張曉鵬,王 雷
(1.山東水務(wù)眾興建設(shè)發(fā)展有限公司,山東 濟(jì)南 250014;2.山東水利工程總公司,山東 濟(jì)南 250014)
某市城市污水管網(wǎng)、泵站及城市防汛應(yīng)急治理工程采用BT模式由山東水務(wù)眾興建設(shè)發(fā)展有限公司負(fù)責(zé)融資投資建設(shè),工程內(nèi)容包括75 km的污水管網(wǎng)、2座污水提升泵站及城市防汛應(yīng)急工程等,工程總投資1.3億元,其中建安投資7 500萬元。本項(xiàng)目污水管網(wǎng)鋪設(shè)采用了直埋式、頂管法和牽引管法施工,基本綜合了市政管網(wǎng)施工常見的施工方法。本文主要介紹牽引管法施工方法及常見問題的預(yù)防與處理。本工程中牽引管采用PE管接頭熔接形式,管徑D400~600 mm,總長(zhǎng)度5.8 km。由于該處地下水位較高,管線軸線位于道路兩側(cè)的綠化帶內(nèi)且地面已附著各種樹木,采用此法可不用降排地下水和破壞地面附著物,能充分體現(xiàn)其優(yōu)越性;其次該處設(shè)計(jì)管徑為D600PE管,是本工程牽引管施工中管徑最大的,具有代表性;第三此處地質(zhì)情況比較簡(jiǎn)單,主要是粉質(zhì)黏土,適合牽引管法施工,所以選用此段進(jìn)行施工。
牽引管法也稱水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法,適用于地面有障礙物、地下有管線不宜開挖等情況,其施工原理是:依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和地勘報(bào)告,計(jì)算符合設(shè)計(jì)要求并能滿足設(shè)備運(yùn)行的鉆孔軸線,必要時(shí)也可在管線軸線上設(shè)置工作坑,用裝有特制鉆頭的鉆桿直接從地面或從工作坑鉆入,地面儀器接收安裝在鉆頭內(nèi)的傳感器探尋到的信息,通過操作平臺(tái)上的儀器控制鉆頭按照預(yù)先指定的方向繞過地下障礙物直達(dá)目的地,然后卸下特制鉆頭換上回程擴(kuò)孔鉆頭,使其能在回拖鉆桿的同時(shí)將鉆孔擴(kuò)大至設(shè)計(jì)直徑,并將鋪設(shè)的管線回拖至鉆孔入口處完成整個(gè)管道的鋪設(shè)工作。
1)準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備階段工作非常重要,必須高度重視。如準(zhǔn)備不充分,很容易埋下質(zhì)量和安全隱患。因此,施工前一定要摸清施工范圍內(nèi)是否有電纜、煤氣及熱力管道等市政管線,減少施工過程中質(zhì)量和安全事故的發(fā)生,確保施工順利進(jìn)行。
2)管線軸線放樣。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,對(duì)擬施工管道進(jìn)行軸線放樣,并根據(jù)地勘報(bào)告,確定一次牽引管道長(zhǎng)度,并計(jì)算牽引法施工中的兩個(gè)重要軌跡參數(shù)——導(dǎo)向段L(或稱曲線段)距離和鉆桿入射角α。參照《水平定向鉆進(jìn)管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)范(試行)》及類似工程施工經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公式,本段牽引管軌跡參數(shù)計(jì)算如下:
(1)導(dǎo)向段距離L:
L=[h×(2R-h)]0.5=9.96 m,本段工程導(dǎo)向段取 10 m。
式中:h為管道埋深,本段地面平均標(biāo)高51.5 m,管道埋深4 m;R為導(dǎo)向段曲率半徑,取決于鉆桿的彎曲強(qiáng)度,經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不小于1 200 d。
(2)鉆桿入射角 α:
通過對(duì)施工過程的觀察和施工質(zhì)量的檢查,上述參數(shù)基本能滿足施工要求。
3)導(dǎo)向孔。導(dǎo)向孔施工質(zhì)量的好壞直接影響到管線的質(zhì)量,必須對(duì)其質(zhì)量嚴(yán)格控制。導(dǎo)向孔采用特制的楔形鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn),鉆進(jìn)過程中向孔內(nèi)不間斷地注入預(yù)先配制的泥漿 (膨潤(rùn)土或黏土和水根據(jù)地層情況配制,泥漿具有護(hù)壁、潤(rùn)滑等作用),鉆壓通過操作平臺(tái)上的液壓系統(tǒng)在鉆桿尾部施加。
4)擴(kuò)孔。導(dǎo)向孔施工完畢后,將鉆頭卸下,根據(jù)地質(zhì)地層情況,換上比導(dǎo)向孔直徑大1.2~1.5倍擴(kuò)孔鉆頭,然后將鉆頭旋轉(zhuǎn)回拖,達(dá)到擴(kuò)孔的目的。若一次擴(kuò)孔未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,可重復(fù)上述過程。
5)回拖PE管。鉆孔完成后,將預(yù)先熔接好的PE管材制作成需要的長(zhǎng)度,將管道的一端與鉆頭相連,將其拖入施工完畢的孔洞中,啟動(dòng)設(shè)備對(duì)管道進(jìn)行回拖,直至孔洞的起始位置,即完成了埋管工序。
6)閉水試驗(yàn)。管道施工完畢后按照規(guī)范要求進(jìn)行閉水試驗(yàn),檢查管道的密閉性,對(duì)閉水試驗(yàn)合格的管道進(jìn)行外部注漿填充。
7)施工設(shè)備。本工程采用配有導(dǎo)向控制儀的國(guó)產(chǎn)DDW-350型鉆機(jī),輔助設(shè)備有泥漿攪拌機(jī)和注漿泵,可快速制備和注入鉆進(jìn)過程中所需的各種比重泥漿。該套設(shè)備具有運(yùn)行穩(wěn)定、施工質(zhì)量可靠、施工速度快、造價(jià)低廉、占用場(chǎng)地少、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。
軌跡設(shè)計(jì)是牽引管法施工過程中必須重點(diǎn)控制的工序,合理設(shè)計(jì)軌跡對(duì)保證施工質(zhì)量、降低難度、加快進(jìn)度和提高工程效益起著決定性的作用。如果為了縮短鉆進(jìn)距離和降低施工難度,可以均將導(dǎo)向段、出土段設(shè)計(jì)為曲線段,但實(shí)際情況不允許將導(dǎo)向段或者出土段做成曲線段,可以在導(dǎo)向段起始處做一深度與擬鋪設(shè)管道底部標(biāo)高相當(dāng)?shù)墓ぷ骺樱瑢⒃O(shè)備置于坑內(nèi)直接水平牽引管道。這種方式雖然解決了上述問題,但帶來的問題是設(shè)備需要起吊在坑內(nèi)作業(yè),地下水位高時(shí)還需要降排地下水,需要特別注意的是如果地層地質(zhì)情況較差,工作坑要進(jìn)行邊坡支護(hù)處理,以保證施工過程中人員和設(shè)備的安全。
回拖管線過程中阻力來自三個(gè)方面:1)管道在孔內(nèi)的摩擦力;2)PE管為軟管,在回拖過程中尤其在導(dǎo)向孔段管道易產(chǎn)生彈性變形,對(duì)孔壁產(chǎn)生一個(gè)附加的阻力;3)回拖過程中堆積在管道端部泥渣產(chǎn)生的阻力,而且這種阻力隨著回拖管道長(zhǎng)度的增大而增加。為解決這個(gè)問題,可采取如下措施:1)用一個(gè)比鋪設(shè)管道直徑略小的排渣管將孔內(nèi)的沉渣清理一遍,可以降低回拖阻力;2)如果在黏土地層鉆孔,孔內(nèi)泥漿比重必然會(huì)很大,回拖阻力也就大,此時(shí)可采用開口托管,降低回拖阻力,鋪設(shè)完畢再用水沖洗管道。
卡鉆是施工中比較常見的孔內(nèi)事故,孔壁泥皮過厚、孔內(nèi)泥漿比重過大、地層地質(zhì)情況突變等因素都可以導(dǎo)致卡鉆事故的發(fā)生。此類事故多以預(yù)防為主,主要措施有:1)保持泥漿性能良好、均勻、穩(wěn)定,孔壁泥皮要薄而致密;2)必要時(shí)加入潤(rùn)滑劑,提高泥漿和泥皮的潤(rùn)滑性,降低摩擦系數(shù);3)控制泥漿比重,清除泥漿中如沙等有害物質(zhì),依據(jù)類似工程施工經(jīng)驗(yàn),泥漿含沙量不宜超過0.5%。
鉆頭脫落和鉆桿折斷是施工過程中常見的孔內(nèi)事故,多為孔內(nèi)地質(zhì)情況復(fù)雜、回轉(zhuǎn)阻力大以及人員操作不當(dāng)?shù)榷喾N原因引起。出現(xiàn)如下情況可斷定鉆頭脫落和鉆桿折斷:1)鉆進(jìn)時(shí)扭力或回拖力突然降低;2)泵壓明顯下降;3)探測(cè)儀器接收信號(hào)無明顯變化或信號(hào)消失。解決此類問題以預(yù)防為主,施工作業(yè)時(shí)則可減少此類事故的發(fā)生,可采取的預(yù)防措施有:1)孔內(nèi)泥漿比重要根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整,避免比重過大,減少鉆進(jìn)阻力;2)鉆桿加桿時(shí)及時(shí)檢查鉆具磨損彎曲情況,出現(xiàn)問題及時(shí)更換;3)施工時(shí)要掌握操作要領(lǐng),鉆進(jìn)及擴(kuò)孔時(shí)扭力或回拖力要保持適中,隨著鉆孔深度及地層變化及時(shí)調(diào)整;4)鉆具和其后部的鉆桿宜采用剛性連接方式,以便鉆具損壞后能順利退出孔外。
本項(xiàng)目至工程結(jié)束時(shí),未發(fā)生一起卡鉆、鉆頭脫落和鉆桿折斷等施工事故,看似有些“運(yùn)氣”,但總結(jié)得之,施工前的縝密準(zhǔn)備和施工過程中的精心管理以及采取的“預(yù)防為主,控防結(jié)合”的控制措施起到了非常重要的作用。如在施工區(qū)域內(nèi)鉆進(jìn)、回拖時(shí)對(duì)有可能產(chǎn)生類似情況的地層預(yù)先采取控制進(jìn)尺速度、加強(qiáng)觀察泵壓變化、記錄分析施工數(shù)據(jù)、根據(jù)泥漿比重及泥漿中攜帶出孔的沉渣判斷地質(zhì)變化情況并主動(dòng)調(diào)整泥漿性能等技術(shù)措施;為有效避免因人員操作不當(dāng)造成上述施工事故,采取崗前培訓(xùn)、班前設(shè)備狀況檢查及建立交接班管理制度等組織管理措施都為降低事故發(fā)生起到了關(guān)鍵性的作用。
本文是根據(jù)該工程施工過程中取得的施工經(jīng)驗(yàn)完成的,因項(xiàng)目工期緊,時(shí)間倉(cāng)促,沒有對(duì)具體地層適合何種配比的泥漿比重以及對(duì)施工質(zhì)量和施工安全比較有利、何種地層該用何種鉆壓、何種轉(zhuǎn)速對(duì)鉆進(jìn)或回拖管道比較有利等進(jìn)行詳細(xì)的分析研究,略顯不足,需在以后工作中不斷的完善,以便更好地發(fā)揮該技術(shù)在城市管網(wǎng)建設(shè)中的優(yōu)越性。