非开挖拉管施工技术在江门市东海路De900PE管工程中的应用分析

袁琴川

（江门融浩水业股份有限公司　广东江门　529020）

非开挖拉管施工技术在江门市东海路De900PE管工程中的应用分析

袁琴川

（江门融浩水业股份有限公司广东江门529020）

在给排水、电力、通信等领域的新管道建设和旧管道修复等工程施工中，传统的开挖施工会影响交通和破坏环境，甚至部分地面建筑不能拆除或道路不能开挖，因此非开挖施工技术应运而生。目前非开挖施工技术比较常见有顶管、盾构、拉管等。对于DN1000及以下的市政供水管道，采用拉管技术，优点在于成本低，工期短，无需降低地下水位，施工人员较少。针对江门市东海路De900PE管工程，采用了非开挖拉管施工技术，制定了可行的施工方案，对穿越路线、定向钻探、泥浆配制、扩孔及拉管等关键性施工工艺进行了详细分析，并给出了合理建议和施工中应注意的问题。

拉管；定向钻孔；扩孔；泥浆

随着江门市江海区化工专区各企业的进驻，园区规模不断扩大，用水量也不断增加。因此拟沿东海路敷设DN800给水管至南环路，以保障该工业区及沿线区域的用水需要。从东海路东侧现状DN800mm给水管开口，沿东海路侧新建一条DN800mm给水管至东海路与南环路交叉口东侧处，管材为球墨铸铁管，线路总长度约为5km。该沿线有段给水管横过东海路段，由于此处交通发达，若采用普通开挖施工不但会破坏现有路面，还会对交通产生巨大影响，因此决定采用非开挖拉管施工技术。管材采用公称压力为1.0MPa的PE给水管，公称外径选用De900与公称直径DN800球墨铸铁管相匹配，长度约120m。工程施工流程为：前期调查→确定施工方案及穿越路线→选择机械设备→进场→开挖工作坑→钻机就位→配制泥浆→导向钻进→管道焊接→扩孔→回拖敷设管道→焊收口法兰→竣工。

1　前期调查

项目开工前，要对施工区域进行地表调查、地下勘察和地下管线探查。地表调查主要是调查施工现场是否满足工作坑开挖，机械设备摆放和操作所需场地；地下勘察主要是掌握施工区域地下地质状况，应有详细地质勘察报告为依据；地下管线探查极为重要，涉及到施工过程中可能对地下其他管线或构筑物产生破坏，应从三个方面考虑：①查阅相关资料；②根据现有的地面井盖及标示进行分析；③利用探测仪进行探测地下管线，本工程采用的探测仪器有DCI月蚀导向仪，LD6000管线探测仪，经过实地探测，拉管施工区域地下有通讯光纤，厂区排水管，路灯线。在制定穿越路线时，应避开其他管线。

2　施工方案

2.1穿越路线

穿越路线应安全有效、技术可行、经济合理，确定入土点和出土点位置，计算管道长度。定向钻穿越路线勘察必须进行初步勘察，以判断路线的可行性，最后确定穿越路线。

前期调查测得地下管线为通讯光纤，厂区排水管，路灯线。经过综合分析，东海路过路段，该段采用非开挖水平定向钻孔拉管技术施工，全长约120m，拟牵引入射角约15°，出土角度约13°，制定可行的穿越路线如图1～2。

图1　De900mm非开挖拉管施工平面图

2.2机械设备选用

钻进设备是拉管施工过程中的动力组成部分，主要是提供推进力和拉力，施工之前应合理选择钻机设备。设备推进力和拉力过大会造成成本增加，过小会造成推动力和拉力不够，导致无法施工。根据《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）中条文6.6.2规定，最大控制回拖力应满足管材力学性能和设备能力要求，总回拖阻力的计算公式如下：

图2　De900mm非开挖拉管施工剖面图

式中：P——总回拖阻力（kN）；

PF——扩孔钻头迎面阻力（kN）；

P1——管外壁周围摩擦阻力（kN）；

Dk——扩孔钻头外径（m），一般取管道外径1.2～1.5倍；

D0——管节外径（m）；

Ra——迎面土挤压力（kN/m2）一般情况下，黏土可取500～600kN/m2，砂性土可取800～1000kN/m2；

L——回拖管段总长度（m）；

f1——管节外壁单位面积的平均摩擦阻力（kN/m2）[1]。

本工程中Dk=1.1m，D0=0.9m，Ra=500kN/m2，L=120m，f1=3.0kN/m2，经过计算P1=1017.36kN，PF=474.93kN，P=1492.29kN。

根据上述计算结果，本工程选用ZT-150型非开挖铺管钻机可满足施工要求，主要技术参数如下：钻机输出扭矩：66000N·m，输出转速：0-40/0-80rpm，钻机回拖力：1500kN，给进力：1500kN，入土角：7～18°。导致轨道偏移，影响后期拖管。②扩孔若未按级次进行，跨经扩孔，导致阻力增大，影响施工。③扩孔孔径过大或过小，扩孔过大会浪费大量泥浆，甚至会引起塌孔事故，破坏地面构筑物，扩孔过小则会导致拉管阻力急剧增加，严重时会导致无法施工。

处理方法：扩孔最终成孔直径应为1.2～1.5倍管径，PE管径为De900mm，选择1100mm作为最终扩孔目标。扩孔按级次进行，初次扩孔尺寸为200mm，然后为300mm，400mm，500mm，650mm，800mm，950mm，1100mm，从小到大，每次扩孔控制在100～150mm之间。在扩孔过程中，记录钻进时间、扭矩、轴线角度、顶拉力等情况，若发现异常情况，应立即停止施工，查明原因并采取相应措施后再施工。由于该工程地质状况原因，最后一级扩孔的回拖力和扭矩仍然较大，因此进行重复扩孔，以促进孔壁成型和稳定。根据工作坑流出的反浆，随时调整泥浆稠度，保证扩孔顺利进行。扩孔完成后应立即进行铺管工作，尽量减少钻孔裸孔的时间[3]。

2.3.3泥浆的配制

泥浆由膨润土、水和部分添加剂组成，泥浆应在专用的搅拌装置中配置，通过泥浆池循环使用，泥浆的好坏直接影响到整个工程。根据地质勘察报告，针对该路段软弱土地质特点，在配制过程中提高泥浆比例，并添加提高护壁性能化学试剂。定向钻孔阶段，钻头钻进过程中注入泥浆，扩孔阶段不断增大孔洞面积，需不断补充泥浆，使得流动性的泥浆悬浮在孔洞里面，当采取拖管时，泥浆起到润滑的作用，降低机械扭矩。混合着土屑的泥浆能顺着孔洞排出，孔洞与管道之间的间隙处也被泥浆填满，吸附在孔壁上，由于添加剂的作用，泥浆能迅速吸附在孔壁处，并形成坚固的保护层，防止孔洞坍塌，解决了该路段地质不稳的问题（如图3）。

2.3主要施工工艺

2.3.1定向钻孔

定向钻孔的顺利完成对整个工程具有里程碑式的意义，在此过程中会遇到许多问题，针对本工程实际情况，列举施工过程中影响定向钻孔的几个因素：①该路段其他管线施工年代久远，无法查阅详细资料，若探测不准确，对施工过程带来极大不便，定向钻孔稍有偏差，甚至会造成其他管线的破坏；②定向钻孔处于地表层，该路段位于河道一侧，地质条件多为软弱土，如饱和淤泥粘土、沙土，由于掘进钻头的摩擦阻力过小，不能完全平衡锤体前进时后座反作用力，降低穿越成功的可能性，易造成坍塌、成孔不规则；③该路段为软土路基，部分路基由小型石块填压而成，钻头高速旋转，若遇到卵石或石块，会产生巨大摩擦，对钻头造成磨损，严重时会造成轨道偏离，导致施工受阻。

处理方法：加强探头测量精度，尽量避免其他信号干扰。选择合理的钻进轨迹，尽量避开坚硬石块层，根据地层变化和钻进深度，适时调整钻进参数。钻进开始阶段路基为回填土，土质较好，开钻时采用轻压慢转，进人淤泥段时，采用轻压快转以保持钻具的导向性和稳定性，减少停钻时间，在停钻时，仍需注入适量泥浆，维持孔内正压，以保证钻机性能更好地发挥。施工过程中，密切注意钻进过程中有无扭矩、钻压突变、泥浆漏失等异常情况，发现问题立即停止施工，待查明原因并采取相应措施后施工[2]。

2.3.2扩孔

扩孔是钻孔后、拉管前一道工序，经过多次扩孔来增大钻孔直径，以达到拉管要求。影响该工程扩孔因素有：①由于本工程选用的ZT-150型非开挖铺管钻机的扩孔钻头重量较大，若在孔洞停留时间过长，钻头因重力作用下沉，使得孔径不均匀，甚至

图3　施工现场图

3　结语

对于非开挖拉管施工，关键性施工步骤有以下几点：①根据前期调查，合理选择穿越路线；②根据实际施工过程中需要的推进力和拉力，合理选择拉管设备；③根据不同的地质条件，配制比例不同的泥浆；④保证关键性施工工艺定向钻进、扩孔、拉管顺利进行。每个步骤都至关重要，在实际施工过程中，严格的把好每一关，使得拉管工程顺利完成。

[1]《给水排水管道工程施工及验收规范》.中华人民共和国住房和城乡建设部及中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局联合发布，2008，10（100）：1～12.

[2]乌效鸣，李晓芬，向天昌.对影响非开挖钻孔孔壁稳定性的分析[J].非开挖技术，2006：2～3.

[3]陈志成.水平导向钻进非开挖铺管技术应用[J].市政技术，2005，23（1）：19～22.

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