非開(kāi)挖水平定向鉆機(jī)拉管相關(guān)施工技術(shù)探討

李世民1陳學(xué)軍2唐偉1

(1.徐州市國(guó)家南水北調(diào)工程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室，江蘇 徐州221000；

2.徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院，江蘇 徐州221000)

【摘要】非開(kāi)挖技術(shù)施工對(duì)減少和控制河道、堤防、道路等管線重復(fù)開(kāi)挖，改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境、加快施工速度、節(jié)約工程投資、加快水利發(fā)展具有重要意義。本文結(jié)合南水北調(diào)豐縣沛縣尾水資源化利用及導(dǎo)流工程——大沙河拉管工程，探討非開(kāi)挖水平定向鉆施工技術(shù)及其應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】定向鉆機(jī)；拉管技術(shù)；管線回拖

中圖分類號(hào)：TV554

Discussion on related construction technology of trenchless horizontal

directional drill tubing

LI Shimin1, CHEN Xuejun2, TANG Wei1

(1.XuzhouNationalSouth-to-northWaterDiversionProjectConstructionLeadingGroupOffice,Xuzhou221000,China;

2.XuzhouWaterConservancyConstructionDesignandResearchInstitute,Xuzhou221000,China)

Abstract:Trenchless technology construction has important significance for reducing and controlling repeated excavation on river channel, embankment, road and other pipelines, improving site working environment, accelerating construction speed, saving project investment, and accelerating the development of water conservancy. In the paper, trenchless horizontal directional drill construction technology and its application prospect are discussed combining with South-to-North water diversion Fengxian County and Peixian County tail water resources utilization and diversion project—Dasha River Tubing Project.

Key words: directional drill; tubing technology; pipeline back dragging

南水北調(diào)豐縣沛縣尾水資源化利用及導(dǎo)流工程大沙河拉管工程，位于沛縣境內(nèi)樁號(hào)P9+000處，根據(jù)工程設(shè)計(jì)，資源化利用工程需要穿越大沙河，大沙河灘面高程35.50m，河底高程30.78m，河底寬40m，坡比為1∶4，設(shè)計(jì)管道直徑為500mm，管道中心高程25.53m。由于該段河道斷面較大，如采用大開(kāi)挖埋管施工，堤防拆填、降排水、圍堰填筑工作量較大，投資較高，開(kāi)挖占地多，拆遷難度大，因此，經(jīng)過(guò)綜合經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，采用非開(kāi)挖水平定向鉆、引施工技術(shù)。

1施工技術(shù)準(zhǔn)備

1.1施工準(zhǔn)備

a.組織進(jìn)行技術(shù)交底。工程開(kāi)工前，業(yè)主組織技術(shù)人員進(jìn)行圖紙會(huì)審，參加業(yè)主組織的設(shè)計(jì)技術(shù)交底。對(duì)所有參建職工進(jìn)行QHSE教育及培訓(xùn)，對(duì)全體員工進(jìn)行技術(shù)交底。根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)，焊工及補(bǔ)口人員通過(guò)監(jiān)理組織的考試合格后方準(zhǔn)上崗。針對(duì)定向鉆穿越工程施工特點(diǎn)，做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，并按監(jiān)理批準(zhǔn)的施工組織設(shè)計(jì)組織施工。

b.籌備工程使用設(shè)備。工程開(kāi)工前，對(duì)該工程所需的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)、購(gòu)置，有計(jì)劃地運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)。

c.核對(duì)進(jìn)場(chǎng)所用材料。熟悉穿越施工圖和穿越河流的地質(zhì)資料。按圖紙要求，核對(duì)工程需用的各種材料，對(duì)號(hào)準(zhǔn)確率達(dá)到100%后，將工程所用材料運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。

d.勘察穿越處障礙物。開(kāi)工前，采取調(diào)研、走訪、調(diào)查、探測(cè)等手段，詳細(xì)了解穿越處地下障礙物分布情況，制定相應(yīng)措施方案，施工中注意避讓地下障礙物，以免破壞地下障礙物。

1.2測(cè)量放線

施工項(xiàng)目部技術(shù)人員，依據(jù)穿越施工平面圖、設(shè)計(jì)控制樁、標(biāo)樁高程，采用全站儀對(duì)實(shí)地穿越工程進(jìn)行測(cè)量放線。 測(cè)定管道穿越的入土點(diǎn)、出土點(diǎn)，根據(jù)入土點(diǎn)鉆機(jī)設(shè)備平面布置圖，劃出占地邊界線及出土點(diǎn)回拖管線焊接所需作業(yè)帶的占地邊線，并在邊線撒灰標(biāo)注。當(dāng)需要穿越地下障礙物或其他隱蔽工程時(shí)，在穿越范圍兩端做出明顯標(biāo)志。測(cè)量放線完成后填寫(xiě)測(cè)量放線記錄表及測(cè)量成果表。在放線過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)需要調(diào)整穿越位置時(shí)應(yīng)及時(shí)向業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)匯報(bào)。

1.3布管工序流程

按照“準(zhǔn)備工作→布管作業(yè)→布管順序檢驗(yàn)→填寫(xiě)布管檢查記錄→下道工序→布管準(zhǔn)備”等工作流程，進(jìn)行布管施工作業(yè)。

為保證安全和保護(hù)管口，當(dāng)采用管端形式吊管時(shí)，要采用專用吊杠和尾釣，以保證鋼絲繩與管子夾角大于30°。

2定向鉆穿越工程阻力計(jì)算

該工程采用定向鉆工藝施工，具有埋深滿足設(shè)計(jì)要求、施工工期短、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。定向鉆穿越河流方案成功與否的關(guān)鍵在于鉆導(dǎo)向孔方向、擴(kuò)孔尺寸、回拖管道路經(jīng)等的正確性、合理性。

2.1穿越主管道主要參數(shù)

穿越主管道主要參數(shù)見(jiàn)下表。

大沙河拉管工程相關(guān)參數(shù)

2.2拉管摩擦阻力

拉管摩擦阻力計(jì)算公式為

式中Fm——摩擦阻力,kN；

f——泥漿摩擦系數(shù)，一般為0.2～0.6；

Ls——穿越管材直線段長(zhǎng)度,m；

W——管道單位長(zhǎng)度內(nèi)所受壓力,kN/m2;

D——穿越管材的管道外徑，m；

d——穿越管材的管道內(nèi)徑，m；

δ——穿越管材的管道壁厚，m；

γs——管道材料重度，該工程為鋼管，取77kN/m3；

γ1——泥漿重度，該工程取12kN/m3。

經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)m=22.39~67.17kN。

2.3泥漿黏滯力

泥漿黏滯力計(jì)算公式為

式中Fn——泥漿黏滯力,kN；

D——穿越管材的管道外徑,m；

L——穿越管材總長(zhǎng)度,m；

K——黏滯系數(shù)，一般為0.01～0.1kN/m2，該工程埋深較淺，取0.03。

經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)n=12.84kN。

2.4彎曲阻力

彎曲阻力計(jì)算公式為

式中Fc——彎曲阻力,kN；

Lθ——彎曲段弧長(zhǎng)；

其余符號(hào)意義同前。

經(jīng)計(jì)算，入土段Fc入=29.03~91.60kN；出土段Fc出=30.64~98.16kN。

2.5擴(kuò)孔鉆頭迎面阻力

擴(kuò)孔鉆頭迎面阻力計(jì)算公式為

式中Fy—— 擴(kuò)孔鉆頭迎面阻力；

Dk——擴(kuò)孔鉆頭外徑，該工程為0.6m；

Ra——迎面土擠壓力，kN/m2，在護(hù)孔泥漿中，黏性土為50~60kN/m2，砂性土為80～100kN/m，該工程取60kN/m2。

經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)y=16.96kN。

根據(jù)上述計(jì)算得

綜合計(jì)算分析，得出最大非開(kāi)挖拉管阻力為286.67kN，未超出鉆機(jī)實(shí)際最大拉管阻力范圍。

3定向鉆進(jìn)施工

3.1測(cè)量放線

用全站儀重新復(fù)核設(shè)計(jì)控制樁及穿越中心線。穿越入土側(cè)鉆機(jī)場(chǎng)地占地面積40m×30m(不包括泥漿池)；穿越出土側(cè)預(yù)擴(kuò)孔作業(yè)場(chǎng)地30m×30m(不包括泥漿池)。出入鉆點(diǎn)全部硬化。

3.2場(chǎng)地修筑

對(duì)出、入土場(chǎng)地進(jìn)行排水、平整和壓實(shí)。在穿越入土、出土側(cè)各修建一個(gè)長(zhǎng)30m、寬20m、深2m的挖泥漿池。然后，按照長(zhǎng)5m、寬7m、深2.10m規(guī)格挖鉆機(jī)地錨坑，底部加500mm碎石墊層夯實(shí)。

3.3設(shè)備組裝調(diào)試

將鉆機(jī)主機(jī)就位，并與地錨箱連接好，同時(shí)，就位鉆機(jī)配套的動(dòng)力源、泥漿系統(tǒng)、控向室、鉆桿、輔助動(dòng)力源、工具房等；連接好各種液壓管線、泥漿管線及控制電纜等；全部組裝完畢，經(jīng)仔細(xì)檢查確認(rèn)后，設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)試鉆機(jī)系統(tǒng)，認(rèn)真觀察各表盤(pán)指示及各操作手柄是否正常；調(diào)、校控向系統(tǒng)，將測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)；調(diào)試泥漿系統(tǒng)。

3.4鉆導(dǎo)向孔

鉆導(dǎo)向孔的鉆具組合為牙輪鉆頭+造斜短接鉆桿?？叵騼x表單元總承裝在鉆鋌內(nèi)并緊固；控制好每根鉆桿的斜度和深度值，每3m記錄一次導(dǎo)向數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)曲線坐標(biāo)對(duì)比，減小偏差；導(dǎo)向孔鉆進(jìn)按照行業(yè)規(guī)范達(dá)到精度目標(biāo)，導(dǎo)向孔曲線的上下偏差為±0.5m，橫向偏差為±3m，出土點(diǎn)沿設(shè)計(jì)曲線的縱向偏差為±3m；橫向偏差為±3m；導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過(guò)程中，必要時(shí)使用有線控向系統(tǒng)，鉆桿內(nèi)連接的信號(hào)線將鉆具的位置反饋到控向室便于控向員、司鉆手隨時(shí)掌握方向。

3.5擴(kuò)孔

完成導(dǎo)向孔鉆進(jìn)工作后，根據(jù)穿越管徑工程實(shí)際情況和水平定向鉆穿越施工技術(shù)要求進(jìn)行分級(jí)預(yù)擴(kuò)孔，DN500管線分φ400、φ500、φ600、φ700四級(jí)擴(kuò)孔。

4管線回拖

4.1回拖前準(zhǔn)備

穿越管段預(yù)制完成后，在管端焊上回拖頭，同時(shí)，沿管線中線挖發(fā)送溝或架設(shè)管道發(fā)送架。按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求對(duì)管線檢漏，按規(guī)范規(guī)定的檢漏電壓檢漏，以不擊穿為合格，管線下溝、入土前及回拖過(guò)程中設(shè)專人仔細(xì)檢查處理(管線檢漏時(shí)，對(duì)每條焊接縫均進(jìn)行超聲波檢查，對(duì)不合格部位及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊并防腐)。

為減小回拖力，保證鉆機(jī)的回拖，該工程回拖前采取管線下方墊膨潤(rùn)土的措施，以減少摩擦力；當(dāng)預(yù)制管線地段平坦時(shí)，采用發(fā)送溝方法回拖管段，發(fā)送溝內(nèi)不得有石塊、樹(shù)根和硬物。

管線和鉆具的連接：鉆桿+650擴(kuò)孔器+旋轉(zhuǎn)接頭+U型環(huán)+成品管線。

4.2管線回拖

一切準(zhǔn)備工作就緒后開(kāi)始回拖，回拖時(shí)應(yīng)一氣呵成，中間不得停頓，直至成品管線在鉆機(jī)側(cè)出土為止(見(jiàn)下圖)。完成穿越后對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗、調(diào)整，并撤離施工現(xiàn)場(chǎng)。

管線回拖圖

5結(jié)語(yǔ)

拉管施工技術(shù)的發(fā)展，為管道施工開(kāi)辟了新的思路，尤其是穿越河床、道路等地下管道工程施工。但目前，拉管施工技術(shù)的許多方法、措施還處于實(shí)踐階段，要求一線工程技術(shù)人員不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，將拉管施工技術(shù)逐步推向成熟。

全球環(huán)境基金(GEF)中國(guó)小水電增效擴(kuò)容增值項(xiàng)目準(zhǔn)備啟動(dòng)會(huì)在杭召開(kāi)

3月17—18日，全球環(huán)境基金(GEF)中國(guó)小水電增效擴(kuò)容增值項(xiàng)目準(zhǔn)備啟動(dòng)會(huì)在國(guó)際小水電中心召開(kāi)，聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織(UNIDO)可再生能源處處長(zhǎng)迭戈·馬賽拉先生、水利部水電局付自龍?zhí)庨L(zhǎng)和張學(xué)進(jìn)副處長(zhǎng)、國(guó)際專家古寧女士以及來(lái)自浙江省、安徽省水利廳相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)專家和電站、企業(yè)代表出席。會(huì)議由國(guó)際小水電中心劉恒主任主持。

2014年10月由聯(lián)合國(guó)工發(fā)組織與水利部共同申報(bào)的“中國(guó)小水電增效擴(kuò)容增值項(xiàng)目”概念書(shū)通過(guò)GEF理事會(huì)批準(zhǔn)，該項(xiàng)目進(jìn)入準(zhǔn)備階段。本次項(xiàng)目準(zhǔn)備啟動(dòng)會(huì)的目的是討論部署項(xiàng)目準(zhǔn)備階段的各項(xiàng)工作內(nèi)容、工作方法和具體計(jì)劃安排。

會(huì)上，馬賽拉先生首先介紹了全球環(huán)境基金的理念以及申報(bào)GEF項(xiàng)目情況，國(guó)際專家古寧女士具體介紹了GEF項(xiàng)目的要求、目標(biāo)、項(xiàng)目活動(dòng)、預(yù)期成果以及工作計(jì)劃。隨后，水利部付自龍?zhí)庨L(zhǎng)和張學(xué)進(jìn)副處長(zhǎng)分別介紹了中國(guó)目前正在實(shí)施的農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造和綠色小水電試評(píng)價(jià)等工作進(jìn)展。會(huì)議中專家討論熱烈，就項(xiàng)目建議書(shū)的編制、項(xiàng)目準(zhǔn)備的路線圖以及試點(diǎn)電站原則等進(jìn)行了討論，制定了下一步工作計(jì)劃和路線圖。

3月19—20日，馬賽拉先生和古寧女士一行在浙江省水電管理中心等相關(guān)人員陪同下，赴浙江麗水實(shí)地參觀考察已改造的雅溪一級(jí)電站和未經(jīng)改造的雅溪二級(jí)電站，以及浙江第一座小水電站——太平電站。雅溪一級(jí)電站始建于20世紀(jì)70年代初，位于甌江水系干流小安溪支流上游，以發(fā)電為主，兼有防洪、水產(chǎn)養(yǎng)殖和電站減水河段環(huán)境生態(tài)用水等綜合利用功能。但由于投產(chǎn)年限已久，原機(jī)電設(shè)備技術(shù)落后，效率和自動(dòng)化程度低，安全隱患較多，于2006年實(shí)施了報(bào)廢重建，2007年4月新機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。重建后總裝機(jī)容量由原來(lái)的4×1600千瓦增至4×1800千瓦。整個(gè)改造項(xiàng)目投資預(yù)算為1722萬(wàn)元人民幣，其中70%來(lái)自于世行貸款。改造后除裝機(jī)容量增加800千瓦外，年均發(fā)電量由原來(lái)的1600萬(wàn)度增長(zhǎng)至2000萬(wàn)度，電價(jià)提高，運(yùn)行維護(hù)成本降低，機(jī)組自動(dòng)化程度提高，運(yùn)行安全穩(wěn)定，運(yùn)行狀況良好，整個(gè)廠區(qū)環(huán)境也得到了改善，成為增效擴(kuò)容改造的典范。

項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)前的3月13日，馬賽拉先生和聯(lián)合國(guó)工發(fā)組織北京代表處項(xiàng)目官員馬健先生訪問(wèn)了水利部，水電局劉仲民副局長(zhǎng)、國(guó)科司吳濃娣處長(zhǎng)等與其就項(xiàng)目準(zhǔn)備啟動(dòng)會(huì)和示范電站選擇等有關(guān)問(wèn)題深入交換了意見(jiàn)，雙方希望通過(guò)今年的共同努力，為明年項(xiàng)目正式實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)。

來(lái)自：國(guó)際小水電中心2015年4月22日

http://www.icshp.org/dispArticle.Asp?ID=1226