劉志賢,程里浩
(中交一航局第五工程有限公司,河北 秦皇島 066002)
非開挖牽引管的突出特點在于有效保護表層土壤,基于鉆掘技術能夠順利完成地下管道鋪設施工,避免了傳統方式下管道施工嚴重影響周邊交通的情況,施工更加高效、安全。在諸如鐵路、工民建等區(qū)域的管道施工中,采取該技術具有較高可行性,已經在大量工程中取得突出成果。
廣東省深圳市光明區(qū)新湖北片區(qū)支管網完善工程,其服務范圍較廣,面向浩園紙托廠、欣業(yè)家具廠、紅湖村、中英文書院、德盛源小區(qū)等,區(qū)域內生活污水匯聚至新陂頭河南側市政管網,并轉至光明水廠以便展開深度處理。污水管道施工環(huán)境復雜,諸如現場環(huán)境、地質條件等均會對其造成影響,針對部分特殊路段采取非開挖牽引管技術,以最大程度降低對周邊環(huán)境的影響及提升施工效率。
工藝流程如圖1所示。
圖1 施工工藝流程
1)平面控制放線。以現有邊線為基準,參考勘測方所設置的控制點確定適用于本工程的定位點,要求控制點網足夠完整和各坐標與高程足夠準確。對此,需對控制樁采取保護措施,通過對控制點引測的方式使其置于場外并輔以保護手段,為豎向引測放線提供支持,且要做好閉合校核工作。此環(huán)節(jié)使用到全站儀,在其支持下沿地面拉管中心線放樁(各處間距均為3 m)并測定樁高程,分析樁高程與拉管流水面所呈現出的空間關系。
2)高程控制。以勘測方設置的水準點為參考確定合適的高程控制點,立足于工程實際情況,需要設置臨時水準點并做好保護工作。
考慮拉管流水面高程,以此為基準確定工作坑深度,為確保工作坑達到干燥的狀態(tài)并給擴孔施工作業(yè)提供支持,于坑的南側施作泥漿沉淀池(具體規(guī)格為4 m寬×1.5 m長×1.5 m深),向其中置入高性能泥漿泵以便將超出設計量的泥漿抽至坑外。需注意工作坑以1:0.5放坡,無需增設支護裝置。
地層勘探的目的在于掌握現場地層與地下水基本狀況,以便為鉆進作業(yè)提供指導,總體上勘探工作涉及到土層分類、地下水位、孔隙度等多個方面。導向孔軌跡的設計尤為關鍵,將直接影響到管線施工質量,若要形成完善的鉆孔軌跡設計方案需充分考慮地層條件、施工區(qū)域障礙物分布特點、鉆頭變向能力以及鋪設管線的基本特性等多個方面。
拉管施工質量的關鍵影響因素在于鉆液性能。鉆液的作用在于快速冷卻鉆頭并實現對相關鉆具的潤滑處理,且攜帶大量鉆屑并將其排出孔外,可為回拖管線施工作業(yè)創(chuàng)設優(yōu)良的環(huán)形空間,也有效降低了回拖管線的阻力。從鉆液的組成來看,主要有水、膨潤土以及聚合物三大部分組成,其中水含量相對較高。作為高品質鉆液,該材料與鉆屑的混合效果應該更為優(yōu)良,若泥漿具備優(yōu)良的流動性與懸浮性,產生的回擴成孔質量更為良好,施工效率得以提升??紤]到泥漿性能要求,條件允許時可摻入適量化學處理劑。以純堿為例,其具備提升粘聚力、調節(jié)pH值的能力,外加劑的合理用量應為膨潤土的2%。
鉆機到達指定施工區(qū)域后需調節(jié)鉆機導向桿,此裝置應略>設計管位中心高程。發(fā)射器裝置穩(wěn)定安裝于導向鉆頭上,其與地面接收器連接,共同作用下可求得鉆頭深度及溫度、電池工作狀況等,將所得結果與鉆孔軌跡加以分析,若存在偏差需及時采取糾正措施[1]。地面接收器的作用在于顯示內容并發(fā)射,獲得孔底信息后及時以無線傳輸的方式將其轉移至接收器,實現具體內容的顯示,隨后操作手以實際情況為準操縱鉆機,沿著合適的軌跡鉆進。技術人員要積極參與到導向鉆孔工作中,以探測器發(fā)回的信號為基準,明確導向頭的位置情況并分析與設計方案中鉆進線路的偏差,對其做出靈活調整,且相關信息要完整記錄于相應表格中。
基于歷史施工經驗得知,PE管在孔內拉動時伴隨明顯的重力作用,易出現管道下沉問題。對此,導向鉆進過程中需選擇合適的鉆進點,相較于設計管中線而言應略高一些,基于此方式緩解管道自重的不良影響。
基于現場地質情況,為擴孔施工環(huán)節(jié)適配刮刀式擴孔器,本次施工中鋪設管徑為40 cm,所用擴孔器尺寸應達到該值的1.5倍,因而要滿足60 cm的要求,以便提升漿液流動性并確保管線的安全。
考慮到回拉擴孔鋪管長度大的基本特點,必須合理使用泥漿材料,在孔中泥漿材料不足時易出現塌孔等工程事故。當出現泥漿漏失問題后孔內所含泥漿量明顯偏少,隨之提升了鉆桿與孔壁摩擦力,伴隨大量拉力?;诖?,鉆進作業(yè)時需要有持續(xù)性“返漿”現象,從現場地質情況出發(fā),確定合適的鉆液配比。
管道連接處的質量應得到保障,具體操作流程如下。
1)做好電熔機具與相關管件的連接工作,根據設備的工作性能確定合適的通電加熱時間。
2)給予足夠的時間以達到電熔連接冷卻的效果,此時不可出現連接件被施加外力的情況。
3)關于電熔承插連接管材的設置,各自形成的連接端都要具備切割垂直的效果。
4)干管連接作業(yè)時須在其下方搭設支架,以達到固定干管的效果。
5)在現場條件允許的前提下可直接在溝槽上完成管道的焊接作業(yè)。
6)結束焊接后全面檢查施工狀況,如孔內物料的頂起程度等。
完成水中管道焊接作業(yè)且經過質量檢驗后便可拉管施工[2]。設置“PE管封套”,在其作用下有效密封管頭,隨后在管頭后端增設回擴頭,設置分動器并接管,在此基礎上將管子回接至工作井中,結束上述操作后取出回擴頭與分動器,并將多余的鉆桿卸下,全面做好封堵頭的封閉工作并展開水壓試驗。為確保拉管質量,實際操作中牽引管道應足夠穩(wěn)定,不可出現生拉硬拽的情況。
PE管順利拉通后,考慮到地面易出現沉降的特點需對其采取注漿加固措施,此處為孔內注漿的方式。
1)地質因素:施工現場為不穩(wěn)定地層,若缺乏對泥漿壓力的合理控制措施將出現地層壓力失衡現象,隨之塌孔。鉆進過程中土層完整性遭到破壞,孔壁處于被擠壓狀態(tài),其應力與泥漿液柱壓力不均衡,二者產生壓差,一旦該值超過巖土屈服強度則會引發(fā)塌孔問題,若現場為泥漿侵泡環(huán)境,這一現象將變得更為明顯。
2)物理因素:未合理控制擴孔速度,該值過大時將明顯提升泥漿泵壓力,致使孔內泥漿壓力處于提升的狀態(tài);導向孔曲率半徑未達到設計要求,擴孔器旋轉擠壓孔壁,出現持續(xù)沖蝕孔壁的問題;受地層壓力釋放的影響降低孔內泥漿柱壓力,隨之出現塌孔現象。
若要有效避免塌孔問題需注意:①泥漿液柱壓力足夠合理,不可低于巖土孔隙壓力;②盡可能避免水滲入巖土的問題[3]。
從地質因素的角度來看,需要加大泥漿密度,通過提升泥漿液柱壓力的方式以達到平衡地層壓力的效果,泥漿護壁所用材料應具有較高的動塑比。
從物理因素的角度來看,可采取如下方法:①避免開關泵過快的現象,給鉆桿的運行創(chuàng)造穩(wěn)定的環(huán)境,使其在恒定張拉下工作,否則會明顯提升液柱壓力,隨之給孔壁造成沖擊性影響;②掌握地下障礙物分布特點,確定合適的鉆孔軌跡,合理調節(jié)導向孔曲率;③所用泥漿應具有合適的密度以及優(yōu)良流變性,泥漿為低返速,并呈現平板流型的基本特點;④適當加大鉆進速度,盡可能避免泥漿浸泡沖蝕現象,所用泥漿應具有均勻性,性能相對穩(wěn)定。
若為輕微塌孔現象需適當加大泥漿密度,要求所有孔道都被泥漿充填,隨后暫停施工作業(yè),將實際情況上報相關部門,提出合適的處理方案。若出現明顯塌孔現象應使用高粘度泥漿充填孔道,隨即暫停施工將實際情況上報有關部門,采取合適的處理意見。
非開挖牽引管技術可突破傳統方式的束縛,改變直接挖坑填埋管道的局限性,施工效率與質量得到保障,所需成本隨之減少。該技術的突出特點在于預先設定科學的線路,以此為指導順利展開各環(huán)節(jié)施工作業(yè),鉆出孔洞后經回擴的方式完成管材的埋設作業(yè),整個施工過程中附著物得到有效保護,環(huán)保效益也更為良好。
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