水平定向鉆進拉管施工工法

1、水平定向鉆進拉管施工工法工法編號：FJGFEJ14-20111 前 言隨著我國經(jīng)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(xiàn)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(dǎo)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(guān)注，城市限制開挖施工的法 規(guī)將陸續(xù)出臺。非開挖技術(shù)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(yīng)用。作為非開挖技術(shù)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(wǎng)施工中得到越來越多的應(yīng)用。在福建 省泉州晉江市烏邊港截污管道工程等地下管網(wǎng)施工中，采用該

2、工法取得明顯的社會和經(jīng)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(xiàn)場勘察，設(shè)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(wǎng)施工高環(huán)保的 要求。2.0.3成本低，社會效益與經(jīng)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(shù)。2.0.5管道連接質(zhì)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(zhì)量。2.0.6施工周期短，與傳統(tǒng)“

3、挖槽埋管法”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(shù)，適用于穿越河流、湖泊、建筑等障礙的管道鋪設(shè)以 及不適合開挖的城市市政地下管網(wǎng)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1500m3.0.5因受到探測器的探測深度限制，導(dǎo)向鉆進深度最大15m。4工藝原理定向鉆進拉管技術(shù)是利用定向鉆機、導(dǎo)向鉆頭和導(dǎo)向儀等施工設(shè)備，按照設(shè)計的鉆孔 軌跡（一般近似弧形），采用定向鉆進技術(shù)

4、先施工一個近似水平的先導(dǎo)孔，待先導(dǎo)孔鉆頭在 被穿越障礙物（河流、公路）的另一側(cè)露出后，卸下導(dǎo)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(shè)管線拉入鉆孔。有時根據(jù) 鉆機的能力和待鋪設(shè)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圖5.1水平定向鉆進拉管施工工藝流程圖5.2操作要點5.2.1施工準備6.1應(yīng)取得管線工程平面圖和相應(yīng)施工圖紙。6.2既有管線和地下管網(wǎng)圖。6.3相關(guān)技術(shù)規(guī)范。6.4設(shè)計單位的技術(shù)交底。

5、6.1.1現(xiàn)場勘察7.1根據(jù)有關(guān)部門提供的審批內(nèi)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(jù)要求的鋪管深度初步確定導(dǎo)向孔的傾 斜長度和入土點位置、鋪管長度、下管位置，還應(yīng)考慮施工用的鉆機、泵站及卸管用吊車 等設(shè)備布置所占用的場地和空間。7.2穿越河底的鋪管工程應(yīng)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(yīng)考慮車輛往來情況，確保施工安全。3現(xiàn)有地下管線探測應(yīng)不小于穿越路線兩側(cè)5m并查明現(xiàn)有地下管線的性質(zhì)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(shè)軌跡設(shè)計提供參考數(shù)據(jù)，以便導(dǎo) 向孔設(shè)計時避開這些設(shè)施，并

6、保持一定安全距離。6.1.2導(dǎo)向孔軌跡施工設(shè)計7.1.1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(shè)管線材料 的性質(zhì)和鋪設(shè)要求、鉆孔地質(zhì)條件、施工單位設(shè)備的性能、現(xiàn)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(jīng)濟性等條件。7.1.2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(xiàn)有管線和地下障礙物。如圖523-33確定鉆孔孔身軌跡參數(shù)：參數(shù)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(dǎo)向孔軌跡一般由三段組成，

7、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523-32）計算公式:Li二.h(2R,h)第二造斜段直線段第一造斜段（入土i=2 arctg開現(xiàn)有管線和地下障礙物。如圖523-3L2= , h(2R2h)2=2arctg2Rhh式中h鋪管mL定向鉆鋪管水平長度R第一造斜段曲率半徑，由鉆桿曲半徑?jīng)Q定，一般為R三1200d（鉆桿直徑mm）第二造斜段曲率半徑，由待鋪設(shè)管線允許彎曲半徑?jīng)Q定，一般為皿三1200d（待 鋪設(shè)管線直徑mm）i入土傾角2出土傾角2）由計算法得出各參數(shù)后，還應(yīng)考慮其它因素對入口傾角和

8、出口傾角的限制，其中鉆 機傾角可調(diào)節(jié)范圍是限制入口傾角的主要因素，一般可在10045之間調(diào)節(jié)，出口傾角對于PE管一般控制在030，對于小口徑鋼管控制在00150以內(nèi)，大口徑管材一般用下管 工作坑來代替第二造斜段。6.1.3回拉力計算：水平定向鉆進回拉力計算是一個關(guān)鍵，直接關(guān)系到鉆機與管材的選型，正確估算回拉力至關(guān)重要。估算公式D2F= Lf丫d1D1K DL4式中：F計算的拉力（T）L穿越長度（m）F摩擦系數(shù)0.10.3D生產(chǎn)管直徑（m2丫一泥漿密度（T/m）1生產(chǎn)管壁厚（m）K粘滯系數(shù)（0.010.03）定向鉆機選擇宜根據(jù)上式計算值1.53倍來選擇6.1.4定向鉆機選擇7.2.1根據(jù)已經(jīng)計算

9、出的回拉力等參數(shù)選擇水平定向鉆進鋪管鉆機，回拉力是其主要參數(shù)，它們是根據(jù)工程大小要求選擇鉆機的重要依據(jù)；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。7.2.2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(zhì)粘土中施工，一般采用較大尺寸的鉆頭，以適應(yīng)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(xiàn)方向控制。3） 在硬粘土中，較小的鉆頭效果比較理想，但應(yīng)保證鉆頭比探頭外向尺寸大12mm以上。4）對于砂質(zhì)淤泥，中等到大尺寸鉆頭效果較好。7.2.3鉆桿規(guī)格型號和強度、 扭矩等機械性能應(yīng)符合鉆頭工作扭矩、 鉆機頂力和回拉力的要求，鉆

10、桿曲徑半徑應(yīng)不小于鉆桿外徑1200倍,彎曲和損傷的鉆桿不能使用。7.2.4選擇適合現(xiàn)工程地質(zhì)等級的單級或多級擴孔頭。5定位與導(dǎo)向儀器：在鉆進導(dǎo)向孔時，鉆進工作人員用導(dǎo)向儀確定鉆具位置，利用導(dǎo) 向儀獲取的數(shù)據(jù)與預(yù)先設(shè)計的基準軌跡和實際軌跡進行比較，調(diào)整鉆進軌跡，使其按原設(shè) 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。526工作坑控制井度施工：1為有效控制定向鉆孔高程而設(shè)立的控制井，結(jié)構(gòu)形式和間距由設(shè)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

11、孔中排出的渣土的需要，占用回拉管線入孔場所。8導(dǎo)向孔施工1施工步驟:2導(dǎo)向鉆頭方向控制：導(dǎo)向孔鉆進是通過導(dǎo)向鉆頭高壓水射流或泥漿沖蝕破碎，旋轉(zhuǎn)切削成孔的；導(dǎo)向鉆頭前端為15造斜面，該造斜面作用是在鉆具不回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，鉆具在回轉(zhuǎn)頂進時，由于斜面在旋轉(zhuǎn)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(dǎo)向頭方向糾偏：導(dǎo)向孔施工多采用手提式導(dǎo)向儀來確定鉆頭所在空間位置。導(dǎo)向儀由探頭、地表接收器和同步顯示器組成。在施工中導(dǎo)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(nèi)的信號發(fā)射器及地面跟蹤導(dǎo)向儀來測定的，并顯示在同步顯

12、示器上 供操作人員掌握孔內(nèi)情況，以此操作鉆頭糾偏。導(dǎo)向鉆進應(yīng)按設(shè)計軌跡的參數(shù)鉆進，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏離設(shè)計軌跡時，就通過調(diào)整鉆頭斜面的方向，進行造斜糾偏，直到鉆頭位置回到設(shè)計 軌跡為止，這樣就是鉆出和設(shè)計軌跡重合或非常接近的導(dǎo)向孔。9擴孔施工：1擴孔是將導(dǎo)向孔孔徑擴大至所鋪設(shè)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(zhuǎn)回拉擴孔。隨著擴孔的進行，在擴孔鉆頭后面的 單動器上不斷加接鉆桿，直到擴至鉆機同一側(cè)的工作場地，即完成了這級孔眼的擴孔，如 此反復(fù)通過采用不同直徑的擴孔鉆頭擴孔，直至達到設(shè)計的擴孔孔徑為止。2根據(jù)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

13、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。10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。11回拉鋪管：末級擴孔時，在回拉鉆桿后接上擴孔頭和旋轉(zhuǎn)接頭，在旋轉(zhuǎn)接頭后接 上拉管頭和待鋪設(shè)的管線進行反擴鋪管，當(dāng)擴孔頭到達鉆機一側(cè)地表時同時完成末級擴孔 和鋪管施工。12鉆進泥漿：在導(dǎo)向孔鉆進、回拉擴孔及回拖施工時，應(yīng)及時向孔內(nèi)注入泥漿。鉆進泥漿主要作 用是穩(wěn)定孔壁、降低回轉(zhuǎn)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(chǎn)生的土屑。泥漿材料配比和技術(shù)性能指標應(yīng)滿足施工要求， 并

14、可根據(jù)地層條件、 鉆頭技術(shù)要求、 施工步驟進行調(diào)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(yīng)控制在810的范圍內(nèi)。3） 鉆進泥漿的密度一般控制在1.121.25g/cm3,現(xiàn)場用標準泥漿比重計進行測量。3泥漿液應(yīng)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(jīng)處理后回用，剩余泥漿應(yīng)妥善處置。5.2.12配套設(shè)施施工及現(xiàn)場清理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(fù)原。2配套設(shè)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(shù)序號職別人數(shù)1項目負責(zé)人15拉管機操作工2組2技術(shù)負責(zé)人16焊工2（焊接

15、鋼管）3安全負責(zé)人17機修24財務(wù)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(shè)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(yīng)對施工人員進行培訓(xùn)6材料與設(shè)備材料水平定向鉆進鋪設(shè)的管材一般選用鋼材和PE管，應(yīng)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、防腐層等工程材料應(yīng)符合國家相關(guān)標準的規(guī)定和設(shè) 計要求;管材除滿足設(shè)計要求外，應(yīng)滿足鋪設(shè)過程中的荷載（摩擦力、彎曲應(yīng)力、浮力、張應(yīng)力等）作用的總應(yīng)力以及回拉力的要求。設(shè)備主要設(shè)備機具見表6.2.1表6.2.1主要設(shè)備機具表序號設(shè)備名稱單位數(shù)量備注1定向鉆機臺1小型（拉力20T以下）中

16、型（拉力20T45T）大型（拉力45T以上）根據(jù)計算出的回拉力確定鉆機型號2鉆桿套2含連接頭3導(dǎo)向系統(tǒng)套1手持式導(dǎo)向儀4擴孔頭套1根據(jù)管徑大小配套不同直徑5鉆頭套1適用工程地質(zhì)6泥漿設(shè)備套1含攪拌、壓漿及泥漿收集設(shè)備7拉管頭套1和施工管材相配套8旋轉(zhuǎn)接頭套1和拉管頭相配套9起重機械臺1吊車7質(zhì)量控制質(zhì)量控制標準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杳項目允許偏差（mr）i檢杳數(shù)量檢查方法范圍點數(shù)1入土點位置平面軸向、平面橫向20每入、出土占各1占用經(jīng)緯儀、水準儀測量、用鋼尺量測垂直向高程202出

17、土點位置平面軸向500平面橫向1/2倍D垂直向咼程壓力管道1/2倍D無壓管道203管道位置水平軸線1/2倍D每節(jié)管不少于1點用導(dǎo)向探測儀檢查管道內(nèi)底咼程壓力管道1/2倍D無壓管道20,-304控制井井中心軸向、橫向位置20每座各1占用經(jīng)緯儀、水準儀測量、鋼尺量測井內(nèi)洞口中心位置20注：D為管道內(nèi)徑（mrh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。導(dǎo)向孔鉆進、擴孔、管段回拉及泥漿液等符合設(shè)計和施工方案要求；7.2質(zhì)量保證措施導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計必須符合現(xiàn)場勘察情況及設(shè)備實際性能參數(shù)。設(shè)備及配套機具選用必須符合施

18、工實際狀況，尤其是地質(zhì)狀況。在導(dǎo)向孔施工過程中，必須不斷跟蹤鉆頭位置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏離設(shè)計軌跡時，應(yīng)不斷進 行糾編，使其符合設(shè)計軌跡。鉆進泥漿應(yīng)根據(jù)工程實際情況進行配制，以達到施工預(yù)期效果。管材選擇和連接應(yīng)符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范，連接應(yīng)在單段完成且驗收合格后方可拉管。管段回拉前須檢驗試驗合格。93322331825-Numbered_03484a56-db8b-400d-99dc-10466007安全措施8.0.1拉管施工中應(yīng)遵照國家、省、市頒發(fā)的有關(guān)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(zé)任制，具體落實到個人。8.0.3對進入施工現(xiàn)場的生產(chǎn)人員，根據(jù)相關(guān)規(guī)范進行安全

19、培訓(xùn)教育。8.0.4在施工前應(yīng)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(gòu)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(yīng)制定有效防護措施，并派專人負責(zé)看護和 指揮交通。8.0.6施工場地應(yīng)設(shè)置安全警示標志，避免非生產(chǎn)人員進入現(xiàn)場。8.0.7施工人員應(yīng)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(xiàn)場施工各崗位人員必須保持良好的工作關(guān)系，用對講機或其他通信方式聯(lián)系時， 信號不清晰時不得隨意判定信號內(nèi)容。8.0.9鉆機設(shè)備停放在邊坡上施工時， 應(yīng)采取措施防止滑落翻倒并做好應(yīng)有的施工防護措 施。8.0.10管線連接應(yīng)遵守相應(yīng)的安全制度。93

20、322331825-Numbered_03484a56-db8b-400d-99dc-10466007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(guān)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(guān)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(shè)允許范圍內(nèi)， 合理布置； 施工規(guī)范圍內(nèi)做到標牌 清楚，齊全，施工現(xiàn)場整潔文明。9.0.3對施工中燃油、工程材料、設(shè)備廢水，生產(chǎn)生活垃圾、棄渣等應(yīng)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(shè)施或構(gòu)筑物應(yīng)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

21、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(shè)備，保證施工現(xiàn)場的清 潔衛(wèi)生。9.0.7優(yōu)先選用先進環(huán)保的設(shè)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。93322331825-Numbered_03484a56-db8b-400d-99dc-10466007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(jīng)濟效益明顯，可節(jié)約挖填土方費用、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(shè)管道長，綜合造價低且管徑越大，

22、埋設(shè)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。93322331825-Numbered_03484a56-db8b-400d-99dc-10466007應(yīng)用實例本工法成功應(yīng)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(wǎng)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(zhì)量滿足規(guī)范和合同要求。現(xiàn)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，水平定向拉管工藝鋪