拉管施工工藝設計方法

拉管施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-GS-0104-2011市政環(huán)保公司謝學武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開挖的方式,對支護要求高,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、對地層結構破壞小、施工安全可靠、周期短、社會效益與經濟效益顯著等優(yōu)點。1.2工藝原理主要是采用地下定位系統(tǒng),通過導向,分級擴孔的方法,確保鉆機按預定的軌跡完成導向孔,從而達到準確鋪管的目的。導向孔的施工主要依據(jù)設計軌跡,采用導向鉆頭內的探頭盒發(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)。導向儀是導向鉆進的眼睛,它能使操作人員能夠及時、精確地掌握鉆進情況,隨時調整鉆進參數(shù),確保鉆機按預定的軌跡完成導向孔,從而達到準確鋪管的目的。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響大,路面、房屋等需要大面積拆除并恢復而導致的資源浪費,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4主要引用標準《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》〔GB50268、《頂管施工技術》〔人民交通出版社《輸油管道工程設計規(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規(guī)程》〔CECS164、《鋼質管道焊接及驗收》<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)輸送鋼管交貨技術條件第二部分：B級鋼管》<GB/T9711.2>、《水平定向鉆進技術規(guī)范》〔中國非開挖協(xié)會。5施工方法根據(jù)設計軸線位置及管道埋深,在施工范圍內通過現(xiàn)場調查、查閱資料、探測等手段調查清楚地下管線的分布情況后進行鉆孔曲線設計,通過導向、分級擴孔后將焊接連通的管道一次性拖拉至孔內,然后進行后續(xù)的檢查井等施工。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測量放線按設計軸線,結合坐標定位與相對定位法,將管道軸線標示與既有的路面等設施上。6.2.2地下管線的探測6.2.3鉆孔曲線設計：1鉆孔曲線設計：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〔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3～5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,至少應有一根鉆桿長度達到管道直線段坡度要求。6入土角不宜超過10°,出土角按導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)鉆桿允許轉向角根據(jù)土質條件,鉆桿長度、材料等因素確定,土質越軟,а角越小,а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所示進行計算：圖5回拖力計算示意圖式中Pt――回拖力〔KNPy――擴孔鉆頭迎面阻力〔KNPf――管周摩阻力〔KNDk――擴孔鉆頭外徑〔m,一般為管道外徑1.3～1.5倍；D――管道外徑〔mRa――迎面土擠壓力〔Kpa在上海地區(qū),粘性土Ra在50～60Kpa；砂性土在80～100Kpa；L――管道長度〔mf――管周與土的摩擦系數(shù)〔Kpa,在上海地區(qū),粘性土f在0.3～0.4Kpa,砂性土在0.5～0.7Kpa；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：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,最大拖拉長度可適當增加。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,寬度在1.5m左右,長度在8m左右即可。6.2.5鉆機就位及試運轉按施工布置圖將鉆機及附屬配套設備安放在預定位置,進行系統(tǒng)連接、試運轉,保證設備正常工作。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鉆導向孔1導向孔施工步驟：1探頭裝入探頭盒。2導向鉆頭連接鉆桿。3轉動鉆桿測試探頭發(fā)射是否正常。4回轉鉆進2m左右。5開始按照造斜軌跡進行鉆進。6完成直孔段鉆進。7按照造斜軌跡進行鉆進。8導向孔完成。2導向孔施工應注意事項：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點的確認工作,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向孔施工前,應對穿越的地層進行分析,以掌握其工程地質特性,保證鉆孔施工時技術參數(shù)的合理性。4導向孔施工時,要保證導航員與鉆機操作人員的協(xié)調一致。5導向孔鉆進時,要隨時掌握導向孔實際軌跡線,以使導向孔軌跡與設計軌跡之間偏差在設計要求的范圍內,發(fā)現(xiàn)偏差超標要及時糾正。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)質的堿性電池,保證導向儀有足夠的工作時間,確保導向孔施工時一次性完成〔見圖6、圖7、圖8、圖9。圖6導向鉆頭入土圖7導向圖8導向完成圖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按照擴孔級次重復施工步驟,直至最終孔徑2擴孔分級實施擴孔,故預擴孔施工最終擴孔寸徑比設計要求大一級擴孔,清孔,例：φ250mm、φ350mm、φ450mm、φ550mm、φ650mm、φ750mm、φ850mm。最終擴孔直徑保證≥1.5倍的鋪管直徑,確保管線鋪設通道通暢〔見圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15。圖10安裝擴孔器圖11擴孔拉進〔小管徑、大管徑需要提前分級擴孔圖12擴孔鉆進、拖管圖13擴孔鉆進、拖管曲線圖14擴孔、拖管到達接收坑圖15擴孔頭分離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。回拖力計算公式Ｆ拉＝ΠL2f[<D2/4>γ泥–7.85δ1〔D-δ1]+k粘ΠDL2式中:Ｆ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；γ泥——泥漿的密度〔t/m3;δ1——管子的壁厚〔m；k粘——按照施工規(guī)范的要求,鉆機應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)質泥漿。泥漿在定向穿越中起關鍵作用,需要針對不同的地層采用不同的泥漿,若地質情況復雜,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)不同的地質條件,和不同的施工工序,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,經沉淀之后處理；在鉆機場地也挖一個的泥漿回收池,泥漿經過回收池沉淀后,再經過泥漿回收系統(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得出的,若地質條件改變,其配制方案也隨之改變：1鉆導向孔階段要求盡可能將孔內的物質攜帶出孔外,同時維持孔壁穩(wěn)定較長的時間,保持孔內泥漿面,減少阻力,其基本配方是：7—8%預水化膨潤土+0.2—0.4%增添劑+0.3%降濾失劑+0.2%固體潤滑劑。兩端砂層加0.2%單項壓力封閉劑2預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：7—8%預水化鈉基膨潤土+0.2—0.4%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：7—8%預水化鈉基膨潤土+0.2—0.3%提粘劑+0.3%降濾失劑+0.4—0.6%的潤滑劑〔RT—988+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)場施工人員需求表〔每臺鉆機配備崗位職責人數(shù)項目經理負責整個項目的施工質量、進度、安全的控制1人技術員負責整個項目的控向等技術操作、資料管理工作2人施工隊長負責全班施工,協(xié)調各工序間操作1人施工副隊長輔助隊長負責全班施工,協(xié)調各工序間操作1人質檢員負責工程質量檢查1人安全員負責施工安全1人吊機操作手操作鉆機吊車施工2人駕駛員負責卡車和面包車的駕駛工作2人泥漿工負責泥漿配制4人挖機操作員操作挖機2人機械﹑電工負責維修使機械正常運轉1人技工輔助施工6人后勤負責后勤保障1人8主要機具設備主要機具設備如表3：表3主要機具設備表設備名稱規(guī)格〔型號單位數(shù)量生產國〔廠家水平導向鉆機DL1500臺1XX鉆具9"泥漿馬達套1XX導向儀月蝕套1美國DCI公司泥漿車10噸臺1XX工程\運輸車依維柯\解放輛2國產發(fā)電機50KW+130KW臺2國產、國產污水泵5．5KW〔3.5KW臺4國產泥漿泵15KW/7.5KW臺2國產高壓泥漿泵949臺1國產9質量控制9.1易出現(xiàn)的質量問題易出現(xiàn)的質量問題主要有：9.1.1管材的環(huán)剛度不能保證；9.1.2管材的焊接質量缺陷；9.1.3定向穿越偏差及泥漿的配置質量不能保證從而導致塌孔。9.2保證措施9.2.1材料控制1各種材料要有產品質保書、出廠檢驗合格證等,并經我公司檢驗人員及監(jiān)理驗收合格后方可投入使用。任何未經驗收合格的材料不得投入使用。2組織專人進行材料采購,按照"質優(yōu)、價廉、就近、及時"的原則進行。3現(xiàn)場材料驗收合格后,按照公司有關要求貯存和使用,以確保整個過程中不損壞、不變質和不丟失。9.2.2定向鉆焊接質量控制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為保護補口防腐在拉管時不被破壞,在補口的拉管前進方向一側增加半個熱收縮帶,且補口應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水源采用經凈化處理后的當?shù)睾铀?水經過沉淀池沉淀,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40～60s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?鉆機及配套設備就位準確可靠,導向孔不得急于求快,要認真復核,參數(shù)要求準確,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,如有異常及時匯報,必要時征得建設單位同意和支持。鉆孔曲線要圓滑,擴孔要耐心細致,且要做好詳細記錄以便分析復核。10安全措施10.1主要安全風險分析10.1.1由于導向過程中遇到障礙物或信號干擾,容易出現(xiàn)導向偏差太大現(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、鉆桿質量缺陷及扭矩、拉力過大引起脫扣或鉆桿斷裂；10.1.5孔內塌方,成孔不好致使拉管阻力過大；10.1.6孔內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,修改導向軌跡避開障礙。10.2.2立即停止施工,保護現(xiàn)場,通知有關部門,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；采用導向鉆頭在原孔位鉆進至出土點,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)場泥漿專人進行清理、打掃,要及時清理出現(xiàn)場,并