水平定向鉆進拉管施工工法11頁

1、水平定向鉆進拉管施工工法工法編號：FJGFEJ14-2011 1 前 言隨著我國經濟持續(xù)穩(wěn)定地增長，城市化進程的進一步加快，我國地下管線的需求量也在逐年增加。加之現代文明意識和環(huán)保意識的逐漸加強，開挖路面進行地下管線施工導至的社會問題、交通問題和環(huán)境污染問題已越來越受到人們的關注，城市限制開挖施工的法規(guī)將陸續(xù)出臺。非開挖技術地下管線施工具有不污染環(huán)境，不影響交通，施工周期短，綜合成本低等優(yōu)點。在地下管線施工中獲得廣泛應用。作為非開挖技術之一的水平定向鉆進拉管施工，近幾年來取得長足發(fā)展，在城市地下管網施工中得到越來越多的應用。在福建省泉州晉江市烏邊港截污管道工程等地下管網施工中，采用該工法取得明

2、顯的社會和經濟效益。2 特 點2.0.1 施工工藝簡單，可操作性強，容易組織實施；通過對現場勘察，設計好穿越線路，連接鉆頭和管道，鉆機就位，即可開始施工。2.0.2 不污染環(huán)境，不影響交通，對地層地面破壞小，能滿足城市地下管網施工高環(huán)保的要求。2.0.3 成本低，社會效益與經濟效益顯著，可減少開挖行政審批，便于施工組織，綜合成本低。2.0.4 安全性好，由于采用拉管施工，施工人員操作均在地面上進行，避免了深基坑作業(yè)等不良施工條件的影響，提高安全系數。2.0.5 管道連接質量好，因管道連接均在地面上進行，單段管道連接合格后一次拉管鋪成，提高了管道連接質量。2.0.6 施工周期短，與傳統(tǒng)“挖槽埋管

3、法”相比，大大縮短了施工周期，無須運輸和堆放土，只須運輸少量泥漿。3 適用范圍3.0.1 本工法適用于市政給水排水施工。3.0.2 本工法是一種非開挖鋪管技術，適用于穿越河流、湖泊、建筑等障礙的管道鋪設以及不適合開挖的城市市政地下管網施工。3.0.3 適用于不含大卵石的各種地層，包括含水地層，不適用于礫石層，一般用于軟土層。3.0.4 適用管材為鋼管和PE管，管徑為2001200mm，管線長最大可達1500m。3.0.5 因受到探測器的探測深度限制，導向鉆進深度最大15m。4 工藝原理定向鉆進拉管技術是利用定向鉆機、導向鉆頭和導向儀等施工設備，按照設計的鉆孔軌跡(一般近似弧形)，采用定向鉆進技

4、術先施工一個近似水平的先導孔，待先導孔鉆頭在被穿越障礙物（河流、公路）的另一側露出后，卸下導向鉆頭換上大直徑的擴孔鉆頭和直徑小于擴孔鉆頭的待鋪管線，然后進行反向擴孔，同時將待鋪設管線拉入鉆孔。有時根據鉆機的能力和待鋪設管線的直徑大小可先專門進行一次或多次擴孔后再回拉管線，等全部的鉆桿被拉回時，鋪管工作同時完成。如圖4圖4 工藝原理圖5 施工工藝流程及操作要點5.1 工藝流程水平定向鉆進拉管施工工藝流程見圖5.1施工準備定向軌跡設計、回拉力計算管道軸線測量放樣控制井、工作坑施工鉆機定位試 鉆導向孔鉆進多級擴孔回拉成品管材鉆進泥漿制備現場清理管材連接加固撤 場圖5.1 水平定向鉆進拉管施工工藝流程

5、圖5.2 操作要點5.2.1 施工準備1 應取得管線工程平面圖和相應施工圖紙。2 既有管線和地下管網圖。3 相關技術規(guī)范。4 設計單位的技術交底。5.2.2 現場勘察1 根據有關部門提供的審批內容，對管線工程周圍的地形進行測量，按施工要求初步定出鉆孔中線和地表走向；測量中心線高程，并根據要求的鋪管深度初步確定導向孔的傾斜長度和入土點位置、鋪管長度、下管位置，還應考慮施工用的鉆機、泵站及卸管用吊車等設備布置所占用的場地和空間。2 穿越河底的鋪管工程應測量河道周圍的地形地貌，河床底部形態(tài)和水位情況，穿越公路的鋪管工程應考慮車輛往來情況，確保施工安全。3 現有地下管線探測應不小于穿越路線兩側5m，并

6、查明現有地下管線的性質類型及所在的空間位置，可采用管線探測儀進行探測，為管線鋪設軌跡設計提供參考數據，以便導向孔設計時避開這些設施，并保持一定安全距離。5.2.3 導向孔軌跡施工設計1 確定鉆孔類型和鉆孔軌跡的形式：鉆孔類型和鉆孔軌跡形式取決于擬鋪設管線材料的性質和鋪設要求、鉆孔地質條件、施工單位設備的性能、現有地下管線的分布、地上地下障礙物的分布、水域覆蓋面積和深度、施工安全性和經濟性等條件。2 確定出入土點和造斜段：出入土點是鉆頭始鉆和出土的位置；造斜段是指同一孔身中由直線段變?yōu)榍€段的地段，造斜段宜選擇在較硬土層中的孔段，同時要使后續(xù)軌跡避開現有管線和地下障礙物。如圖5.2.3-33 確

7、定鉆孔孔身軌跡參數：參數包括各孔段的長度，各孔段起點和各點的傾角，采用計算法比較準確。1）導向孔軌跡一般由三段組成，第一造斜段、直線段和第二造斜段,直線段是管線穿越障礙物的實際長度，第一造斜段是鉆桿進入鋪管位置的過渡段，第二斜段是鉆桿出露地表的過渡段。如圖5.2.3-3A（入土點）B（第一造斜段和直線段軌跡變化點）C（直線段和第二曲線段軌跡變化點D (出土點）L2L1LR2hBR1第二造斜段第一造斜段C直線段圖5.2.3-32）計算公式：L1=2L2=2式中 h鋪管mL定向鉆鋪管水平長度R1第一造斜段曲率半徑，由鉆桿曲半徑決定，一般為R11200d(鉆桿直徑mm)R2第二造斜段曲率半徑，由待鋪

8、設管線允許彎曲半徑決定，一般為R21200d(待鋪設管線直徑mm)入土傾角出土傾角2）由計算法得出各參數后，還應考慮其它因素對入口傾角和出口傾角的限制，其中鉆機傾角可調節(jié)范圍是限制入口傾角的主要因素，一般可在100450之間調節(jié)，出口傾角對于PE管一般控制在00300，對于小口徑鋼管控制在00150以內，大口徑管材一般用下管工作坑來代替第二造斜段。5.2.4 回拉力計算：水平定向鉆進回拉力計算是一個關鍵,直接關系到鉆機與管材的選型，正確估算回拉力至關重要。估算公式F=式中：F計算的拉力（T）L穿越長度（m）F摩擦系數0.10.3D生產管直徑（m）泥漿密度（T/m3）生產管壁厚（m）K粘滯系數（

9、0.010.03）定向鉆機選擇宜根據上式計算值1.53倍來選擇5.2.5 定向鉆機選擇1 根據已經計算出的回拉力等參數選擇水平定向鉆進鋪管鉆機，回拉力是其主要參數，它們是根據工程大小要求選擇鉆機的重要依據；回拉力20T以下為小型鉆機，2045T為中型鉆機45T以上為大型鉆機。2 鉆頭是鉆進的重要工具之一，對于不同土層須采用不同種類的鉆頭。1）在淤泥質粘土中施工，一般采用較大尺寸的鉆頭，以適應變向的要求。2）在干燥的軟粘土中施工，采用中等尺寸鉆頭，可以較快地實現方向控制。3）在硬粘土中，較小的鉆頭效果比較理想，但應保證鉆頭比探頭外向尺寸大12mm以上。4）對于砂質淤泥，中等到大尺寸鉆頭效果較好。

10、3 鉆桿規(guī)格型號和強度、扭矩等機械性能應符合鉆頭工作扭矩、鉆機頂力和回拉力的要求，鉆桿曲徑半徑應不小于鉆桿外徑1200倍,彎曲和損傷的鉆桿不能使用。4 選擇適合現工程地質等級的單級或多級擴孔頭。5 定位與導向儀器：在鉆進導向孔時，鉆進工作人員用導向儀確定鉆具位置，利用導向儀獲取的數據與預先設計的基準軌跡和實際軌跡進行比較，調整鉆進軌跡，使其按原設計軌跡鉆進。常用儀器有手持式跟蹤儀，這種儀器在水平定向鉆進中使用最廣。5.2.6 工作坑控制井度施工：1 為有效控制定向鉆孔高程而設立的控制井，結構形式和間距由設計單位確定；2 水平定向鉆進鋪管可以不開挖路面，可以穿越障礙物，但還需開挖起始工作坑（即定

11、向鉆進始發(fā)點）和出口工作坑（即定向鉆頭出土位置），同時也為滿足施工過程積存泥漿和從孔中排出的渣土的需要，占用回拉管線入孔場所。5.2.7 導向孔施工導向鉆頭連接到鉆桿上轉功鉆桿探頭裝入探頭盒內1 施工步驟：回轉鉆進2m左右測試探頭發(fā)射是否正常導向孔完成開始按設計軌跡施工2 導向鉆頭方向控制：導向孔鉆進是通過導向鉆頭高壓水射流或泥漿沖蝕破碎，旋轉切削成孔的；導向鉆頭前端為15°造斜面，該造斜面作用是在鉆具不回轉鉆進時，斜面對鉆頭有個偏斜力，使鉆頭向著斜面的反方向偏轉，鉆具在回轉頂進時，由于斜面在旋轉中方向不斷改變，斜面周向各方向受力均等，使鉆頭沿其軸向的原有趨勢直線前進。3 導向頭方向

12、糾偏：導向孔施工多采用手提式導向儀來確定鉆頭所在空間位置。導向儀由探頭、地表接收器和同步顯示器組成。在施工中導向鉆頭的準確位置和造斜面方向是通過安裝在鉆頭腔室內的信號發(fā)射器及地面跟蹤導向儀來測定的，并顯示在同步顯示器上供操作人員掌握孔內情況，以此操作鉆頭糾偏。導向鉆進應按設計軌跡的參數鉆進，當發(fā)現偏離設計軌跡時，就通過調整鉆頭斜面的方向，進行造斜糾偏，直到鉆頭位置回到設計軌跡為止，這樣就是鉆出和設計軌跡重合或非常接近的導向孔。5.2.8 擴孔施工：1 擴孔是將導向孔孔徑擴大至所鋪設的管徑以上，以減小鋪管時的阻力。擴孔時將擴孔鉆頭連接在鉆桿后端，然后由鉆機旋轉回拉擴孔。隨著擴孔的進行，在擴孔鉆頭

13、后面的單動器上不斷加接鉆桿，直到擴至鉆機同一側的工作場地，即完成了這級孔眼的擴孔，如此反復通過采用不同直徑的擴孔鉆頭擴孔，直至達到設計的擴孔孔徑為止。2 根據管道曲率半徑、地層條件、擴孔器類型等確定一次或分次擴孔方式。分次擴孔時每次回擴級差控制在100150mm，終孔孔徑宜控制在回拉管節(jié)外徑的1.21.5倍。5.2.9 管材連接：鋼管連接采用焊接，PE采用熱熔連接。待鋪管材是在回拉鋪管前連接完成并試驗合格后方可回拉鋪管。5.2.10 回拉鋪管：末級擴孔時，在回拉鉆桿后接上擴孔頭和旋轉接頭，在旋轉接頭后接上拉管頭和待鋪設的管線進行反擴鋪管，當擴孔頭到達鉆機一側地表時同時完成末級擴孔和鋪管施工。5

14、.2.11 鉆進泥漿：1 在導向孔鉆進、回拉擴孔及回拖施工時，應及時向孔內注入泥漿。鉆進泥漿主要作用是穩(wěn)定孔壁、降低回轉扭矩和拉管阻力、防止管壁磨傷、冷卻鉆頭和發(fā)射探頭、消除鉆進產生的土屑。2 泥漿材料配比和技術性能指標應滿足施工要求，并可根據地層條件、鉆頭技術要求、施工步驟進行調整。1）鉆進泥漿常用配料：水、膨潤土，聚合物等。2）鉆進泥漿PH值應控制在810的范圍內。3）鉆進泥漿的密度一般控制在1.121.25g/cm3，現場用標準泥漿比重計進行測量。3 泥漿液應在專用的攪拌裝置中配制，并通過泥漿循環(huán)池使用；從鉆孔中返回的泥漿經處理后回用，剩余泥漿應妥善處置。5.2.12 配套設施施工及現場

15、清理1 管線檢查井、工作井、鉆機工作坑、下管坑清理回填及地面復原。2 配套設備撤場。5.3 勞動力組織本工法勞動力組織見表5.3表5.3 勞動力組織情況表序號職 別人 數序號職 別人 數1項目負責人15拉管機操作工2組2技術負責人16焊工2（焊接鋼管）3安全負責人17機修24財 務18起重機操作工2焊工為焊接鋼管所需，焊接PE管焊接工及設備均由管材供方廠家提供并操作。拉管機操作工、起重機操作工、焊工均需持證上崗，施工前應對施工人員進行培訓。6 材料與設備6.1 材 料6.1.1 水平定向鉆進鋪設的管材一般選用鋼材和PE管，應具有足夠強度、韌性良好的焊接性能和抗腐蝕能力。管材、焊接材、防腐層等工

16、程材料應符合國家相關標準的規(guī)定和設計要求； 6.1.2 管材除滿足設計要求外，應滿足鋪設過程中的荷載（摩擦力、彎曲應力、浮力、張應力等）作用的總應力以及回拉力的要求。6.2 設 備主要設備機具見表6.2.1表6.2.1 主要設備機具表序號設備名稱單位數量備注1定向鉆機臺1小型（拉力20T以下）中型（拉力20T45T）大型（拉力45T以上）根據計算出的回拉力確定鉆機型號2鉆桿套2含連接頭3導向系統(tǒng)套1手持式導向儀4擴孔頭套1根據管徑大小配套不同直徑5鉆頭套1適用工程地質6泥漿設備套1含攪拌、壓漿及泥漿收集設備7拉管頭套1和施工管材相配套8旋轉接頭套1和拉管頭相配套9起重機械臺1吊車7 質量控制7

17、.1 質量控制標準7.1.1 定向鉆進管道施工管道允許偏差符合給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范GB502682008。見表7.1.1表7.1.1 定向鉆施工管道的允許偏差檢查項目允許偏差（mm）檢查數量檢查方法范圍點數1入土點位置平面軸向、平面橫向20每入、出土點各1點用經緯儀、水準儀測量、用鋼尺量測垂直向高程202出土點位置平面軸向500平面橫向1/2倍Di垂直向高程壓力管道1/2倍Di無壓管道203管道位置水平軸線1/2倍Di每節(jié)管不少于1點用導向探測儀檢查管道內底高程壓力管道1/2倍Di無壓管道20,-304控制井井中心軸向、橫向位置20每座各1點用經緯儀、水準儀測量、鋼尺量測井內洞口中心

18、位置20注：Di為管道內徑（mm）。7.1.2 給排水管道安裝完成后，管道功能性試驗（壓力管道水壓試驗和非壓力管道閉水試驗），按給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范GB50268執(zhí)行。7.1.3 導向孔鉆進、擴孔、管段回拉及泥漿液等符合設計和施工方案要求；7.2 質量保證措施7.2.1 導向孔軌跡設計必須符合現場勘察情況及設備實際性能參數。7.2.2 設備及配套機具選用必須符合施工實際狀況，尤其是地質狀況。7.2.3 在導向孔施工過程中，必須不斷跟蹤鉆頭位置，當發(fā)現偏離設計軌跡時，應不斷進行糾編，使其符合設計軌跡。7.2.4 鉆進泥漿應根據工程實際情況進行配制，以達到施工預期效果。7.2.5 管材選

19、擇和連接應符合設計及相關規(guī)范，連接應在單段完成且驗收合格后方可拉管。7.2.6 管段回拉前須檢驗試驗合格。8 安全措施8.0.1 拉管施工中應遵照國家、省、市頒發(fā)的有關安全操作規(guī)程以及企業(yè)管理標準，建立完善的安全保證體系。8.0.2 明確安全責任制，具體落實到個人。8.0.3 對進入施工現場的生產人員，根據相關規(guī)范進行安全培訓教育。8.0.4 在施工前應查明施工沿線地下障礙及管線情況，對穿越地段的管線及上面構筑物做好監(jiān)測和安全保護措施。8.0.5 穿越城市道路、公路、鐵路、河流時，應制定有效防護措施，并派專人負責看護和指揮交通。8.0.6 施工場地應設置安全警示標志，避免非生產人員進入現場。8

20、.0.7 施工人員應著裝安全標志服。佩戴安全帽、手套、工作鞋及防護口罩等。8.0.8 現場施工各崗位人員必須保持良好的工作關系，用對講機或其他通信方式聯系時，信號不清晰時不得隨意判定信號內容。8.0.9 鉆機設備停放在邊坡上施工時，應采取措施防止滑落翻倒并做好應有的施工防護措施。8.0.10 管線連接應遵守相應的安全制度。9 環(huán)保措施9.0.1 工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府有關環(huán)境保持法律、法規(guī)和企業(yè)的規(guī)章制度，并制定相關施工管理制度。9.0.2 將施工場地和作業(yè)限制在工程建設允許范圍內，合理布置；施工規(guī)范圍內做到標牌清楚，齊全，施工現場整潔文明。9.0.3 對施工中燃油、工程材料、設

21、備廢水，生產生活垃圾、棄渣等應加強控制和治理，遵守廢棄物處理的規(guī)章制度，定期清理廢棄物。9.0.4 對施工中可能會影響到的各種公共設施或構筑物應制定可靠的防止損壞和移位措施，加強監(jiān)測，防止發(fā)生事故。9.0.5 鉆機使用過程中泥漿要用吸污車集中清運，防止污染周邊環(huán)境。9.0.6 在入土點，出土點旁各開挖一個泥漿坑，并配有泥漿專用設備，保證施工現場的清潔衛(wèi)生。9.0.7 優(yōu)先選用先進環(huán)保的設備，采取措施降低施工噪音到允許值以下，盡可能避免夜間施工。10 效益分析10.0.1 本工法施工工藝簡單，不污染環(huán)境，無需挖槽，占用場地少，無須運輸和堆放雜土，成本大幅降低。10.0.2 經濟效益明顯，可節(jié)約挖

22、填土方費用、降水費用、抽水臺班費用，降低施工成本。10.0.3 與傳統(tǒng)挖槽埋管法相比，一次鋪設管道長，綜合造價低且管徑越大，埋設越深，效益越顯著，大大縮短施工周期10.0.4 社會效益顯著，施工不破壞原有路面，對周邊道路交通周邊環(huán)境影響小，工期短，對群從生活干擾少，便于施工組織和建立和諧社會。11 應用實例本工法成功應用于2008年2009年施工的福建省泉州晉江市烏邊港截污管道工程，20092010年西崇左市寧明縣，寧明污水處理及排污管網一期工程，20092010年廣州市番禺區(qū)大石街污水處理廠首期土建工程，工程質量滿足規(guī)范和合同要求?，F以晉江市烏邊港零工污管道工程為例進行說明。11.0.1 工程概況福建省第五建筑工程公司施工的晉江市烏邊港截污管道工程采用水平定向鉆拉管施工，水平定向拉