定向穿越惠济河钻进拖拉梅花管施工实践
2017-01-20郭涛
郭涛
(山西省汾河灌溉管理局,山西 祁县 030900)
定向穿越惠济河钻进拖拉梅花管施工实践
郭涛
(山西省汾河灌溉管理局,山西 祁县 030900)
为美化古城形象,在平遥县惠济河治理中将地上网线下地,需从河底穿越埋设梅花管。面对高差大、盲区长、流砂层及管材不能承受拉力的情况,设计了直拖法、护三根铅丝法、护钢丝绳加卡法、PE管内穿梅花管法等穿越方法。经现场试验和方案比较,采用了管内套管方法。阐述了穿越过程的施工工序,可为其他工程设计提供依据。
定向穿越;管中套管;膨润土固壁;惠济河
1 概述
为改善古城环境,需将网线、电线等线路埋于地下,平遥县惠济公园项目是整治古城周边环境工程的一部分,工程位于九眼桥东侧惠济河,河内工程已完成,但由于河底板由钢筋混凝土筑成,直埋开挖费用大、费工多,故需采用定向穿越拖拉梅花管的方法予以解决。
2 穿越工程难点
本穿越工程位于平遥古城墙350m的惠济河上,在九眼桥东侧10m左右。穿3根直径10cm的7孔塑料空心管。根据现场勘察,工程主要存在以下难点:
一是高差大。本穿越工程惠济河桥面到桥底为5m,河底下设计5m穿越,河堤基础1.5m,高差大于10m,河堤、桥底、设计埋深,复杂的施工条件形成了高落差,给施工带来了很大困难。
二是跨度小。原设计穿越长度300m,这样可使穿越角度变小,适应管的弯曲要求,使管线变缓。但业主提出只能穿线160m,加之塑料管拉应力不能超过150m,因此跨度只能缩短为160m,给穿越带来很大难度。
三是盲区长。此段惠济河整治河槽在2号钢板闸上,蓄水深度达2m以上,故采用混凝土底板,混凝土底部配筋较密,双层钢筋直径14cm,10cm的网络,钢筋混凝土结构对地磁接器的信号干扰严重,在惠济河底形成盲区达85.5m,该段距离不能调正方向,只能进行水平钻进。
四是流砂层。惠济河是汾河的支流,地处黄土高坡,地质中粉细砂含量较多。淤积层的粉细砂在钻进过程中会塌孔,钻孔难度大。
五是拉力差。塑料梅花管为PVC材质,主要保护线路和绝缘,能承受的拉力较小,只能在孔中不受任何阻力的情况下顺直拖行,穿越施工难度较大。
六是波管阻。在河道两边有0.8m的排污管线,南面管线埋深3.6m,北面管线埋深5.5m。排污波纹管对穿越线路形成很大的障碍,难以钻进,从下过管线增加超出160m,不符合要求。
3 穿越方案
3.1 穿越长度
根据穿越现场条件,两边有污水管,南深3.6m,北深5.5m,从污水管下穿过,可与河底高程一致,盲区85m,为盲区作业做好准备,及早使钻杆调正为水平,考虑减少管的坡度,计划穿越长度280~300m。梅花管材质为塑料,在没有任何阻力的情况下仅能拉行150~160m,根据专业需要,需缩短管线长度,确定为160m。
3.2 穿管方案
为保证梅花管穿越顺利进行,提出以下五种方案进行比较。
直拖法:导向成功后,用0.3m的钻头直接带3根直径0.2m的梅花管,探孔直径为需要穿管直径的1.2~1.5倍。按照穿越规范,该方法可行,但由于塑料管可承受的拉力太低,在受拉过程中成功率不高,故不予采纳。
护三根铅丝法:将3根梅花管护上3根8号铅丝,每隔5m用10号铅丝固定,形成一个整体,导向完成后用0.3m的钻头直接带管。考虑到穿越过程中卡子会形成较大摩擦力,不予采纳。
护钢丝绳加卡法:用直径12cm的钢丝绳拖拉,钢丝绳承担拉力,用卡子将梅花管固定,形成整体,拖拉钢丝由钢丝带动梅花管。该方法穿越失败。
管直接法:导向完成后,用0.3m的钻头直接带3根直径2~3cm的PE管。此方法承受的拉力和压力均可满足要求,但由于改变了施工材质,需经业主同意,没有采用。
PE管内穿梅花管法:采用直径0.3m的PE管作为拉力管和保护管,内穿3根梅花管。梅花管作用内联接不能增加阻力,虽然费用有所增加,但保护了梅花管,且穿越成功。
综合比较,在定向穿越施工实践中,直拖法适用于短距离穿越,是应用最为广泛的一种。PE管内穿梅花管法,利用强度高的PE管内套梅花管,既满足了工程技术要求,也没有变更工程材料,成功进行了穿越。
4 施工过程
4.1 施工机械
ED-320水平定向穿机1台,3M90钻杆60根,GL300导向仪1部,拉水车2台,拌搅罐1台。
4.2 场地布置
根据工作任务和施工现场,安排接收坑和工作坑。主机位于工作坑后方,机具场和拌合场尽量靠近主机。接收坑规格为1.5m×2m×1.5m(长×宽×高),工作坑规格为1.5m×1.5m×1.5m(长×宽×深)。
4.3 施工工序
4.3.1 第一次穿越
首先是校正仪器。固定探头分别在地面同一轴线上的3m和10m处校正。其次是钻孔进行导向。将探头装入掌(起导向和钻进作用)后钻杆内开始钻进。按照轨迹图钻进,提前将钻杆调正,用6点和12点交叉钻进获得导向成功。实际钻进过程中,在盲区钻杆中心向左偏1.4m。然后是扩孔。将导向用的掌拆去,换上扩孔的0.3m钻头,回拉钻杆进行扩孔,回拉过程中在尾端连钻杆,保持孔内钻杆完整。第二次用0.4m钻头杆扩孔。在扩孔过程中用膨润土进行固壁。最后是拖管。将用3根直径12mm的钢丝绳和9个卡子固定好的梅花管用0.3m的钻头进行回拖,拖到106m处时没有拉力,拖管失败。失败原因是钢丝绳的卡子在拖拉过程中被卡住,大力拖拽使PVC梅花管断开。
4.3.2 第二次穿越
在认真总结失败原因的基础上,进行第二次穿越。为防止卡子和钢丝缠住原线路,导向线路向东移3m。仪器校正、钻孔导向同第一次穿越方法,扩孔时增加了0.5m的钻头进行扩孔。采用管中套管的方法,将PVC梅花管装入可以适应拖拽拉力的PE管中,并进行拖拽。梅花管向PE管装时采用细线拉铅丝、铅丝拉梅花管的方法进行。第二次穿越成功。
5 穿越经验
5.1 管中套管
管中套管是此次穿越工作成功的关键,采用PE管材承受拉力,将梅花管穿在PE管中,利用PE管外壁光滑、承受拉力大的特点,满足了工程要求。
5.2 穿管技术
在施工过程中,为将PVC梅花管穿入PE管,首先是直接穿管,穿到15m时穿不动,然后穿8号铅丝,但穿到10m左右时钢丝形成卷,穿不过去,将PE管顺直形成坡度,将缠好的线球使其在管中滚到另一端,然后拖铅丝,再用铅丝拉PVC梅花管。如果管道再长,线球穿不到管中,可采用磁铁牵引线的方法进行。
5.3 膨润土固壁
本工程为地下穿越工程,穿越对象是惠济河,地下砂层较厚,地下水位高,流沙地质是影响穿越成功的主要因素。膨润土作为钻进泥浆中的泥浆增稠剂、乳胶稳定剂,使钻进泥浆具有较好的流变性和携带性,故能有效润滑钻进。膨润土作为一种很好的提粘提切助剂,可防止在穿越过程中塌方。钻进时采用边钻、边加膨润土的方式固壁。
5.4 加大扩孔
加大扩孔孔径,可减少拖拽过程中的接触面,减小摩擦力。本穿越工程穿越直径0.4m的PE管,最后扩孔孔径为0.5m,成功穿越。
6 结语
定向穿越惠济河钻进拖拉梅花管施工实践,从技术上根据实际施工条件采用了管中套管方法,解决了定向穿越过程中拖拉材质不能满足拉力的要求。该施工方法可运用在长距离的穿越和平面交叉建筑物的穿越工程中。
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郭涛(1980-),男,2013年毕业于河海大学水利水电工程专业,工程师。
2016-02-12;
2016-03-23