(上海宏波工程咨詢(xún)管理有限公司，上海 201707)

依據(jù)上海市環(huán)保計(jì)劃要求，所有污水處理廠都需執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放。因周浦污水處理廠附近無(wú)閑置土地用于擴(kuò)建污水處理廠房，周浦污水處理廠將按規(guī)劃廢除。另外，周康地區(qū)現(xiàn)有市政污水管網(wǎng)已飽和，沒(méi)有能力接納這部分污水，新建的周鄧公路污水干管完善工程可為周浦污水處理廠廢除后提供安全可靠的污水出路,現(xiàn)有污水將通過(guò)新建周鄧公路污水干管流入白龍港污水處理廠處理達(dá)標(biāo)排放。

1 案例概況

1.1 總體概況

周鄧污水干管完善工程中穿越咸塘港段，原設(shè)計(jì)采用DN800玻璃夾砂管頂管施工，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，原頂管路徑南側(cè)靠近咸塘港橋，北側(cè)靠近居民樓，穿越咸塘兩岸有護(hù)岸結(jié)構(gòu)方樁，同時(shí)有多條地下管線與頂管路徑交叉相碰，結(jié)合以上原因，經(jīng)多方論證，此段頂管路徑改為在咸塘港兩側(cè)的5號(hào)井與6號(hào)井之間，采用DN800的螺旋鋼管在咸塘橋軸線橋樁之間定向穿越施工，如圖1所示。

圖1 管道穿越示意圖

1.2 穿越段地貌及地質(zhì)狀況

1.2.1 地貌狀況

本區(qū)域內(nèi)為上海沖積平原地貌類(lèi)型，地形有起伏,橋面突起處比入土點(diǎn)高3.75m，比出土點(diǎn)高3.30m。

1.2.2 地質(zhì)狀況

地質(zhì)狀況如表1所列。

表1 地質(zhì)狀況

2 施工特點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1 穿越地段交通流量大，施工環(huán)境復(fù)雜

穿越地段位于年家浜路上的5號(hào)井位置，原只有兩車(chē)道通行，兩邊為商業(yè)與居民區(qū)集中地，人流量與車(chē)流量較大。為確保施工區(qū)域安全與足夠作業(yè)面積，與交警、公交、路政等部門(mén)協(xié)調(diào)，此路段改為單行道，同時(shí)投入多名交通協(xié)管員進(jìn)行交通秩序維護(hù)。

2.2 鋼管布管與拼裝焊接占用車(chē)行道，交通難度大

本定向穿越的鋼管外徑為820mm，長(zhǎng)度為336m,在鋼管回拖前需完成拼裝、焊接、無(wú)損檢測(cè)、涂防腐層等。得到交警部門(mén)的支持后，在周鄧公路中間占用一車(chē)道進(jìn)行鋼管拼裝焊接等施工，為減小對(duì)兩側(cè)小區(qū)居民通行的影響，分三段進(jìn)行焊接拼裝，待回拖施工前兩天，將三段鋼管焊接成一段，回拖施工當(dāng)天交警對(duì)周東路口進(jìn)行封路，整體移管至出土點(diǎn)進(jìn)行回拖施工。

2.3 穿越路徑在橋梁樁基之間，地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度大

咸塘港西側(cè)路面結(jié)構(gòu)層以下，原有路基采用鋼渣填筑，此段定向穿越前需進(jìn)行開(kāi)挖換填處理；咸塘港橋原施工圖紙因年代久遠(yuǎn)，無(wú)法找到，為弄清橋梁樁位坐標(biāo)與樁間距離，對(duì)兩岸橋臺(tái)下護(hù)坡處進(jìn)行開(kāi)挖探摸，量測(cè)所得橋樁精確坐標(biāo)與兩樁間距，為穿越路徑提供了準(zhǔn)確依據(jù)。

3 技術(shù)難點(diǎn)與措施

3.1 鉆機(jī)選型需保證足夠的回拖力與扭矩

根據(jù)管道長(zhǎng)度、摩擦系數(shù)、管體外徑、管內(nèi)直徑、泥漿密度、鋼密度、黏度系數(shù)等,按《油氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50423—2013)公式5.2.4計(jì)算出的拉力為373.20kN。該回拖管道最大擴(kuò)徑為1250mm，一般需水平定向鉆機(jī)最大扭矩在40000N·m以上方可確保擴(kuò)孔順暢。在鉆機(jī)選擇時(shí)須有一定的安全系數(shù)余量(扭矩和回拖力)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外施工經(jīng)驗(yàn)，以1.5～3倍的回拖力作為鉆機(jī)選型的依據(jù)，為此,選用ZT-180型水平定向鉆機(jī)進(jìn)行全斷面施工。

3.2 防止鉆孔時(shí)呈“S”形的措施

定向儀器采用目前穿越行業(yè)認(rèn)可的最為準(zhǔn)確、實(shí)用的F5控向系統(tǒng)，在實(shí)施穿越施工時(shí)，盡可能減小測(cè)量長(zhǎng)度，嚴(yán)格控制全角變化率，特別是遇到不均勻地質(zhì)情況時(shí)，測(cè)量間距應(yīng)小于2m。鉆進(jìn)過(guò)程如發(fā)現(xiàn)偏差要及時(shí)調(diào)整方位角，及時(shí)糾偏，嚴(yán)禁反復(fù)大幅度調(diào)整角度，要勤測(cè)勤糾，防止導(dǎo)孔鉆進(jìn)時(shí)出現(xiàn)“S”形軌跡。

3.3 確保定向鉆出誤差在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的措施

鉆機(jī)施工定位前,技術(shù)人員精準(zhǔn)測(cè)放出鉆機(jī)就位中心線，精準(zhǔn)測(cè)量與確定控向參數(shù)，盡可能多測(cè)量記錄相關(guān)參數(shù)，并仔細(xì)對(duì)照比較，在拖管中心線的不同位置測(cè)取三個(gè)點(diǎn)，每個(gè)位置測(cè)量不少于四次，并作好記錄比較，以確定最佳參數(shù)。

3.4 確保擴(kuò)孔順利的措施

穿越到不同地層時(shí)，根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整泥漿配合比，如增大或減小泥漿黏稠度，增加潤(rùn)滑劑、防塌劑等，達(dá)到減少縮徑、穩(wěn)固孔壁的效果，嚴(yán)禁大幅度調(diào)整泥漿配比，防止孔徑縮小或坍塌。

3.5 鋼管進(jìn)出洞口對(duì)接技術(shù)措施

拖管施工完成后，在進(jìn)出洞口鋼管的兩端焊接同直徑的“法蘭”，與已建5號(hào)井、6號(hào)井之間采用開(kāi)槽埋管方式，接入同直徑的多節(jié)球墨鑄鐵管，鑄鐵管一端與鋼管的“法蘭”連接，另一端接入已建工作井，以利于減小因差異沉降而造成的不利工況。

3.6 道路下管道周邊注漿措施

管道最后一次擴(kuò)孔直徑為鋼管外徑的1.5倍，定向穿越完成后，需對(duì)道路下管道周邊區(qū)域進(jìn)行壓漿處理。

a.壓漿孔位置：相臨壓漿孔間隔1m, 壓漿深度從管端向下1m至管端向上2m，壓漿厚度為3m，寬度在2m范圍內(nèi)。

b.埋管：先用空壓機(jī)破除道路結(jié)構(gòu)層，然后用鉆孔法將鋼管沉入土中至方案要求的標(biāo)高。

c.漿液配制：漿液拌制，水灰比控制在0.50，水泥用量為160kg/m3，添加水玻璃5%。

d.壓漿：在壓漿過(guò)程中，采用逐漸上行分段壓漿，控制壓力應(yīng)小于1MPa,當(dāng)達(dá)到控制壓力時(shí)，需將壓漿管向上提升50cm左右，再次重復(fù)壓漿，直至提升達(dá)到方案要求的高程。可采用間隔壓漿，間隔時(shí)間不小于4h，以防止孔間竄漿。

e.清洗：壓漿結(jié)束后沖洗壓漿設(shè)備與管道。

4 施工過(guò)程質(zhì)量控制

4.1 施工工序

4.1.1 測(cè)量放線

a.測(cè)量人員依據(jù)定向鉆機(jī)施工平面、斷面圖，與技術(shù)交底要求的穿越管線出土點(diǎn)和入土點(diǎn)的坐標(biāo)，放出穿越管線的中心軸線，并在兩端設(shè)控制樁。在入土點(diǎn)端確定鉆機(jī)安裝位置及泥漿池的占地邊界線；在出土點(diǎn)一端，確定好出土點(diǎn)作業(yè)場(chǎng)地及泥漿池占地邊界線。

b.方向控制方位測(cè)量:測(cè)量人員仔細(xì)測(cè)量和比較相關(guān)數(shù)據(jù),以便確定最佳參數(shù)。在定向穿越管的中心線的多個(gè)部位進(jìn)行測(cè)量,每個(gè)位置至少測(cè)量四次，做好相關(guān)數(shù)據(jù)記錄與整理。

4.1.2 鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備

a.鉆機(jī)場(chǎng)地(入土點(diǎn))：本工程現(xiàn)場(chǎng)入土坑位置地下存在回填鋼渣，因此，在開(kāi)挖入土坑時(shí)，需將回填的鋼渣開(kāi)挖清除干凈用黏土換填。開(kāi)挖長(zhǎng)18m，寬4m，深度4.5m，兩側(cè)打入拉伸鋼板樁，中間加橫向支撐。在清除完成后，在坑內(nèi)放置一根長(zhǎng)18m、直徑300mm的鋼管，入土側(cè)角度為5.7°，鉆機(jī)側(cè)根據(jù)鉆機(jī)錨盤(pán)放平位置，設(shè)置角度，兩端在鋼管兩側(cè)打6m長(zhǎng)鋼板樁，并與鋼管焊接，此鋼管用來(lái)導(dǎo)向入土扶正，并防止鉆桿在旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生大幅度偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)向完成后，拆除此鋼管，正常程序回?cái)U(kuò)作業(yè)。

b.鋼管拼裝焊接場(chǎng)地：按照拼裝可操作性要求，需在不小于穿越管線長(zhǎng)度30m、寬度5m的平整空白場(chǎng)地作業(yè)。進(jìn)場(chǎng)道路寬度不小于4m，以確保施工機(jī)具、鉆桿能進(jìn)入場(chǎng)地。

c.開(kāi)挖出土坑與入土坑：出、入土坑參數(shù)如表2所列。

表2 出、入土坑參數(shù)

4.1.3 鉆機(jī)就位

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況事先確定平面布置，進(jìn)行定向鉆機(jī)就位、泥漿箱擺放、開(kāi)挖入土坑等。由于本工程回拖管道為鋼管，回拖阻力大,必須高度重視鉆機(jī)的固定,鉆機(jī)底座下開(kāi)挖出能夠放置地錨箱的坑，將地錨箱放入其中，再將鉆機(jī)前壓盤(pán)放于地錨箱之上，然后將地錨箱中灌滿水，最后在鉆機(jī)壓盤(pán)的前方兩個(gè)方孔內(nèi)深打兩根工字樁。必要時(shí)，在鉆機(jī)后方增設(shè)一根地錨樁，深埋，并用混凝土澆筑，用特制的兩根鋼絲繩將地錨與鉆機(jī)底盤(pán)連接起來(lái)，進(jìn)行系統(tǒng)連接、試運(yùn)轉(zhuǎn)等調(diào)試，確保設(shè)備正常運(yùn)行。

4.1.4 泥漿配制

根據(jù)地質(zhì)勘探的不同地層情況，調(diào)制出不同配比的泥漿。鉆進(jìn)施工前應(yīng)準(zhǔn)備好不少于50m3的泥漿。地質(zhì)情況不同的地層，泥漿的配制也需適當(dāng)調(diào)整，措施如下：

a.將施工用水存入水罐，在水中加入純堿，提高水的pH值。

b.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定泥漿配合比,在膨潤(rùn)土中加入一定比例的泥漿外加劑,調(diào)制出滿足要求的泥漿。

c.根據(jù)不同施工階段、不同的地質(zhì)條件配置不同的泥漿,總體必須滿足以下幾個(gè)方面的要求：?具有良好的剪切攜帶能力，保證在遇到砂層也能有良好的排出能力；?具備良好的護(hù)壁性能，特別是砂層；?具有適當(dāng)?shù)撵o切力和較好的流動(dòng)性，減小因泥漿產(chǎn)生的阻力增加和扭矩變大；?具有良好的潤(rùn)滑性能，以達(dá)到減少摩阻保護(hù)管道的目的。

d.泥漿配制時(shí)為了既保證泥漿用量，又保證膨潤(rùn)土水化時(shí)間，可增加泥漿箱數(shù)量。

e.廢泥漿的處理：因在城市道路范圍內(nèi)施工，沒(méi)有條件開(kāi)挖沉淀泥漿池，故采用專(zhuān)用泥漿槽罐車(chē)將廢泥漿排送到指定地點(diǎn)。

4.2 穿越施工工藝流程

穿越流程如圖2所示：

圖2 穿越流程

4.3 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)

4.3.1 導(dǎo)向軌跡設(shè)計(jì)

導(dǎo)向孔軸線應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，關(guān)鍵考慮以下因素：

a.滿足規(guī)范要求的最小鋼管曲率半徑不小于1500DN。即：R=1500DN=1219.5m，考慮到本工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，為了降低風(fēng)險(xiǎn),造斜段均采用R=1880DN即R=1528.6m。

b.滿足穿越道路安全規(guī)范要求，要在地表面3m以下。

c.優(yōu)選適合的管線穿越地層。根據(jù)工程地質(zhì)條件分析,軌跡依次跨越不同地質(zhì)地層的①～④層。①～③層為填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土，成孔困難且穩(wěn)定性差,不適合在上述地層進(jìn)行大斷面穿越,因此應(yīng)選擇④層灰質(zhì)粉質(zhì)黏土作為主要穿越層位，由此確定穿越軌跡。

4.3.2 穿越軌跡各點(diǎn)參數(shù)

穿越軌跡各點(diǎn)參數(shù)如表3所列。

表3 穿越點(diǎn)參數(shù)

4.3.3 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)

a.決定定向鉆施工成功與否的重要工序是導(dǎo)向孔的精準(zhǔn)鉆進(jìn)，開(kāi)鉆前需制定控向方案、測(cè)量方案，配制好合適的泥漿等，操作員對(duì)照儀表參數(shù)、地質(zhì)資料分析，及時(shí)進(jìn)行鉆進(jìn)軌跡動(dòng)態(tài)調(diào)整，使得導(dǎo)向孔滿足設(shè)計(jì)要求。

b.由于本工程為較長(zhǎng)距離、一般地層，不存在表面抗壓強(qiáng)度大的硬質(zhì)地層，可使用直推式導(dǎo)向孔鉆進(jìn)，在遇到未探明的復(fù)雜地層難以鉆進(jìn)時(shí)，可改用泥漿馬達(dá)進(jìn)行導(dǎo)向孔鉆進(jìn)。

4.4 穿越軸線的控制

a.精確放線，用GPS進(jìn)行精確放線，并沿線在關(guān)鍵控制點(diǎn)設(shè)立標(biāo)志(噴點(diǎn)、釘樁、插旗、畫(huà)線等)。

b.開(kāi)鉆前，對(duì)無(wú)線導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)(標(biāo)定)，力求誤差控制至最小。

c.導(dǎo)向施工中，每鉆進(jìn)一根鉆桿，要多次計(jì)算測(cè)量、對(duì)比，并與設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行比對(duì)，不間斷監(jiān)測(cè)、控制導(dǎo)向鉆頭的位置，與設(shè)計(jì)要求一致。

d.導(dǎo)向施工，抽調(diào)配合默契、反應(yīng)靈敏的鉆機(jī)操作手和導(dǎo)向人員進(jìn)行，發(fā)生偏差及時(shí)抽回鉆桿進(jìn)行糾偏。

4.5 預(yù)擴(kuò)孔

導(dǎo)向孔鉆進(jìn)結(jié)束，要及時(shí)拆卸導(dǎo)向鉆頭，換裝擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔。根據(jù)本工程穿越地層黏性土質(zhì)分布情況，勢(shì)必造成擴(kuò)孔扭矩大，為此，選用扭矩較小適合黏性地層的圈式擴(kuò)孔器和利于成孔的筒式擴(kuò)孔器，終端擴(kuò)孔孔徑不小于1.2～1.5Dn。為確保定向穿越成功，五級(jí)預(yù)擴(kuò)孔分別擴(kuò)孔至φ550、φ750、φ950、φ1050、φ1250；最后采用5號(hào)鉆桿+φ1200筒式擠擴(kuò)器+5號(hào)鉆桿分三次進(jìn)行清孔，擴(kuò)孔過(guò)程中按照既定方案要求調(diào)整泥漿排放量，控制拖拉速度，按照方案擴(kuò)孔參數(shù)穩(wěn)步擴(kuò)孔，地面操作人員時(shí)刻注意回拖力、扭矩、泵壓力的變化，禁止憋泵、憋鉆、強(qiáng)行擴(kuò)孔。

4.6 管線回拖

導(dǎo)向孔經(jīng)過(guò)數(shù)次分級(jí)預(yù)擴(kuò)、清孔，孔徑滿足管線回拖要求時(shí)，將檢驗(yàn)合格的鋼管運(yùn)送到發(fā)送溝槽內(nèi)。回拖是穿越施工的最后關(guān)鍵一步，回拖作業(yè)前應(yīng)認(rèn)真檢查擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)、分動(dòng)器等之間的連接，確保連接牢固，回拖作業(yè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員保持聯(lián)系，協(xié)調(diào)配合將管線運(yùn)送到預(yù)定位置，同時(shí)運(yùn)輸泥漿車(chē)就位。鋼管回拖作業(yè)時(shí)需連續(xù)拖進(jìn)，避免因停滯而造成回拖不暢。在管道回拖過(guò)程中，將鉆孔內(nèi)溢出的泥漿及時(shí)裝車(chē)外運(yùn)，如圖3所示。

圖3 鋼管回拖示意圖

5 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，從鉆機(jī)選型、導(dǎo)向鉆進(jìn)、軸線控制、管線回拖等方面對(duì)大口徑超長(zhǎng)螺旋鋼管定向穿越施工技術(shù)進(jìn)行介紹。該技術(shù)克服了在交通繁忙城市主干道上的交通干擾與狹小地域施工等困難，通過(guò)優(yōu)化施工工序，優(yōu)選鉆具組合，確定與其地層情況相匹配的泥漿參數(shù)，保證了導(dǎo)向軌跡控向的精度要求；通過(guò)采取防卡管等風(fēng)險(xiǎn)措施，在橋梁樁基之間進(jìn)行了精準(zhǔn)穿越。經(jīng)對(duì)管道截面變形、軸線高程進(jìn)行檢測(cè)，地表沉降觀測(cè)等方面的數(shù)據(jù)分析結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，可為今后類(lèi)似工程的實(shí)施提供參考。