南水北调输水管道非开挖拉管施工技术

张 彬，熊 别

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，成都，610066)

南水北调主线通水后，其配套工程也在快速建设，工程以明渠、箱涵及各种管道形式将水输送到沿线市、镇水厂，施工中遇到穿越铁路、公路、河道等数量较多，以往主要采取开挖明槽埋管方式进行，但这对环境污染严重，影响交通的正常通行，而非开挖拉管施工技术很好地解决了这一问题。本文主要介绍该拉管的施工原理、具体施工方法及其质量安全措施。

1 工程概况

本标段为南水北调沧州配套工程水厂以上第一设计单元土建施工一标，负责交河支线、泊头支线及沧州市管理处的土建施工。其中，交河镇输水管道工程自石津干渠设置的交河镇分水口门引水至位于交河镇城区西侧的东辛阁水厂，管道全长3.718km，采用单排DN500球墨铸铁管(DIP)管道输水。穿越泊富路(G338)段施工桩号为2+643.64m～2+869.41m，水平长度为255.77m，穿越段输水管采用 PE100级、SDR17、DN500mmPE管，最大深度距地面7m。

2 拉管施工原理

拉管施工采用水平定向钻水平导向钻进，主要特点是，可根据预先设计好的铺管线路驱动装有契形的钻杆从地面钻入，地面仪器接受由地下钻头内传送器发出的信息，控制钻头按照预定的方向绕过地下障碍物直达目的地;然后，卸下钻头换装适当尺寸和特殊类型的回程扩大器，使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔扩大至所需直径，并将需要铺装的管线同时返程牵回钻孔入口处。在整个工作中，混合机组提供的钻孔混合液不断地从钻头的钻口嘴喷出，用以润滑钻头、钻杆和钻道，以提高整个工程的工作效率。

拉管施工场地布置在泊富路南侧，施工用电采用75kW柴油发电机，施工用水抽取五号干沟水，对外交通运输可由施工道路至泊富路。拉管施工平面布置见图1。

图1 施工平面布置

3 拉管施工方法

拉管施工工艺流程见图2。

图2 工艺流程

3.1 现场勘察

首先应查明拉管施工区域的地下分布情况，根据图纸和现场情况核实其位置、深度等，并采用测量仪器勘查和检测待穿越拉管的深度，做好设计保证，对有可疑地方或关键之处，可挖槽进行进一步的确认。

3.2 测量放线

测量主要内容是测量钻孔中心线和对应地面各点标高，每6m做一次测探记录。首先在入射端设一基准点，在钻孔中心线上每6m设置一个标记，标高突变之处增设一个标记，并在每个标记上标明该点的标高和基点的距离。导向孔施工前，应对导向仪进行标定或复验，以保证探头深度。

3.3 设备安装

本工程输水管道管径为500mm，施工设备选用FDP28T型水平定向钻机，该设备为履带自行式钻机。设备安装前，首先对场地进行平整，然后将设备开至入射点，准确调整钻机的位置和角度，保证入射点位置准确。

3.4 导向孔钻进

导向孔钻进是本工程的关键。施工中严格按照设计曲线和操作规程进行导向孔钻进，并用探测器随时探测钻头的位置，根据现场情况随时调整，保证导向孔符合设计曲线。钻孔段要尽量保证平直，平均每6m测量一次深度，随时监视钻头倾角和左右偏差。导向钻头倾角控制在±2%之间，上下左右偏差控制在20cm以内。同时，根据钻进行程及不同的钻进地层情况，确定泥浆钻进的冲洗液。

3.5 线形控制

在施工过程中，及时测量拉管机及管节的位置，以把握偏离设计中心线的程度，测量项目包括拉管机的位置、倾角、偏转角、转角、千斤顶的行程和管节的位置等。基于上述测量的结果，作图画出拉管机及管节与设计中心线的位置关系，预测下一节拉管中心线偏差，以便提前采取纠偏措施。

方向控制应遵循以下原则:(1)发现偏差趋势，及时纠偏;(2)纠偏采用渐进方式，使拉进的管节逐渐复位;(3)只有在刀盘旋转的情况下方可进行纠偏操作;(4)纠偏过程中加大测量频率。

3.6 扩孔护壁

导向钻孔由工作井钻入接收井后，卸下导向钻头，换上φ300mm回扩头进行回拉第一次扩孔，第一次回扩结束后换上φ400mm回扩头进行回拉第二次扩孔，第二次回扩结束后换上φ500mm，第三次回扩结束后换上φ600mm回扩头，第四次回扩结束后换上φ700mm回扩头，DN500管扩到φ700mm，达到管道一侧不小于10cm满足要求。在最后一次扩孔时，用膨润土20%，转液宝1%，水75%在泥浆搅拌机内搅拌成糊状，用高压注浆机一并注入，形成泥浆套。

3.7 拉管

在最后一次扩孔的同时，安排人员同步作业，连接涨紧式拉管头、U型卡子、拉管盘、分动器、扩孔钻头和钻杆，以此将钻杆与被拉管连接。然后启动钻机回转拉管，由此分动器配套，隔离了钻杆的回转运动。

管道焊接采用专用PE管热熔焊接机，将每12m一根管道焊接成要求长度。为了保证焊接质量，焊接时4MPa压力保持时间在20min以上。在扩完孔后，采用拉管接头将钻杆与被拉管连接，然后启动钻机拉管。

在管道尚未入孔，仅在地表被拖行时，观看钻机仪表显示的回拉力是否正常和稳定。在管道入孔后，回拉力会缓慢上升，如回拉力突然上升，应采取加大泵量，加大化学泥浆降阻等技术措施，保证回拉力维持在10t以内，直至拉管完毕。

3.8 钻进运行记录

在施工过程中，由专职人员做钻进运行记录，以便及时进行钻进。运行记录见表1。

表1 钻进运行记录

4 管道试压

4.1 试验前准备工作

4.1.1 加压设备选用VMP50×16水泵，压力计选用0.4级压力表，表盘直径150mm，最大量程1.6MPa，表盘刻度至0.01MPa，可估读至0.001MPa，管道两端各设一个压力表。

4.1.2 堵板选择。利用同管径长度0.5m的钢管，一段利用橡胶圈与铸铁管连接，另一段利用18mm钢板与之焊接钢管顶端加设排气阀门、压力表、及注水管道。

4.1.3 后背设计。后背设在原状土及人工后背土上，土质松软时采取加固措施，即利用150mm×150mm方木满排，后背墙面平整并与管道轴线垂直。后背采用50mm×100mm槽钢焊接成骨架，成四棱台型，后端与方木紧连，前段利用四台5t的千斤顶与堵板连接。

4.1.4 水源进水设计。水源采用泊头市水厂饮用水，交河镇地下无污染水。利用水泵自进水口进行注水，管道注水时打开排气阀门，使管道内的气体自然排出。注水过程中，注意观察排气阀门有水溢出方可关闭阀门。

4.2 水压试验

4.2.1 注水完成充分湿润24h后，用加压泵向管内注水加压，逐步缓慢分级升压(每级0.2MPa)，每升一级后稳压不少于15min，检查管道有无渗漏处，管件有无损坏现象，情况正常时方可继续升压。升压至设计压力后，保持恒压30min，进行管道、管件、外观检查，若无漏水现象即为合格。

4.2.2 管道升压时，若压力表针摆动不稳，且升压较慢时，应重新排气后再升压。

4.2.3 水压试验经检查后背、支墩、管身、接口无异常现象时，再继续升压。

4.2.4 水压试验完成后，立即排水解除管道内压力，填写试验记录，经有关人员签字后归档，再拆除后背和试压短管，封闭管线。管道排水结束，封堵管道后，按要求将未覆土部分回填好。水压试验记录见表2。

表2 给水管道水压试验记录

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5 质量安全措施

5.1 根据图纸要求、设备机具的性能、被穿越障碍的距离、管线埋设深度等情况，拟采用入土角为13°，出土角为8°～10。

5.2 拉管通道形成的同时，应及时对施工的区域进行灌浆，防止地面沉降。使用泥浆池，需周围设置护栏，夜间设标识。

5.3 热熔对接时对接端应切割垂直，对应连接件应在同一轴线上，对接后应形成均匀凸缘。

5.4 焊接完毕后，检查观测孔内物料是否顶起，焊缝处是否有物料挤出。合格的焊口应是在熔焊过程中，无冒(着)火、过早停机等现象，电熔件的观察孔有物料顶出。

5.5 防触电报警系统。一旦地下钻头触及电缆等带电体后，钻机发出触电报警，此时操作手必须坐在座椅上不得离开，以免触电。报警解除后，操作人员方可离开钻机。

6 结语

输水管道在穿越道路施工中，采取了上述拉管法的施工技术措施，可有效减小对环境、道路交通的有害影响，保证道路的安全与使用功能，提高了功效，保障了施工质量，在类似工程中可借鉴应用。