范(GB50369)、管道下向焊接工藝規(guī)程(SY/T4071)、石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第二部分：B級鋼管(GB/T9711.2)、水平定向鉆進(jìn)技術(shù)規(guī)范（中國非開挖協(xié)會）。5 施工方法根據(jù)設(shè)計軸線位置及管道埋深，在施工范圍內(nèi)通過現(xiàn)場調(diào)查、查閱資料、探測等手段調(diào)查清楚地下管線的分布情況后進(jìn)行鉆孔曲線設(shè)計，通過導(dǎo)向、分級擴孔后將焊接連通的管道一次性拖拉至孔內(nèi)，然后進(jìn)行后續(xù)的檢

5、查井等施工。6 工藝流程及操作要點6.1 施工工藝流程施工工藝流程見圖3：圖3 施工工藝流程圖6.2 操作要點6.2.1 測量放線按設(shè)計軸線，結(jié)合坐標(biāo)定位與相對定位法，將管道軸線標(biāo)示與既有的路面等設(shè)施上。6.2.2 地下管線的探測在施工范圍內(nèi)通過現(xiàn)場調(diào)查、查閱資料、探測等手段調(diào)查清楚地下管線的分布情況。6.2.3 鉆孔曲線設(shè)計：1 鉆孔曲線設(shè)計：1）滿足規(guī)范要求的最小曲率半徑。即：R=1500D。 2）滿足穿越公路和河流安全規(guī)范要求；3）選擇最佳主力穿越層位。綜合考慮入土角、出土角、曲率半徑等因素，根據(jù)本工程綜合考慮以上因素，確定導(dǎo)向軌跡。4）定向鉆孔軌跡線段由造斜直線段、曲線段、水平直線段（

6、與管道排水坡度一致）等組成，為保證水平直線段精度要求，造斜段水平距離L可按圖4計算確定。N取值在35范圍。 圖4 定向鉆孔軌跡計算示意圖5）入土造斜段與管道直線段之間及管道直線段與出土造斜段之間，至少應(yīng)有一根鉆桿長度達(dá)到管道直線段坡度要求。6）入土角不宜超過10°，出土角按導(dǎo)向鉆桿及拖拉管材允許曲率半徑較大值確定，一般不宜超過20°。7）相鄰兩節(jié)鉆桿允許轉(zhuǎn)向角根據(jù)土質(zhì)條件，鉆桿長度、材料等因素確定，土質(zhì)越軟，角越小，角的取值一般在1.5°3.0°。2 回拖力計算及最大拖拉長度1）管道回拖力計算按圖5所示進(jìn)行計算： 圖5 回拖力計算示意圖式中Pt回拖力（K

7、N）Py擴孔鉆頭迎面阻力（KN） Pf管周摩阻力（KN）Dk擴孔鉆頭外徑（m），一般為管道外徑1.31.5倍；D管道外徑（m）Ra 迎面土擠壓力（Kpa）在上海地區(qū)，粘性土Ra在5060Kpa；砂性土在80100Kpa；L管道長度（m） f管周與土的摩擦系數(shù)（Kpa），在上海地區(qū)，粘性土f在0.30.4Kpa，砂性土在0.50.7Kpa；2）定向鉆孔拖拉法施工，最大拖拉長度宜控制在表1范圍內(nèi)：表1 最大拖拉長度控制表管道口徑（mm）所處土層最大長度（m）備注DN300粘性土250砂性土180DN400粘性土200砂性土150DN600粘性土160砂性土120采用特殊、有效的成孔及減摩措施時，最

8、大拖拉長度可適當(dāng)增加。6.2.4 基坑開挖在拉管施工機械的前部，開挖一個可供臨時儲存泥漿的基坑，基坑深度在2m以內(nèi)，寬度在1.5m左右，長度在8m左右即可。6.2.5 鉆機就位及試運轉(zhuǎn)按施工布置圖將鉆機及附屬配套設(shè)備安放在預(yù)定位置，進(jìn)行系統(tǒng)連接、試運轉(zhuǎn)，保證設(shè)備正常工作。施工由4000×2000×1500的鋼板箱作為地錨,必要時裝滿沙子提高其穩(wěn)定性,將鉆機前端固定在地錨箱上。6.2.6 鉆導(dǎo)向孔1 導(dǎo)向孔施工步驟：1）探頭裝入探頭盒。2）導(dǎo)向鉆頭連接鉆桿。3）轉(zhuǎn)動鉆桿測試探頭發(fā)射是否正常。4）回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)2m左右。5）開始按照造斜軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)。6）完成直孔段鉆進(jìn)。7）按照造斜軌

9、跡進(jìn)行鉆進(jìn)。8）導(dǎo)向孔完成。2 導(dǎo)向孔施工應(yīng)注意事項：1）確定管線入土點與出土點的位置和深度。2）做好測量放線工作。按照設(shè)計要求，做好穿越管線的測量放線工作，放線時要做好放線基準(zhǔn)點的確認(rèn)工作，并使鉆機、入土點、出土點在同一直線上。3）掌握穿越段地層特性導(dǎo)向孔施工前，應(yīng)對穿越的地層進(jìn)行分析，以掌握其工程地質(zhì)特性，保證鉆孔施工時技術(shù)參數(shù)的合理性。4）導(dǎo)向孔施工時，要保證導(dǎo)航員與鉆機操作人員的協(xié)調(diào)一致。5）導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時，要隨時掌握導(dǎo)向孔實際軌跡線，以使導(dǎo)向孔軌跡與設(shè)計軌跡之間偏差在設(shè)計要求的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)偏差超標(biāo)要及時糾正。6）合理使用泥漿作沖洗液，確保鉆孔成型及鉆具的安全。7）選用優(yōu)質(zhì)的堿性電池，保

10、證導(dǎo)向儀有足夠的工作時間，確保導(dǎo)向孔施工時一次性完成（見圖6、圖7、圖8、圖9）。圖6導(dǎo)向鉆頭入土 圖7 導(dǎo) 向圖8 導(dǎo)向完成 圖9 鉆頭分離 6.2.7 反向擴孔1 施工步驟1）卸下導(dǎo)向鉆頭，換上反擴鉆頭及分動器。2）分動器后連接鉆桿。3）擴孔。4）反擴鉆頭到達(dá)鉆頭工作坑后卸下反擴鉆頭及分動器，將前后鉆桿連接起來。5）按照擴孔級次重復(fù)施工步驟，直至最終孔徑2 擴孔分級實施擴孔，故預(yù)擴孔施工最終擴孔寸徑比設(shè)計要求大一級擴孔，清孔，例：250mm、350mm、450mm、550mm、650mm、750mm、850mm。最終擴孔直徑保證1.5倍的鋪管直徑，確保管線鋪設(shè)通道通暢（見圖10、圖11、圖

11、12、圖13、圖14、圖15）。圖10 安裝擴孔器 圖11 擴孔拉進(jìn)（小管徑、大管徑需要提前分級擴孔）圖12 擴孔鉆進(jìn)、拖管 圖13 擴孔鉆進(jìn)、拖管曲線圖14 擴孔、拖管到達(dá)接收坑 圖15 擴孔頭分離6.2.8 反向拖拉管材管道組焊完成，擴孔器清孔后，根據(jù)回拖力、扭矩的大小決定管道回拖施工時記錄回拖中的扭矩、拖力、泥漿流量、回拖速度等數(shù)值，回拖數(shù)據(jù)時實報告?；赝狭τ嬎愎嚼璍2 f(D2 /4)泥 7.851（D-1）+k粘 DL2式中: 拉計算的拉力（t）；L2穿越管段的長度（m）；f摩擦系數(shù)，0.1-0.3；D管子直徑（m）；泥泥漿的密度（t/m3）;1管子的壁厚（m）；k粘粘滯系數(shù)，0.

12、01-0.03按照施工規(guī)范的要求，鉆機應(yīng)選擇最大回拖力為理論回拖力1.5-3.0倍，可以完全滿足施工要求（見圖16）。圖16 造斜段拉桿收回（施工完成）6.2.9 現(xiàn)場泥漿配置及處理1 泥漿材料用量根據(jù)一般土質(zhì)情況，確定泥漿配制方案，實施泥漿開鉆，開鉆前配制好優(yōu)質(zhì)泥漿。泥漿在定向穿越中起關(guān)鍵作用，需要針對不同的地層采用不同的泥漿，若地質(zhì)情況復(fù)雜，則對泥漿要求比較高，為了對付不同的情況，需要將采取以下措施：1）將施工用水存入水罐，在水中加入純堿，加速粘土顆粒分散,提高水的PH值；2）按照事先確定好的泥漿配比用一級膨潤土加上泥漿添加劑，配出合乎要求的泥漿。3）根據(jù)不同的地質(zhì)條件，和不同的施工工序,

13、確定加入不同的添加劑。4）為了確保泥漿的性能，使膨潤土有足夠的水化時間，在用量不能改變的情況下，將采取增加泥漿儲存罐的數(shù)量。5）廢泥漿的處理：在焊接場地挖一個廢漿收集池，收集廢泥漿，經(jīng)沉淀之后處理；在鉆機場地也挖一個的泥漿回收池，泥漿經(jīng)過回收池沉淀后，再經(jīng)過泥漿回收系統(tǒng)回收；回收不了的泥漿排送到指定的地方。2 泥漿在各個施工階段的配制方法：這些泥漿配制方案都是針對一般土質(zhì)得出的，若地質(zhì)條件改變，其配制方案也隨之改變：1）鉆導(dǎo)向孔階段要求盡可能將孔內(nèi)的物質(zhì)攜帶出孔外，同時維持孔壁穩(wěn)定較長的時間，保持孔內(nèi)泥漿面,減少阻力,其基本配方是：78%預(yù)水化膨潤土+0.20.4%增添劑+0.3%降濾失劑+0

14、.2%固體潤滑劑。兩端砂層加0.2%單項壓力封閉劑2）預(yù)擴孔階段要求泥漿一定的動切力和良好的流動性,提高泥漿攜帶能力，其基本配方為：78%預(yù)水化鈉基膨潤土+0.20.4%提粘劑+0.2%降濾失劑+0.2-0.3%泥漿流變劑。3）擴孔回拖階段要求泥漿具有很好的護(hù)壁、攜帶能力；同時還有很好的潤滑能力，減少摩阻；其基本配方如下：78%預(yù)水化鈉基膨潤土+0.20.3%提粘劑+0.3%降濾失劑+0.40.6%的潤滑劑（RT988）+0.2-0.3%泥漿流變劑。3 泥漿排放施工時廢漿的排放必須符合文明施工要求，采用泥漿排放車，隨時處理施工中產(chǎn)生的泥漿。7 勞動力組織人員數(shù)量及工種安排如表2。表2 現(xiàn)場施工

15、人員需求表（每臺鉆機配備）崗位職責(zé)人數(shù)項目經(jīng)理負(fù)責(zé)整個項目的施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全的控制1人技術(shù)員負(fù)責(zé)整個項目的控向等技術(shù)操作、資料管理工作2人施工隊長負(fù)責(zé)全班施工，協(xié)調(diào)各工序間操作1人施工副隊長輔助隊長負(fù)責(zé)全班施工，協(xié)調(diào)各工序間操作1人質(zhì)檢員負(fù)責(zé)工程質(zhì)量檢查1人安全員負(fù)責(zé)施工安全1人吊機操作手操作鉆機吊車施工2人駕駛員負(fù)責(zé)卡車和面包車的駕駛工作2人泥漿工負(fù)責(zé)泥漿配制4人挖機操作員操作挖機2人機械電工負(fù)責(zé)維修使機械正常運轉(zhuǎn)1人技工輔助施工6人后勤負(fù)責(zé)后勤保障1人8 主要機具設(shè)備主要機具設(shè)備如表3：表3 主要機具設(shè)備表設(shè)備名稱規(guī)格（型號）單位數(shù)量生產(chǎn)國（廠）家水平導(dǎo)向鉆機DL1500臺1南京鉆具9

16、"泥漿馬達(dá)套1廊坊導(dǎo)向儀月蝕套1美國DCI公司泥漿車10噸臺1南京工程運輸車依維柯解放輛2國產(chǎn)發(fā)電機50KW+130KW臺2國產(chǎn)、國產(chǎn)污水泵55KW（3.5KW）臺4國產(chǎn)泥漿泵15KW/7.5KW臺2國產(chǎn)高壓泥漿泵949臺1國產(chǎn)9 質(zhì)量控制9.1 易出現(xiàn)的質(zhì)量問題易出現(xiàn)的質(zhì)量問題主要有：9.1.1管材的環(huán)剛度不能保證；9.1.2 管材的焊接質(zhì)量缺陷；9.1.3 定向穿越偏差及泥漿的配置質(zhì)量不能保證從而導(dǎo)致塌孔。9.2 保證措施9.2.1 材料控制1 各種材料要有產(chǎn)品質(zhì)保書、出廠檢驗合格證等，并經(jīng)我公司檢驗人員及監(jiān)理驗收合格后方可投入使用。任何未經(jīng)驗收合格的材料不得投入使用。2 組織專

17、人進(jìn)行材料采購，按照“質(zhì)優(yōu)、價廉、就近、及時”的原則進(jìn)行。3 現(xiàn)場材料驗收合格后，按照公司有關(guān)要求貯存和使用，以確保整個過程中不損壞、不變質(zhì)和不丟失。9.2.2 定向鉆焊接質(zhì)量控制1 焊縫檢驗合格、鉆具及拉管頭可靠連接后方可拉管。拉管中耐心細(xì)致，注意參數(shù)變化，集中精力，發(fā)現(xiàn)漏點及損傷要及時修補。2 為保護(hù)補口防腐在拉管時不被破壞，在補口的拉管前進(jìn)方向一側(cè)增加半個熱收縮帶，且補口應(yīng)在拉管前一天完成以保證拉管時補口強度。9.2.3 定向穿越偏差及泥漿的配置控制1 水源采用經(jīng)凈化處理后的當(dāng)?shù)睾铀?，水?jīng)過沉淀池沉淀，沉淀之后的水存入水罐，在水中加純堿，提高水的PH值。2 根據(jù)不同地層，按事先確定好的泥

18、漿配比用一級膨潤土加上泥漿添加劑，配出合乎要求的泥漿，粘度控制在4060s之間。3 所用的泥漿添加劑有：磺化瀝青（降濾失）、聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰胺提粘、防塌降濾失劑等。4 廢泥漿的處理：鉆機場地內(nèi)挖一個泥漿回收池，回收不了的泥漿用泥漿罐車及時運輸?shù)街付ǖ奈恢谩? 鉆機及配套設(shè)備就位準(zhǔn)確可靠，導(dǎo)向孔不得急于求快，要認(rèn)真復(fù)核，參數(shù)要求準(zhǔn)確，偏差要符合規(guī)定，司鉆、控向等操作人員要按照制定的方案鉆進(jìn)，如有異常及時匯報，必要時征得建設(shè)單位同意和支持。鉆孔曲線要圓滑，擴孔要耐心細(xì)致，且要做好詳細(xì)記錄以便分析復(fù)核。10 安全措施10.1 主要安全風(fēng)險分析10.1.1 由于導(dǎo)向過程中遇到障礙物或信號干擾，

19、容易出現(xiàn)導(dǎo)向偏差太大現(xiàn)象；10.1.2 管線資料有誤及鉆孔偏差致使管線損壞；10.1.3 擴孔器遇障礙引超卡鉆；10.1.4 上鉆桿沒有到位、鉆桿質(zhì)量缺陷及扭矩、拉力過大引起脫扣或鉆桿斷裂；10.1.5 孔內(nèi)塌方，成孔不好致使拉管阻力過大；10.1.6 孔內(nèi)泥漿壓力過高引起路面隆起。10.2 采取的措施10.2.1 分析確定障礙物位置，修改導(dǎo)向軌跡避開障礙。10.2.2 立即停止施工，保護(hù)現(xiàn)場，通知有關(guān)部門，制訂補救措施搶修。10.2.3 用挖機、頂拉式千斤頂把鉆桿回拉；減慢回擴速度，必要時換小口徑擴孔器回擴。10.2.4 用挖機、頂拉式千斤頂把鉆桿回拉；采用導(dǎo)向鉆頭在原孔位鉆進(jìn)至出土點，然后重新回擴。10.2.5 用挖機、頂拉式千斤頂輔助拉管；用挖機、頂拉式千斤頂把已入孔管線拉回，重新擴孔。10.2.6 挖孔泄壓。11 環(huán)保措施 11.1防止環(huán)境污染措施施工現(xiàn)場泥漿專人進(jìn)行清理、打掃，要及時清理出現(xiàn)場，并運到