淺談水平定向鉆在給水管道工程中的應(yīng)用

淺談水平定向鉆在給水管道工程中的應(yīng)用簡介：隨著城市的發(fā)展和現(xiàn)代文明意識、環(huán)保意識的逐漸加強，在市區(qū)開挖路面進行給水管網(wǎng)改造和建設(shè)導(dǎo)致的社會問題，交通問題和環(huán)境污染問題已越來越受到市民的關(guān)注，非開挖水平定向鉆技術(shù)的應(yīng)用，為給水管網(wǎng)的建設(shè)發(fā)揮了巨大的作用。關(guān)鍵字：給水管道非開挖技術(shù)定向鉆進PE管應(yīng)用工程概況隨著北海市城市的發(fā)展和人口的增長，原有的城市供水管網(wǎng)超負荷運轉(zhuǎn)，急需增加一條給水管貫穿整個北部灣路的舊城區(qū)，以解決目前供水管網(wǎng)壓力的不足。工程采用DN600鑄鐵管開挖施工，管道埋設(shè)在北部灣路的北面人行道下，覆土厚度為80CM，土方全部外運，溝槽采用中砂回填并沖水振實。2、施工方案的比較和優(yōu)化管道工程需穿越主干道湖南路，原設(shè)計為明挖穿越，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，由于受地下電力電纜、煤氣管、雨污水管等公用管線的影響，且道路交通壓力非常大，明挖施工困難，故管道穿越該路口時采用非開挖的施工方法，管材改為PE管。同時，為了發(fā)揮非開挖施工的優(yōu)勢，改為直線型路線縮短管線長度。3、管材的選用原設(shè)計采用明挖施工，管材選用鑄鐵管，內(nèi)徑600mm，管道設(shè)計內(nèi)壓1.0Mpa。參考設(shè)計要求，考慮非開挖施工的需要，工程改選用PE管。聚乙烯具有優(yōu)良的耐腐蝕性、較好的衛(wèi)生性能和較長的使用壽命，具有獨特的柔韌性和優(yōu)良的耐刮痕的能力，具有非常突出的耐低溫性能，具有良好的快速裂紋增長斷裂韌性，安裝連接方便、可靠，就施工方法而言，PE管道特別適用于非開挖工程。其熱熔焊接使管道具有一體化的連接方式，接頭強度高；優(yōu)良撓性使得PE管道走向容易依照施工軌跡的要求進行改變；良好的抗刮痕能力，使得管道不易損壞而漏水。采用導(dǎo)向鉆進技術(shù)，管徑可達600mm，管線長度一般可達300～400m，深度通常在10m以內(nèi)。對PE80級和PE100級而言，雙峰分子量分布的PE100級管材，其綜合性能要比PE80級好，尤其是PE100級的20℃、50年的蠕變抵抗能力提高，同時又保持了較好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能(ESCR)。同時，PE管材符合飲用水的要求。綜合考慮設(shè)計要求和施工要求，工程選用了DN630，PE100級，內(nèi)壓1.0Mpa的PE管，如下表。工程選用楓葉牌PE100級聚乙烯管材公稱壓力（MPaa）公稱外徑（mm）公稱壁厚（mm）SDR產(chǎn)地1.063037.417浙江4、軌跡設(shè)計和控向參數(shù)軌跡設(shè)計主要考慮設(shè)計平面位置、埋深的要求，地下公用管線的影響，鉆桿和管材的彎曲半徑等。確定定向鉆進過程中鉆頭的頂角、方位角、工具面向角、計算出測定空間坐標，設(shè)計出定向鉆進的軌跡圖及對特殊地層、地段制訂特殊施工方案，并且要把常用和應(yīng)急材料準備一定的庫存量，以防特殊情況的發(fā)生，保證施工各階段的順利進行。控向參數(shù)：按操作規(guī)程測定控向參數(shù)(方位角的數(shù)值)，要求盡可能多測取參數(shù)比較，以確定最佳方位角數(shù)值，在管中心線的三個不同位置測取，且每個位置至少測四次，并做好記錄。根據(jù)測定的數(shù)據(jù)標定方位角，方位角的誤差要小于0.2o。鉆進角和曲率半徑在大多數(shù)穿越施工中，入土角通常選擇在10-20度之間，多數(shù)施工應(yīng)首先鉆一段斜直線，然后再鉆一段大半徑曲線。此曲線的曲率半徑由成品管線的彎曲特性決定，隨直徑增大而增大。斜直線將導(dǎo)向孔曲線按照預(yù)定的走向引導(dǎo)到設(shè)計的深度，然后是在此深度上保持一段水平直線，然后到達向上的彎曲點再到出土點。出土角應(yīng)控制在10-20度之間，以便于成品管道的回拖。湖南路路幅寬40米，經(jīng)過細致的探測，查明了各個內(nèi)的各類地下管線，管線縱橫交錯，主要有給水、排水、煤氣、電力、電信等五種管線，最大管徑為埋設(shè)在道路中間的DN800排水管，最大埋深為2米。根據(jù)設(shè)計文件和地下管線探測結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場踏勘，導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計參數(shù)如下：管道埋深考慮主要排水管的影響，取管道最深點為h=5m；入土角取18°；頂管工作井水平距離為44米，進過計算確定頂管長度為45.6米。5、設(shè)備的選擇及施工過程回拖產(chǎn)品管線所需回拖力也就是管壁和孔壁之間摩擦力w，其由下式計算；w=[2p(1+ka)+p0]fL式中：w——管壁和孔壁之間摩擦力，KNp——土對每米管道壓力,KN/mka——主動土壓力系數(shù)，一般取0.3p0——每米管道重量,KN/mf——管壁和孔壁之間摩擦系數(shù),02~0.6L——管道長度，mka——主動土壓力系數(shù)，一般取0.3ka——主動土壓力系數(shù)，一般取0.3由上式可知，摩擦力主要取決于土對管道壓力p和摩擦系數(shù)f的大小。土對管道壓力主要與土層的性質(zhì)和導(dǎo)向孔的曲率有關(guān)。沙土的粘聚力小，對管道的壓力大，p一般按所敷管線直徑1~2倍高度土質(zhì)量計算；粘性土的粘聚力大，對管道壓力小，p一般按所敷管線直徑0.5~1倍高度土質(zhì)量計算。經(jīng)過計算，回拖力約為95.6KN，工程選用柳州產(chǎn)鉆神8030型導(dǎo)向鉆機，該鉆機回拖力F=300KN；安全系數(shù)K=300/95.6=3.14>2.0鉆神8030型導(dǎo)向鉆機參數(shù)表型號扭矩(N×m)回拖力(KN)重量（T）外形（長×寬×高高）803010000300246.3×2.1××2.36、定向鉆機的施工工藝測量放線→修墊場地→三通一平→設(shè)備進場→組裝調(diào)試鉆機→調(diào)試控向系統(tǒng)→鉆導(dǎo)向孔→預(yù)擴孔→管道回拖→設(shè)備離場→恢復(fù)地貌。6.1、導(dǎo)向孔施工采用射流輔助鉆進方式，導(dǎo)向孔鉆進是通過定向鉆的高壓泥漿射流沖蝕破碎旋轉(zhuǎn)切削成孔的，以斜面鉆頭來控制鉆頭方向。鉆頭內(nèi)的發(fā)送器，發(fā)送鉆頭的位置、頂角、深度、鉆頭的溫度、面向角等參數(shù)，這些參數(shù)由地面接收，供操作人員能及時準確確定鉆頭的具體位置、深度，并隨時通過鉆機調(diào)整鉆進參數(shù)，以控制鉆頭按設(shè)計軌跡鉆進。試鉆：各系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常后試轉(zhuǎn)，鉆進1-2根鉆桿后檢測各部位運行情況，各種參數(shù)正常后按次序鉆進。導(dǎo)向孔：導(dǎo)向孔的鉆進是整個定向鉆施工的關(guān)鍵，我們將采用水平定向鉆機進行整個穿越工程的施工。每鉆完一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便及時調(diào)整鉆頭的鉆進方向，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求，如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。6.2、預(yù)擴孔施工為成功的埋設(shè)管線，在導(dǎo)孔后將進行一次預(yù)擴孔施工，即采用包式擴孔鉆頭分級擴孔。在管件端將擴孔器裝在導(dǎo)桿組的尾端，擴孔器由鉆掘機組以旋轉(zhuǎn)方式沿已形成的導(dǎo)孔回拉，回拉時鉆掘液泵也會通過導(dǎo)桿提供鉆掘液給擴孔器，擴孔器會使用本身的噴嘴噴出鉆掘液，這些鉆掘液不但有潤滑及暫時支撐已擴大之孔效果，并會與擴孔過程中所刮下土塊混合，一起擠出到兩端的泥漿坑。這些泥漿在管件端會被集中到泥漿池，在鉆掘機組端則會馬上被分離再回收利用，為確保鉆孔中隨時有導(dǎo)桿組，所以當在鉆掘機組端取下一支導(dǎo)桿時，會由管件端在擴孔器后面增加一支導(dǎo)桿。6.3、PE管連接PE管道最主要的連接方式是熱熔連接，加熱板溫度為210度，管端加熱時間為10分鐘，持壓時間30分鐘。施工時，由于環(huán)境溫度比較低，平均溫度5-8攝氏度，風(fēng)力4-5級。PE管道的焊接必須由經(jīng)過專門培訓(xùn)的焊工進行操作，才能確保合適工作參數(shù)下其強度要求。另外在大風(fēng)的工作環(huán)境下，可能因冷卻加熱板，并導(dǎo)致不均勻溫度分布，故可能會對熔接質(zhì)量有致命的影響，當塵土污染加熱板和管端也將會導(dǎo)致接頭壽命大為減少。6.4、預(yù)埋管回拉安裝回拖是定向穿越的最后一步，也是最為關(guān)鍵的一步，在回拖時采用的方式是：邊回轉(zhuǎn)邊回拖的方式。在回拖時進行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成回拖力增大；管線回拖前要仔細檢查各連接部位的牢固?；赝贤瓿珊笠勒赵O(shè)計圖紙依次安裝兩岸彎管、彎頭與直管段，并與主管線連接。7、總結(jié)本工程將主干道的明挖施工改為非開挖定向鉆方法施工，解決了開挖路面影響交通的問題，減少了與其他公用管線的沖突。實踐證明，定向穿越與其它任何一種施工方法相比，對環(huán)境的影響最小，能提供障礙物下管線覆蓋的深度最大，因此對管線的保護作用最大，維修費用最