蘇漢陽(yáng)

【摘要】市政給水工程建設(shè)的環(huán)境較為復(fù)雜，既有建（構(gòu)）筑物、地層等均會(huì)對(duì)正常施工造成影響，傳統(tǒng)的開(kāi)挖方法易破壞現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，阻礙城市交通。本文對(duì)市政給水工程定向鉆進(jìn)技術(shù)及拖拉管施工技術(shù)進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】市政工程;定向鉆進(jìn);拖拉管

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

21.

1、工程概況

市政給水工程沿線建設(shè)需穿越大橋，出于減小對(duì)周邊不良影響的目的，采用非開(kāi)挖鋪設(shè)工藝，以便高效完成管道的鋪設(shè)作業(yè)。穿越路段為快速路，采用PE管，管徑DN800mm，過(guò)路鋪管長(zhǎng)度約128m，鋪設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)的地層以砂層為主。

2、施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1現(xiàn)場(chǎng)勘查放線

全面落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)勘查放線工作后，一方面可幫助工程人員準(zhǔn)確掌握地下管線的實(shí)際情況，包含其分布特點(diǎn)、走向以及敷設(shè)深度;另一方面，能夠給新鋪管道的規(guī)劃提供參考依據(jù)，提高新舊管線的協(xié)調(diào)性。以建設(shè)單位提供的管線資料為主要參考依據(jù)，從中確定地下管線的實(shí)際分布特點(diǎn)，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的管道并段，再由專員打開(kāi)井蓋，下井做全方位的觀察，精準(zhǔn)掌握實(shí)際情況，根據(jù)所得檢測(cè)數(shù)據(jù)繪制管線草圖，合理規(guī)劃新鋪管道地鉆進(jìn)軌跡及深度。

2.2配套施工機(jī)械

以前期所確定的鉆進(jìn)軌跡和深度為主要依據(jù)，配備水平定向鉆機(jī)，使其精準(zhǔn)就位，調(diào)整鉆具的入射角度，以便正式進(jìn)入導(dǎo)向鉆進(jìn)施工環(huán)節(jié)。

2.3導(dǎo)向鉆進(jìn)施工

導(dǎo)向孔軌跡為關(guān)鍵控制對(duì)象，通常包含三部分：（1）直線段，指的是管道穿越地層的實(shí)際長(zhǎng)度;（2）入土側(cè)造斜段，可將其視為過(guò)渡段，指的是鉆桿進(jìn)入鋪管的深度;（3）出土側(cè)造斜段，也為過(guò)渡段，分布在管路的末端，指的是鉆桿露出地表的部分。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，將入土角設(shè)為12°，出土角設(shè)為8°。造斜段的精確程度將直接對(duì)導(dǎo)向鉆進(jìn)的最終質(zhì)量帶來(lái)顯著影響，因此遵循平緩、漸進(jìn)的基本原則，保證軌跡具有平滑的特點(diǎn)。在完成工作坑的開(kāi)挖作業(yè)后，步履式導(dǎo)航儀和非開(kāi)挖鋪管鉆機(jī)協(xié)同作業(yè)，正式進(jìn)入導(dǎo)向孔施工環(huán)節(jié)。鉆機(jī)采用的是業(yè)內(nèi)較主流的ZT-45型非開(kāi)挖鋪管鉆機(jī)，該設(shè)備的最大鋪管管徑DN1000mm，最大鋪管長(zhǎng)度250m，回拖力450kN，本工程使用PE管，管徑DN800mm，選擇400D的曲率半徑可以滿足施工需要，配套的泥漿泵可提供的最大壓力為12MPa。導(dǎo)向孔施工期間，靈活調(diào)控導(dǎo)向鉆頭前的斜掌，使其發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)及推進(jìn)行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)土體的擠壓，而此過(guò)程中土體將給斜掌提供反作用力，其能夠帶動(dòng)鉆頭發(fā)生方向的變化，以便鉆頭可按照既定的路徑逐步推進(jìn)，由此形成導(dǎo)向孔。

2.4回?cái)U(kuò)孔

（1）經(jīng)導(dǎo)向鉆孔作業(yè)后，依次配套相應(yīng)直徑的鉆頭，以便擴(kuò)孔。擴(kuò)徑孔徑取管徑的1.2～1.5倍，從280mm開(kāi)始，按100mm的增量逐級(jí)加大，直至達(dá)到1180mm為止，共10級(jí)，期間不可出現(xiàn)跳級(jí)擴(kuò)孔的情況。

（2）為保證每級(jí)的擴(kuò)孔質(zhì)量，施工期間采取均勻旋轉(zhuǎn)回拉和泥漿相結(jié)合的方法，此時(shí)可有效確?？妆诤穸鹊暮侠硇?，而殘留在孔內(nèi)的多余泥沙也能夠被快速排出，在完成鋪管作業(yè)后，原先擠壓的泥土受應(yīng)力的作用而發(fā)生自然回填行為，孔內(nèi)的密實(shí)度較高，空隙量大幅減少。

（3）回?cái)U(kuò)孔施工過(guò)程中，回轉(zhuǎn)速度、回壓力、擠壓力均要得到有效控制，在噴射水流時(shí)應(yīng)保證其壓力與流量的合理性，以免因某項(xiàng)指標(biāo)不合理而出現(xiàn)孔壁殘缺的情況。通過(guò)對(duì)優(yōu)質(zhì)配比泥漿的應(yīng)用，在孔內(nèi)構(gòu)成完整的泥漿層，削弱孔內(nèi)地層對(duì)管的作用力，確保管的穩(wěn)定性與完整性。

（4）擴(kuò)孔施工期間，每級(jí)級(jí)差不可超過(guò)10cm，在完成擴(kuò)孔作業(yè)后需隨即組織泥漿清孔，在較短時(shí)間內(nèi)形成泥漿層。從現(xiàn)場(chǎng)施工條件來(lái)看，部分地段存在穩(wěn)定性不足的砂層，為維持砂層的穩(wěn)定，采用的是高轉(zhuǎn)速的回?cái)U(kuò)孔施工方式，盡可能縮短對(duì)砂層擾動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，降低孔壁失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生概率。

2.5泥漿施工工藝要點(diǎn)

2.5.1泥漿配制方法

砂層施工所用泥漿應(yīng)具備有效造壁、護(hù)壁及潤(rùn)滑的特點(diǎn)，應(yīng)提前組織配比試驗(yàn)，確定性能處于最佳狀態(tài)下的配合比，以每1L的泥漿為例，其主要摻入物質(zhì)及用量為40g膨潤(rùn)土（主劑）、3gNa2C03（分散劑）、0.06%的梭甲基纖維素鈉Na-CMC（降失水劑）及0.04%的水解聚丙烯酞胺PHP（增粘劑），按照該用量標(biāo)準(zhǔn)拌制泥漿，加水并給予持續(xù)的攪拌處理，使混合后的泥漿滿足黏度為36s、pH值為8、密度為1.15g/cm3的要求。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，通過(guò)該泥漿的應(yīng)用能夠有效使鉆屑和泥漿膠合，起到支撐鉆孔的作用，由此降低塌孔的發(fā)生概率。

2.5.2泥漿量的監(jiān)測(cè)

回?cái)U(kuò)孔過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)泥漿量的監(jiān)測(cè)，尤為關(guān)鍵的是入口、出口工作坑兩個(gè)部分，及時(shí)掌握兩處的泥漿變化特點(diǎn)。砂層條件下的護(hù)壁難度有所加大，為確保安全和質(zhì)量，嚴(yán)格控制入口和出口工作坑內(nèi)的泥漿量，使其液面能夠漫過(guò)孔口，使得孔內(nèi)的泥漿維持飽滿的狀態(tài)，若不滿足此要求則及時(shí)向坑內(nèi)補(bǔ)充泥漿。

2.6回拖管就位

非開(kāi)挖鋪管施工全流程中，回拖管為收尾環(huán)節(jié)，同時(shí)對(duì)整體施工質(zhì)量具有決定性的影響。在完成最后一次擴(kuò)孔作業(yè)且無(wú)質(zhì)量問(wèn)題后即可組織回拖管作業(yè)。施工現(xiàn)場(chǎng)以砂層為主，其穩(wěn)定性不足，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格協(xié)調(diào)兩道工序，保證其銜接時(shí)間的合理性，富有秩序性地完成擴(kuò)孔與回拖管作業(yè)。

3、施工注意事項(xiàng)

多方面因素均會(huì)對(duì)水平定向鉆拉管施工效果造成影響，此處則對(duì)較為關(guān)鍵的幾項(xiàng)主導(dǎo)因素展開(kāi)分析。

3.1導(dǎo)向孔軌跡的控制

導(dǎo)向孔軌跡不可存在過(guò)大的彎曲或弧度，否則不利于回?cái)U(kuò)孔作業(yè)的順利開(kāi)展，易對(duì)地層造成擾動(dòng)性影響。并且，若存在“蛇形”鉆孔軌跡也將加大回拖管期間的阻力，難以高效推進(jìn)相關(guān)工作。原則上導(dǎo)向孔軌跡應(yīng)具有平直的特點(diǎn)。

3.2成孔質(zhì)量的控制

水平定向鉆成孔施工主要包含兩個(gè)環(huán)節(jié)：首先為導(dǎo)向孔施工，成孔的質(zhì)量將對(duì)施工精度造成影響;隨后再組織回?cái)U(kuò)孔施工，此環(huán)節(jié)將直接影響鋪管的最終成效。擴(kuò)孔的基本目標(biāo)在于加大孔徑，給管線的鋪設(shè)創(chuàng)設(shè)良好的條件，避免回拖管過(guò)程中阻力過(guò)大的情況?；?cái)U(kuò)孔應(yīng)逐級(jí)依次推進(jìn)，在有序落實(shí)多級(jí)擴(kuò)孔作業(yè)后可反復(fù)加固孔壁，提高其穩(wěn)定性，并且也可修正彎孔，提高其順直性。

3.3泥漿質(zhì)量的控制

泥漿是鉆孔施工中的關(guān)鍵材料，其性能表現(xiàn)將直接對(duì)施工的效率和效果產(chǎn)生影響。在水平定向鉆拉管施工期間，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)泥漿配比以及拌和方法的優(yōu)化，保證制得的泥漿可達(dá)到平衡地層壓力、攜帶鉆屑、加固孔壁等多重效果。

3.3.1壓力的均衡性控制

經(jīng)鉆進(jìn)后，地層的原始?jí)毫ζ胶鉅顟B(tài)受到破壞，若能夠合理優(yōu)化泥漿密度，則可以維持孔內(nèi)液柱壓力的合理性，使其與地層壓力保持相適應(yīng)的關(guān)系，由此構(gòu)建新的壓力平衡狀態(tài)，保證孔壁的完整性，避免安全問(wèn)題或質(zhì)量問(wèn)題。

3.3.2鉆屑清理質(zhì)量的控制

泥漿攜帶鉆屑，使其轉(zhuǎn)至地面處，再用專業(yè)的凈化設(shè)備加以處理，清理該處的鉆屑，而后泥漿再次回到孔內(nèi)。在整個(gè)鉆屑清理流程中，泥漿具有“運(yùn)輸”的作用。并且，泥漿具有觸變性，若暫停循環(huán)作業(yè)可在短時(shí)間內(nèi)形成凝膠狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定懸浮的鉆屑，以免因鉆屑下落而引發(fā)埋鉆現(xiàn)象。

3.3.3孔壁質(zhì)量的控制

泥漿需具有抑制泥頁(yè)巖水化膨脹的特性，以免因泥頁(yè)巖的狀態(tài)發(fā)生變化而引發(fā)縮頸、垮塌等質(zhì)量問(wèn)題。并且，泥漿需在孔壁處有效形成薄膜，利用該部分緩解泥漿對(duì)孔壁的沖刷作用，使成型的孔洞具有平順的特點(diǎn)，并降低扭矩，削減阻力。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)定向鉆進(jìn)技術(shù)和拖拉管施工技術(shù)的應(yīng)用可減少開(kāi)挖量，避免地面交通中斷的現(xiàn)象，且以先進(jìn)的技術(shù)為驅(qū)動(dòng)，高效完成給水工程的建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)與城市發(fā)展的有機(jī)協(xié)調(diào)，可作為市政管網(wǎng)工程的技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

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