水平定向钻双拖拉施工工法分析

摘 要：以农村供水保障体系省级筹建工程——廊坊市文安县地表水厂工程的赵各庄WB线WB9+721-WB9+851段水平定向钻双拖拉施工为例，该段全长130 m，设计采用PE100管，1.25 MPa，dn500 mm管道，外套PE100管，1.25 MPa，dn700 mm作为保护套管，使用水平定向钻机一次性把套管、供水管道拖拉处理到位。分析了水平定向钻双拖拉施工工法的运用方式，需要把保护套管先进行封堵处理，再连接扩大接头与支撑套管，使用连接接头与水平定向钻进扩孔器实行回拖作业。当回拖结束之后，将一部分保护套管予以切除，把供水管道和已经安装好的管道连接起来，后续再实行套管内吹砂、孔洞封堵、注浆等工作，以期能够为其他水平定向钻双拖拉施工提供参考。

关键词：水平定向钻；双拖拉；施工工法

中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2024）07-0010-03

0 引言

在地下管线的传统施工模式下，需要分两次开展拖拉工作，先将保护套管拖拉完毕，再把供水管道借助钻机在保护套管中拖拉作业。这种施工模式容易引起涂塑钢管保护套管防腐层破损、聚乙烯PE管保护套管受损，难以保障套管施工效果。本文介绍的水平定向钻双拖拉施工工法可做到对保护套管、供水管道的一次性拖拉施工，提升了施工效率，节约了施工时间，可利用热熔焊机实现保护套管的连接，然后把供水管道逐一熔接穿进套管中，保证了管道施工效果。

1 水平定向钻双拖拉施工工艺原理

该工艺是把保护套管聚乙烯PE100管（直径为dn700 mm）使用热熔机进行精确连接，然后把供水管道聚乙烯PE管（直径为dn500 mm）逐一熔接之后再穿进套管中，把保护套管封闭堵塞处理后，再焊接扩大接头与支撑套管。水平定向钻机可以在指定入土位置同时钻、扩孔，从而使之满足拖拉的要求。将接头和水平定向钻机扩孔器进行连接[1]。对管道进行回拖之后，把一部分保护套管予以切除，对内部供水管道和已经安装到位的管道实行连接。对套管进行吹砂处理，并做好孔洞封堵和注浆等收尾任务。

2 工艺操作要点

2.1 测量放样

在测量放样过程中，先要布设地面控制网，其中包含控制基线、轴线与水平基准点，还需要进行校核以确保放样的准确性。对于临时水准点的布设，应当选择稳固区域，并实施必要的保护措施，以便于观测，所设水准点数目不可低于3个。

2.2 工作坑、接收坑

在工作坑和接收坑的开挖过程中，需要特别注意地下管线，对管线周边的土层需采取人工方式进行开挖作业。在开挖过程中需要分层进行，并且使用挡土板支护施工，以确保整个施工过程的安全性[2]。

2.3 导向钻进

在进行水平定向钻先导孔时，明确设定各轨迹参数至关重要。入土角、出土角、圆弧过渡段曲率半径、管道埋深、管道水平长度以及实际用管长度等参数将直接影响到导向钻进的质量和效率，影响着最终管道的布置和使用效果。

钻设导向孔时，安装超过钻杆外侧直径大约4 cm的矛式钻头，可以有效满足规范要求的对中误差，确保钻进的准确性和稳定性。在钻进过程中，需要保持持力均匀、匀速前进的操作，结合钻进阻力来判断地层情况，并相应调整注水机的给水压力与给水量，以确保钻进过程的顺利进行。

钻进时需要根据地层情况灵活调整注水策略。对于含水较大的砂层、粉质砂粘土，不注水钻进可以有效避免因为过多水分导致的地层塌方和其他问题。而对于较硬、无地下水的地层，则需要调高注水压力，以确保钻具能够顺利进行穿越。

当遇到硬质障碍物时，需要谨慎处理。缓慢持力钻进并将钻具长度记录下来，准确锁定障碍物体的位置和性质，以便选择合适的处理方法。若无法通过钻穿，可以使用挖掘机挖设探坑加以处理，或者总体偏离钻孔轴线。对于单个硬物，可以利用持续压力注水钻进与搅磨处理，但需要避免强推进，以避免钻孔发生偏移问题。在整个钻进环节，需要完整、准确地记录障碍物的位置和处理方法，将为后续的施工提供重要参考[3]。

2.4 扩孔

导向孔钻进到达接收坑后，需要通过测量和比对设计要求来进行检查。如果偏差处于规定范围内，拆卸掉矛式钻头换成鱼尾式或者是三叉式扩孔钻头，启动回拉钻机进行扩孔作业。在扩孔环节，实施人工给进时必须要保持均匀，且以匀速进行回拖。

连续注入适量的水，以保护成孔孔壁和提供润滑作用。注入水后，利用钻具搅拌孔中泥土，形成泥浆，这有助于维持围岩结构的稳定性并减少摩擦。结合现场地质条件，选取刮刀式扩孔器，且尺寸设置为敷设管道直径的大约1.5倍，如此不仅可以维持泥浆顺畅流动，还可确保管线成功推进孔内。扩孔环节，若是地质较为松软，便需迅速实行回扩，而在地质硬度较高时，则需均速慢扩。

在施工环节，需要密切关注地下水位的变化情况，其有可能会对施工产生影响，需要及时调整施工方案。还要监测土质的变化，以便及时采取相应的措施。拉管机的压力也需要注意，过大或过小都可能导致施工问题。为了避免扩孔跑偏轨迹，使用回拖扩孔的方法是常用的做法。在扩孔过程中，需要将钻孔直径至少扩大到管径的1.3倍，并使用泥浆护壁来避免钻孔发生坍塌，确保土体不会给管壁造成损坏。

2.5 清孔

在工程中，清孔需要使用拉链杆进行回扩钻孔，当达到工作坑后，将扩孔钻头拆卸下来，并替换成拉泥盘开展拉泥成孔工作。拉泥的主要目的是将扩孔搅碎的土壤拉运出来，以便构成圆滑、平顺的管道安装通道。在进行首次拉泥时，一般使用较窄的环形盘，通过反复拖拉后，根据阻力变化来逐渐加装横挡，直到可以顺利地将其拉出，再封闭拉泥盘。如果土质硬度较高，主要为粘质土，可以先使用窄的环形盘来拖拉，降低阻力后再替换成宽的环形盘继续进行拉泥作业。拉泥盘的大小和封闭程度都应按照地层土质进行合理选择。

2.6 聚乙烯PE100级dn700 mm套管热熔熔接

PE管道的连接方式主要有热熔连接和电熔连接，不可使用螺纹连接与粘接。管件的材料要和管材相同，并且压力等级要大于或等于管材，以确保系统的安全运行。如果连接管道的两个端面壁厚度不一致，需要对壁厚偏厚的一侧进行倒45°角处理，从而使得两端面的壁厚保持一致，提高连接的质量和可靠性。

PE管道和金属管道、阀门、消防栓等元件的连接应当使用钢塑过渡接头或者是专门设计的法兰连接[4]。不同的PE管道连接方式需要使用相应的专门连接工具。例如，在进行热熔连接时，需要使用热熔连接工具，并按照规定的时间和加热温度进行操作。一般来说，热熔连接的温度范围在210～230℃，具体的温度要根据实际情况和季节的变化进行调整。在选择热熔焊接进行PE管道连接时，应该优先选择相同牌号、材质和同类型SDR的管材。对于性能接近但牌号、材质不同的管材与管件、管材相互间的连接，需要进行实验验证，以确保连接的质量能够获得可靠保障，然后才能进行连接操作。针对直径低于63 mm的PE给水管道，最好不使用对接焊，而是使用热熔承插焊接为宜。

负责进行PE给水管道连接的工作人员需要接受过专业培训并通过考试后才能上岗，确保操作人员具备必要的技能和知识，能够正确、安全地进行管道连接工作。在存放地点和施工现场温度差别比较大的情况下，在连接时，需要把管材与管件在施工现场放置一定时间，让其温度临近工地现场的温度，避免由于温差引起，热胀冷缩问题，确保连接时的尺寸匹配和接口质量。为了防止杂质、灰尘等污染物进入连接点，并保持连接的密封性，需要保持连接及工具的清洁，并在收工时暂时封堵管口。连接操作完毕之后，需检查接头表面是否平整、无明显缺陷、裂纹或污染等。如果发现不合格的接头，必须重新进行连接工作，确保连接的质量和可靠性。在进行管道连接施工时，务必要把控好温度、时间以及压力3方面的参数。

PE管热熔对接的操作流程为：先准备好所需的管材和管件，并进行夹紧以保持稳定。然后进行切削和对中操作，确保连接点的平整和对齐。再进行加热操作，将管材和管件加热至熔融点。切换操作是将加热的管材和管件迅速连接在一起。连接完成后，进行冷却，使材料固化。最后，进行铣端面操作，确保连接点的平整和光滑。

2.7 聚乙烯PE100级dn500 mm给水管逐根热熔熔接并穿入套管

给水管道热熔熔接与套管相同。给水管道每完成一节的热熔处理，就需要立刻使用牵引装置完成该节的内穿工作，一直到全部完成穿管。

2.8 给水管道打压

按照有关规定，涂塑钢管、球墨铸铁管的试验压力为0.9 MPa，PE管的试验压力为0.8 MPa。水压试验分为两个阶段。

在预试验阶段，先把试验管道中的压力下降到和大气压力持平，维持60 min，以保证空气不会进入到管道中。再用增压泵往试压管段中输入洁净水，让管道压力匀速提高到试验压力，并维持此压力30 min。在这个过程中，如果发现压力降低，可进行注水补压，不过不可超过试验压力。还需要检查管道接口、配件等部位是否存在渗漏问题，若有则需立即停止试压，找出具体原因并加以处理之后，再次开展试压工作。最后，停止注水补压，维持当前压力30 min，如果30 min后压力降低到试验压力70%，表示此阶段试验工作顺利结束。如果30 min后压力低于试验压力70%，则表示试验不通过，需对管道进行处理后再次试压[5]。

在进行水压测试的主试验阶段，先要对管道进行泄水降压操作。降压的幅度应该是试验压力的10%～15%。这样做是为了减少管道内部的压力，为后续的试验做好准备。从预试验阶段的增压环节开始重新进行试验。在试验过程中，需要每隔3 min对管道剩余压力进行一次记录，一共持续30 min。如果在30 min内试压管道剩余压力呈现上升趋势，那么可以判定水压试验合格。如果在30 min内试压管道内剩余水压没有上升趋势，那么需要继续观察额外的60 min。如果在总共90 min的观察期内，管道的压力下降幅度低于0.02 MPa，那么此次试验也可以判定为合格。在试压过程中应该进行分级试压。每次升级压力时，都应该对后背、支墩、管身与接口进行检查。

2.9 端头封堵

在进行管道施工时，为了防止泥浆和污染物进入管内，需在拖拉管的另一端使用充气堵头装置来封堵套管，以确保管道的清洁和安全，避免不必要的污染。

2.10 管道回拖

先使用现场制备成的PE管封套来密封管头，并在管头的后端连接回扩头。再把管子回拉到工作井之后，将回扩头和分动器拆卸下来，并安装好封堵头。这个过程需要工作人员按照设备数据，匀速、平稳地牵引管道，坚决禁止蛮力拖拽，以确保管道的安全和稳定。

2.11 聚乙烯PE100级dn700 mm套管两端切除多余部分

当拖拉管结束后，需要使用切刀将套管的两端分别切除多余部分。这样可以为供水管道的对接提供方便，确保连接的牢固和稳定。

2.12 吹砂填充管道间空隙

在管道和套管之间的空隙中，使用中粗填充材料进行填充。一般填充的高度是套管的2/3左右，以防止供水管道和套管之间相互影响，确保管道在套管内的稳定性。

2.13 管头使用沥青油麻封堵

在供水管道的管头和套管之间的1m范围内，使用沥青油麻来进行封堵。如此可以有效地避免沉降对供水管道的影响，保证供水的正常运行。

2.14 泥浆置换

在套管和土层之间存在滞留的泥浆，需要进行置换处理。一般使用水泥粉煤灰的混合物进行置换，水泥、粉煤灰和水的比例是1：2：1.5。这样可以填充泥浆的空隙，防止形成空洞，确保路面的平稳和安全。

2.15 工作坑、接收坑土方回填

在实施管道回填前，清理工作泥浆并外运是非常必要的。这一步骤可以确保工作坑内部清洁，并为土方回填做好准备。管道回填分为两个关键步骤，第一步是回填管道两侧并确保夯实，第二步是进行大面积回填，并采用机械设备来完成。

在回填环节，特别需要注意管道下侧和管底的空隙位置，这些部位很容易忽略，而且在试压时也需要留有观察接头质量的空间。一旦管道试压合格，就需要进行大面积回填，其中管顶以上300 mm部分需要用原土填实。此外，还需留意管周边200 mm内的回填土，确保其中不含有粒径超过10 mm的坚硬石块。为了防止在试压时管道系统产生推移，应尽快进行管道回填，以确保管道系统的稳定性。

3 结束语

水平定向钻双拖拉施工工法主要是利用定向钻机，做到一次性完成保护套管与供水管道的拖拉穿越任务，相对于传统的明挖直埋敷设套管后穿管或顶管施工敷设套管后穿管有着突出的优点，可以节约一定成本、减少工期，省略较多的土方开挖、基坑排水与清理、大型机械设备运输等工作，还能避免因施工引起的环境破坏、水资源污染等问题。

参考文献

[1] 王建新.基于定向钻导向的承插型管道顶拉施工技术[J].广东土木与建筑，2022，29（9）：114-116，120.

[2] 李彪，王再斌.市政工程PE排水管道水平定向钻施工技术[J].云南水力发电，2022，38（7）：50-53.

[3] 杨培涛，吴刚.市政管道定向钻穿越勘察施工中的岩土工程问题探究[J].长春工程学院学报（自然科学版），2022，23（1）：24-27，34.

[4] 文湘禹.水平定向钻法敷设聚乙烯管道施工荷载下受力分析[J].工程建设与设计，2022（4）：105-107.

[5] 赵凯，唐曾.降低PE燃气管水平定向钻回拖拉力的方法[J].煤气与热力，2019，39（12）：19-20，24，45.