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        小型定向鋪管鉆機(jī)現(xiàn)場施工關(guān)鍵崗位操作技術(shù)要領(lǐng)探討

        2011-09-19 09:57:16福建東辰市政工程有限公司陳永茂
        海峽科學(xué) 2011年9期
        關(guān)鍵詞:孔段小型機(jī)鋪管

        福建東辰市政工程有限公司 陳永茂

        定向鋪管鉆機(jī)頂進(jìn)和回拉力小于 100kN,工作扭矩在3kN·m以內(nèi),稱為小型定向鋪管鉆機(jī)(下稱:小型機(jī))。小型機(jī)鋪設(shè)各類地下管線具有不影響交通、施工快捷、鋪管精度高、不污染環(huán)境等優(yōu)越性,越來越受到人們的認(rèn)可。小型機(jī)鋪管還可以解決開挖鋪管施工所無法解決的一系列難題,如地下管線過鐵路、高速公路、河流(水域)和建筑物等。2000年,由福建東辰市政工程有限公司引進(jìn)福建省首臺(tái)GBS—10小型機(jī)以來,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),至今全省各地?fù)碛写祟愩@機(jī)達(dá)200臺(tái)以上?,F(xiàn)在福州市范圍內(nèi)施工的小型機(jī)就有近百臺(tái),施工隊(duì)伍20余家。如此之多的小型機(jī),各施工隊(duì)導(dǎo)航員和司鉆手的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)水平良莠不齊,以及對(duì)每一工序的技術(shù)要求重視不夠,每年由此導(dǎo)致的工程施工失敗,造成經(jīng)濟(jì)損失逾千萬元,帶來的教訓(xùn)是無比的深刻和痛心。筆者從事該行業(yè)工作十余年,下面就小型機(jī)施工過程的關(guān)鍵崗位導(dǎo)航員和司鉆手操作技術(shù)要求,做一番探討。

        1 導(dǎo)航員工作的技術(shù)要求

        小型鉆鋪設(shè)各類地下管線工程的成功與否,與導(dǎo)航員工作認(rèn)真程度和技術(shù)水平高低有重大關(guān)聯(lián)。高質(zhì)量的導(dǎo)航軌跡孔段,是工程成功的保證,建設(shè)單位、工程監(jiān)理及施工單位現(xiàn)場管理人員務(wù)必高度重視,并做好監(jiān)管工作。

        1.1 導(dǎo)航員必須在機(jī)械設(shè)備未進(jìn)場前到施工現(xiàn)場進(jìn)行踏勘

        地形、地貌、地下(地上)建(構(gòu))筑物、原地下管線分布等對(duì)小型機(jī)鋪管施工有否構(gòu)成影響,可利用場地能否滿足施工要求(設(shè)備放置場地、設(shè)備運(yùn)輸和吊卸場地、管材焊接場地、管材進(jìn)入下管工作坑場地等),生產(chǎn)所需的水電條件,根據(jù)所鋪設(shè)的不同地下管線的技術(shù)要求合理布設(shè)工作坑。在沒有工程地質(zhì)勘查資料的情況下,應(yīng)仔細(xì)觀察周邊地質(zhì)現(xiàn)象,推測導(dǎo)航軌跡孔段內(nèi)可能出現(xiàn)的巖(土)層及水文地質(zhì)等情況。

        1.2 熟讀建設(shè)方提供的施工圖件及技術(shù)交底內(nèi)容

        對(duì)關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù),如:管材、管壁厚、管壓力、管數(shù)、長度、埋深(高程)鋪管的起始位置等應(yīng)認(rèn)真閱讀,并照此施工。應(yīng)避免用口頭進(jìn)行技術(shù)交底現(xiàn)象出現(xiàn)。

        1.3 在未查清原地下管線和地下建(構(gòu))筑的分布情況下,不能盲目進(jìn)行導(dǎo)向孔施工

        在福州老城區(qū)內(nèi),尤其是繁華的十字路口本來地下管線就多,同時(shí)還可能出現(xiàn)近年的“非開挖”鋪管形象,若不進(jìn)行仔細(xì)的地下管線探查,小型機(jī)施工很可能會(huì)觸到原地下管線。

        1.4 施工導(dǎo)向孔前必須對(duì)導(dǎo)航儀進(jìn)行現(xiàn)場技術(shù)參數(shù)標(biāo)定

        標(biāo)定深度應(yīng)選取在可能出現(xiàn)的導(dǎo)航深度范圍內(nèi)的三個(gè)不同深度值,深度標(biāo)定后的誤差值應(yīng)小于 1%。而后做出導(dǎo)航軌跡孔段的立面預(yù)想圖,需要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行簡單的導(dǎo)航軌跡曲率半徑計(jì)算。導(dǎo)向孔的軌跡孔段形態(tài)可以應(yīng)用簡單的幾何作圖方法或計(jì)算方法確定。

        1.5 導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)的決定因素

        導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)取決于以下因素:所鋪設(shè)地下管線的用途、管材、管徑、管壁厚、管數(shù)、埋深、長度、工程地質(zhì)條件、原地下管線和地下構(gòu)筑物、施工場地條件、水域覆蓋面積和深度、施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性等。導(dǎo)航員還應(yīng)根據(jù)不同小型機(jī)的設(shè)備性能和司鉆手操作技術(shù)水平,進(jìn)行綜合考慮。

        1.6 造斜點(diǎn)的位置和曲(直)線段長度的確定應(yīng)從工程的整體性、安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析考慮

        導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)內(nèi)的造斜點(diǎn)是指同一軌跡孔段中由曲(直)孔段轉(zhuǎn)變直(曲)孔段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在整個(gè)導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)內(nèi)的造斜點(diǎn)數(shù)量越少越好(一般為兩個(gè)造斜點(diǎn))。曲線段的曲率半徑取決于土(巖)層的造斜能力、機(jī)械設(shè)備的造斜能力及鋪管工程的整體性技術(shù)要求等綜合因素,在各方面施工條件允許的情況下,曲率半徑越大,越有利于小型機(jī)鋪設(shè)地下管線。

        1.7 熟悉導(dǎo)航儀的使用技術(shù)參數(shù)與性能

        碳棒(發(fā)生器)裝入導(dǎo)航鉆頭胎體內(nèi),必須安裝到位、緊密,檢查回扣螺絲的彈簧功能是否正常。導(dǎo)航鉆頭上的信號(hào)發(fā)射縫不能有漏水現(xiàn)象,否則孔內(nèi)的砂土容易進(jìn)入導(dǎo)航鉆頭胎體內(nèi),影響碳棒的正常使用或宿短使用年限。在地層堅(jiān)硬或在地?zé)彷^高的地層中施工導(dǎo)向孔,碳棒的溫度上升很快,屆時(shí)應(yīng)注意導(dǎo)航儀發(fā)出溫度警示信號(hào),否則容易燒壞碳棒,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生報(bào)鉆現(xiàn)象。

        1.8 檢查導(dǎo)向鉆頭前端導(dǎo)向板螺絲固定的牢固程度

        根據(jù)地層的軟硬程度,選擇導(dǎo)向板的寬度。導(dǎo)向鉆頭后面第一根鉆桿宜采用斜線鉆入地層,不宜在第一根鉆桿就開始進(jìn)行糾斜操作。穿越道路施工應(yīng)在路面上用紅漆劃(點(diǎn))線確定導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)的平面走向線;穿越水域宜在水面拉線或插桿確定導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)的平面走向線。

        導(dǎo)航員完成導(dǎo)向孔施工任務(wù)后,必須跟蹤機(jī)臺(tái)擴(kuò)孔和拉管工序的生產(chǎn)進(jìn)行情況,特別在擴(kuò)孔工序出現(xiàn)困難時(shí),應(yīng)對(duì)導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)進(jìn)行認(rèn)真的分析和確認(rèn),必要時(shí)應(yīng)重新施工導(dǎo)向孔軌跡孔段。

        2 小型機(jī)司鉆手工作的技術(shù)要求

        2.1 小型機(jī)司鉆手應(yīng)對(duì)施工過程一些主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算

        例如:某工程為在砂層中采用小型機(jī)鋪設(shè)鋼質(zhì)煤氣管道,其管徑273mm,管壁厚5mm,鋪設(shè)深度3m,鋪管長度300m。

        (1)根據(jù)鉆桿的最小曲率半徑和鋪管的深度要求,確定造斜段最短的水平長度L,L=[h(2R - h)]?

        其中,h——鋪管深度;R——鉆桿由導(dǎo)斜段過渡到水平段轉(zhuǎn)折端的最小曲率半徑,取值應(yīng)在1200D以上,D為鉆桿直徑,D=0.073mm, R≥87.6m

        本例,L=[3×(2×87.6-3)]?=22.73m

        (2)根據(jù)曲率半徑和鋪管深度確定導(dǎo)向鉆孔入土角度α, α=2arctg[h/(2R-h)]? =2arctg0.1319=15°,導(dǎo)向孔出土角 β也應(yīng)參照入土角的度數(shù)施工。

        (3)施工過程泥漿使用量估算

        小型機(jī)在砂層中鋪設(shè)地下管線,必須配制泥漿施工。按照施工的三個(gè)工序階段進(jìn)行泥漿用量估算。

        ①導(dǎo)向孔工序階段

        Vp=Qp×(L/P)×fp×flp

        其中:Vp——施工導(dǎo)向孔工序階段泥漿用量,m3;Qp——每分鐘泥漿流量,0.1 m3;L——導(dǎo)向孔長度,300m;P——導(dǎo)向孔鉆進(jìn)平均速度,30 m/h;fp——每小時(shí)鉆進(jìn)泥漿泵入的時(shí)間,50min;flp——導(dǎo)向孔施工泥漿消耗系數(shù),0.3。

        Vp=0.1×(300/30)×50×0.3=15 m3

        ② 擴(kuò)孔工序階段

        Vr=Qr×(L/Tr)×flr

        其中: Vr——擴(kuò)孔工序階段泥漿用量,多次擴(kuò)孔乘以相應(yīng)擴(kuò)孔次數(shù),m3;Qr——每分鐘泥漿流量(以ZT-25機(jī)型為例),該工程分三級(jí)擴(kuò)孔,擴(kuò)孔器直徑 280mm 、380mm、480mm,Qr取值分別為 0.05、0.075、0.10m3/min;Tr——擴(kuò)孔工序平均速度,1m/min;flr——擴(kuò)孔工序施工泥漿消耗系數(shù),0.5。

        Vr=3×(0.05+0.075+0.1)/3×(300/1)×0.5=33.75 m3

        ③回拖工序階段

        Vb=Qb×(L/Tb)×flb

        其中:Vb——回拖階段泥漿用量,m3;Qb——每分鐘泥漿用量,0.1 m3/min;Tb——回拖平均速度,1.5m/min;flb——回拖施工泥漿消耗系數(shù)0.15。

        Vb=0.1×(300/1.5)×0.15=3 m3

        V泥漿總用量=Vp+Vr+Vb=15+33.75+3=51.75 m3

        (4)管材自重計(jì)算

        每米重量=0.02466(管材外徑-管材壁厚)×管材壁厚

        每米重量=0.02466(273-5)×5=33kg/m;

        管材自重=33×300=9.9t。

        計(jì)算管材自重的意義在于將300m管材焊接成一條整體管道后,入孔前在地面上整理就位采用機(jī)具的選擇和整理就位的難易程度評(píng)估。

        (5)小型機(jī)鋪管回拖力計(jì)算

        根據(jù)鋪管工程需求,選擇具有足夠回拉力的小型機(jī)進(jìn)場施工,在鉆孔內(nèi)充滿泥漿的情況下,

        F=πLf[D2r/4-dh(D -h)]+πKDL

        其中:F——回拉力,t;L——鋪管長度,300 m;f——摩擦系數(shù),0.3;D——管材直徑,273 mm;r——泥漿密度,1.05t/m3;d——管材密度, 7.85t/m3;h——管材壁厚, 5mm;k——粘滯系數(shù),0.03。

        應(yīng)考慮到孔內(nèi)其他因素,如受曲率半徑等因素影響,應(yīng)選擇具有計(jì)算值兩倍以上拉力的小型機(jī)進(jìn)場施工。施工單位可選擇ZT-25型(回拉力25噸)小型機(jī)進(jìn)場施工。

        2.2 對(duì)機(jī)具要求

        小型機(jī)就位、動(dòng)力頭運(yùn)行路由方向應(yīng)同管線鋪設(shè)的走向延伸方向相一致。機(jī)臺(tái)應(yīng)安裝平穩(wěn)、牢固。主機(jī)、水泵、泥漿攪拌罐及各種鉆具在開工前應(yīng)進(jìn)行一次性能檢查,各種機(jī)具不得“帶病、帶傷”生產(chǎn)。鉆具絲扣應(yīng)保持完好、潔凈,旋扣前應(yīng)涂上絲扣油,防止粘扣。嚴(yán)禁干鉆、干擴(kuò)。嚴(yán)格按照各種機(jī)械設(shè)備的使用說明要求,定期進(jìn)行檢查、維修、保養(yǎng)。

        2.3 軟土層是小型機(jī)鋪設(shè)地下管線的最佳地層,遇砂、卵、礫石層應(yīng)配制泥漿施工

        地層中卵、礫石含量大于40%時(shí),應(yīng)謹(jǐn)慎施工,施工工程應(yīng)時(shí)刻觀察旋轉(zhuǎn)扭矩和拉力變化,防止鉆具發(fā)生斷裂。不提倡越級(jí)擴(kuò)孔,特別是地層較堅(jiān)硬或在砂、卵、礫石層中不能越級(jí)擴(kuò)孔。若司鉆為新手,應(yīng)回避施工。

        2.4 管頭應(yīng)制作緊密、牢固

        根據(jù)具體工程的回拖力計(jì)算結(jié)果,選擇能滿足回拖力要求的拉管頭、牛鼻子、鋼絲繩和分動(dòng)器,這些部件應(yīng)緊密連接,且連接距離越短越好。

        3 結(jié)語

        小型機(jī)鋪設(shè)各類地下管線施工過程的每一個(gè)工序都必須謹(jǐn)慎操作,做好每一工序中的每一項(xiàng)工作,不留事故隱患。冷靜處理施工過程所遇到的種種難題,要始終把困難考慮得更充分一些,克服急躁情緒,要不得半點(diǎn)僥幸心理及惰性心態(tài)。只有這樣,才能將工程施工風(fēng)險(xiǎn)降到最低;只有不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和提高施工技術(shù)水平,才能做到少出事故或不出事故,以最少的施工成本投入,贏取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

        [1]水平定向鉆進(jìn)管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)程,DBJ13-102—2008, J11214—2008.

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