地下空间拉管施工技术

苗新辰 王叡鹏 张英雷 张璞岩 刘明洋

中建一局集团第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程简介

京东方（河北）移动显示技术有限公司（二期）工程建筑面积45 775.66 m2，包括主生产厂房在内共5个单体工程，厂房地上4层，结构形式为框架结构。为满足建筑功能需要，在室外工程管线施工期间需从既有厂区锅炉房横穿中央大道向在建工程引入室外管线，待铺管道共计18根，总长度约500 m。因施工区域涉及城市主干道，不宜进行大面积明挖施工作业，故拟采用地下空间拉管施工对室外管线进行铺设[1-4]。

2 拉管施工特点

1）免明挖：不开挖沟槽即可完成地下管线的施工，将开挖施工中存在的对交通、周边建筑及地下管线的影响降至最低，也不产生路面、房屋等需要大面积拆除并恢复而导致的资源浪费，产生的建筑垃圾少。同时，避免了埋深较深沟槽开挖施工时易导致塌方等问题，从而保证了作业人员的安全问题。

2）成本低：因无需进行道路破碎、恢复即可完成施工，拉管施工技术可节省大量人工和二次拆除恢复费用，减少资源浪费，同时避免交通堵塞，达到绿色环保及文明施工要求。

3）工期短：拉管施工周期短，与传统明挖埋管法相比，大大缩短了施工工期，无需考虑土方运输堆放问题，只需运输少量泥浆。

3 拉管施工工艺原理

拉管技术原理是利用水平定向钻机、导向钻头及导向仪等施工机具，按照设计的穿越曲线图，先钻出一个与设计曲线轨迹相同的导向孔，到达另一侧时卸下导向头换上较大直径的扩孔钻头进行反向扩孔，最后将产品管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线铺设的施工过程（图1）。

4 拉管施工技术

4.1 施工工艺流程

测量原有地下管线→开挖工作坑→钻机就位→钻孔泥浆配制→钻导向孔→反向扩孔→管道回拖→管头分离→现场泥浆处理

4.2 施工工艺流程

4.2.1 测量原有地下管线

地下管线探测有以下3种方式：第1种是人工打开沿线各种管线井盖，直接测量管线埋深和走向；第2种是使用管线探测仪沿拉管所要经过的线路进行物探；第3种是联系市政或管线实际管理单位，由对应单位派人进行现场交底。根据已有地下管线资料和勘探成果确定穿越路线，确定钻机入场与停放位置，确定钻进入土点和出土点。

图1 拉管施工工艺原理

4.2.2 施工准备

在施工开始前，现场应做以下准备工作。一是开挖工作坑，工作坑位置、尺寸及深度应根据设计文件、现场条件确认，并应满足施工过程中积存的泥浆和钻出的渣土运输处理需要。若在开挖深度较深或周边土质较差的区域，则应进行基坑支护处理，支护方案需经专家论证后方可施工。工作坑内挖集水槽，在工作坑坑角设集水坑，准备2台泥浆泵，1台工作、1台备用。二是做好钻机的准备工作，导向施工前应检查导向系统（接收器、发射器、远程同步监视器）电源、信号信道是否匹配，按照操作说明书对导向系统进行校准，并进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。钻机应安装在设计轨迹延伸线的起始位置，并选择钢板箱或预埋地脚螺栓作为地锚以保证钻机的稳定性。

4.2.3 钻孔曲线设计

1）确定钻孔类型和轨迹形式：钻孔类型及轨迹形式应综合考虑穿越空间内地质条件（含水文环境）、拟铺设的管线性质类型及铺设要求、地上地下障碍物环境因素、文明施工和经济性等因素。

2）确定入土点和出土点位置：入土、出土点宜选择在土质较好的地段，避免不利土层带来的施工影响。

3）确定各项轨迹参数，包括入土角、出土角、圆弧过渡段曲率半径、管道埋深、管道水平长度、实际用管长度等。

从勘探结果可知，原市政管线位置横向集中在－3.0 m以上，纵向集中在－6.0～－3.0 m区间，所以本工程设计钻孔路线为曲线轨迹。

4.2.4 钻导向孔

在确定钻孔曲线后，便可进行导向孔施工。钻机就位后，安装导向钻头至钻杆，根据设计方案确定入土点，随后钻入第1根钻杆，第1根钻杆入土钻进时应轻压慢转、稳定在入土位置，符合设计入土角度后方可继续钻进。由入土造斜段钻进至直线段（既有管线障碍区域）时，应慢速导向钻进并复核先导孔轨迹，保证导向孔埋深要求。测算与交叉管线的距离，确认在安全许可范围后再恢复正常钻进，待铺管道与道路原有各管底的安全净距离应为最大扩孔直径的2倍以上。由直线段钻至出土造斜段过程中应严格控制转角角度，并适当控制钻出速度，掌握导向孔出土口位置及角度，待另一侧工作坑露出钻杆后导孔完成，随后将导向钻头分离。

导孔钻进的关键是钻孔轨迹的监测和控制，过程中技术人员应根据探测器所发回的信号，判断导向头位置与钻进路线图的偏差，随时调整方向。导向钻进时应注入泥浆对成孔护壁，确保钻孔的稳定性及钻具的安全性。曲线段钻进一次顶进长度宜小于0.5 m，造斜段、地下管线交叉处、出土点附近或调整钻进轨迹时，钻孔轨迹测量计算频率不少于每0.5 m一次。

4.2.5 反向扩孔

导向孔施工完成后，应根据待铺设管线管径选择不同的回扩钻头分一次或几次逐级反复扩孔。扩孔直径一般控制在待铺设管线直径的1.2～1.5倍。安装扩孔钻头、分动器后，连接第1根钻杆，随后拉进导向孔内。钻杆沿导向孔进行回扩，扩孔过程中导向员应监测扭矩、拖力等数据，并填写回扩记录表。若出现异常，应及时对孔内状况进行分析，采取调整泥浆配比、清孔等措施解决问题。第1级扩孔到达接收坑后，将扩孔头分离，按照扩孔级次重复进行扩孔，直径达到待铺设计管径后完成扩孔工作。

4.2.6 管道回拖

扩孔完成后应先对回拉的管线进行检查，经检查合格后根据现场情况回拉管道，将待铺管在出土点提前预制好备用。一次性将该拉管管线焊接好（若是PE管则采用热熔对接），避免在回拖中途重新焊接等停顿。回拖过程应连续施工，特殊情况下需要中断时，中断时间不宜超过4 h。管道组焊完成，扩孔器清孔后，根据回拖力、扭矩的大小决定管道回拖。在管子下方应垫圆木滚杠或膨润土带子，使管子与地面不直接接触，这样既减少了摩擦力（同样减小了钻机拖力），又保证管子不受伤害。回拖的同时根据钻机参数注入适量的泥浆，保持泥浆循环，减少管道与孔壁的摩擦，确保管壁防腐层不被破坏，并能使管道与孔壁的缝隙充分填满，通过膨润土的膨化作用完成孔壁与原土的完整结合。回拖过程中密切注意拉力变化情况，合理调节管道回拖的速度，回拖速度宜均匀，避免造成孔内压力激增。待铺管道逐次回拖铺入地下。回拖管线完成后割下拖头、焊上母板，进行管口保护，应对管道两端进行封堵。管道敷设后应对管道实际轴线进行测量，两端造斜段环空应视情况进行注浆加固处理。施工时记录回拖中的扭矩、拖力、泥浆流量、回拖速度等数值，回拖数据应实时报告。

4.2.7 现场泥浆配制

泥浆是定向穿越中的关键因素，被视定向钻的“血液”，在导向孔钻进和回扩孔施工过程中，必须使用泥浆。钻进泥浆通过泥浆混合系统、机载泥浆泵和钻杆导向钻头或回扩钻头喷入钻孔中。其主要作用是冷却钻具、携带钻屑并排到地表，稳定孔壁以及降低钻进时所需的扭矩和回拖力，同时也在回拉时对铺管表面起保护作用。泥浆的主要工艺性能是流变性和失水造浆性，现场控制的主要因素是泥浆的黏度、各种添加剂的配制以及泥浆的压力和流量。钻孔泥浆应随着地层条件、钻进工艺和孔内状况的变化进行调整和控制。现场泥浆pH值控制在8～11之间、密度控制在1.02～1.25 g/cm3。

5 结语

应用拉管施工技术能够实际解决明挖施工不便情况下的管线施工问题，本工程为满足建筑功能需要，需穿越市政道路铺设的管线、管道共计18根，长度约500 m，采用拉管施工技术节约工期15 d，避免阻碍交通、环境污染等情况的发生，得到地方政府、业主方的一致认可，且带来了一定的社会效益和经济效益。社会效益体现在可避免市政道路开挖过程中产生如混凝土块、沥青块、渣土等建筑垃圾，随之清运和堆放过程中产生的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题也相应得到解决，将对周边环境的影响降至最低，且施工无需占用城市主干道，从而避免封路、交通堵塞等问题对城市交通的影响。经济效益主要体现在施工进度方面，相比于传统的开挖施工可节省约2/5的工期，且采用拉管施工可避免破碎路面及大面积土方开挖相关方面产生的二次施工费用。