1、拉管施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-GS-0104-市政环境保护企业 谢学武1 序言1.1工艺工法概况城市道路管道施工，因为交通条件限制，现场无放坡开挖条件，不放坡全断面加强支护开挖方法，对支护要求高，施工安全保障较低，造价很高，而且对交通影响很大，无法确保交通疏导要求。尤其是埋深超出5.0m管道开挖施工，属于危险性较大深基坑施工。若对开挖深度较大或因交通疏导原因不含有开挖施工条件路段采取非开挖拉管施工方法，可有效处理市政道路管道施工难题。和传统挖槽埋管法相比,它含有环境影响小、对交通影响小、对地层结构破坏小、施工安全可靠、周期短、社会效益和经济效益显著等优点。1.2 工艺原理关键是采取地2、下定位系统，经过导向，分级扩孔方法，确保钻机按预定轨迹完成导向孔，从而达成正确铺管目标。导向孔施工关键依据设计轨迹，采取导向钻头内探头盒发射一定频率电磁波传到地表。地面接收器收到信号，使用它能够随时测出钻头地下位置、深度、顶角、钻具面向角等基础参数。导向仪是导向钻进眼睛，它能使操作人员能够立即、正确地掌握钻进情况，随时调整钻进参数，确保钻机按预定轨迹完成导向孔，从而达成正确铺管目标。工艺原理见图1、图2:图1 施工工艺原理示意图 图2 监控装置示意图2 工艺工法特点非开挖拉管施工优点，回避了开挖施工中存在对交通、周围建筑及地下管线影响大，路面、房屋等需要大面积拆除并恢复而造成资源浪费，而且施工3、周期短，可有效避免埋深4m以上沟槽开挖施工时塌方等问题，从而避免了作业人员施工安全等问题，缺点方面，对拉管管材质量要求高，要求环刚度在12.5KN/M2以上管材，从而使大于DN8OO以上大管径管道管材现在还无法确保此环刚度而不含有拉管施工条件。另外，拉管施工将产生大量泥浆需要处理，文明施工及环境保护方面要求很高，而且其施工费用相对开挖施工费用相对较高。3 适用范围天然气、给排水管等输送介质为液体或气体、管径801219钢管和PE管等。4 关键引用标准给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268）、顶管施工技术（人民交通出版社）输油管道工程设计规范(GB50253)、油气输送管道穿越工程施工规4、范(GB50424)、埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程（CECS164）、钢质管道焊接及验收(SY/T4103)、油气长输管道工程施工及验收规范(GB50369)、管道下向焊接工艺规程(SY/T4071)、石油天然气工业输送钢管交货技术条件第二部分：B级钢管(GB/T9711.2)、水平定向钻进技术规范（中国非开挖协会）。5 施工方法依据设计轴线位置及管道埋深，在施工范围内经过现场调查、查阅资料、探测等手段调查清楚地下管线分布情况后进行钻孔曲线设计，经过导向、分级扩孔后将焊接连通管道一次性拖拉至孔内，然后进行后续检验井等施工。6 工艺步骤及操作关键点6.1 施工工艺步骤施工工艺步骤见图3：图35、 施工工艺步骤图6.2 操作关键点6.2.1 测量放线按设计轴线，结合坐标定位和相对定位法，将管道轴线标示和现有路面等设施上。6.2.2 地下管线探测在施工范围内经过现场调查、查阅资料、探测等手段调查清楚地下管线分布情况。6.2.3 钻孔曲线设计：1 钻孔曲线设计：1）满足规范要求最小曲率半径。即：R=1500D。 2）满足穿越公路和河流安全规范要求；3）选择最好主力穿越层位。综合考虑入土角、出土角、曲率半径等原因，依据本工程综合考虑以上原因，确定导向轨迹。4）定向钻孔轨迹线段由造斜直线段、曲线段、水平直线段（和管道排水坡度一致）等组成，为确保水平直线段精度要求，造斜段水平距离L可按图4计算确6、定。N取值在35范围。 图4 定向钻孔轨迹计算示意图5）入土造斜段和管道直线段之间及管道直线段和出土造斜段之间，最少应有一根钻杆长度达成管道直线段坡度要求。6）入土角不宜超出10，出土角按导向钻杆及拖拉管材许可曲率半径较大值确定，通常不宜超出20。7）相邻两节钻杆许可转向角依据土质条件，钻杆长度、材料等原因确定，土质越软，角越小，角取值通常在1.53.0。2 回拖力计算及最大拖拉长度1）管道回拖力计算按图5所表示进行计算： 图5 回拖力计算示意图式中Pt回拖力（KN）Py扩孔钻头迎面阻力（KN） Pf管周摩阻力（KN）Dk扩孔钻头外径（m），通常为管道外径1.31.5倍；D管道外径（m）Ra 7、迎面土挤压力（Kpa）在上海地域，粘性土Ra在5060Kpa；砂性土在80100Kpa；L管道长度（m） f管周和土摩擦系数（Kpa），在上海地域，粘性土f在0.30.4Kpa，砂性土在0.50.7Kpa；2）定向钻孔拖拉法施工，最大拖拉长度宜控制在表1范围内：表1 最大拖拉长度控制表管道口径（mm）所处土层最大长度（m）备注DN300粘性土250砂性土180DN400粘性土200砂性土150DN600粘性土160砂性土120采取特殊、有效成孔及减摩方法时，最大拖拉长度可合适增加。6.2.4 基坑开挖在拉管施工机械前部，开挖一个可供临时储存泥浆基坑，基坑深度在2m以内，宽度在1.5m左右，长度8、在8m左右即可。6.2.5 钻机就位及试运转按施工部署图将钻机及隶属配套设备安放在预定位置，进行系统连接、试运转，确保设备正常工作。施工由40001500钢板箱作为地锚,必需时装满沙子提升其稳定性,将钻机前端固定在地锚箱上。6.2.6 钻导向孔1 导向孔施工步骤：1）探头装入探头盒。2）导向钻头连接钻杆。3）转动钻杆测试探头发射是否正常。4）回转钻进2m左右。5）开始根据造斜轨迹进行钻进。6）完成直孔段钻进。7）根据造斜轨迹进行钻进。8）导向孔完成。2 导向孔施工应注意事项：1）确定管线入土点和出土点位置和深度。2）做好测量放线工作。根据设计要求，做好穿越管线测量放线工作，放线时要做好放线基准9、点确实定工作，并使钻机、入土点、出土点在同一直线上。3）掌握穿越段地层特征导向孔施工前，应对穿越地层进行分析，以掌握其工程地质特征，确保钻孔施工时技术参数合理性。4）导向孔施工时，要确保导航员和钻机操作人员协调一致。5）导向孔钻进时，要随时掌握导向孔实际轨迹线，以使导向孔轨迹和设计轨迹之间偏差在设计要求范围内，发觉偏差超标要立即纠正。6）合理使用泥浆作冲洗液，确保钻孔成型及钻具安全。7）选择优质碱性电池，确保导向仪有足够工作时间，确保导向孔施工时一次性完成（见图6、图7、图8、图9）。图6导向钻头入土 图7 导 向图8 导向完成 图9 钻头分离 6.2.7 反向扩孔1 施工步骤1）卸下导向钻头10、，换上反扩钻头及分动器。2）分动器后连接钻杆。3）扩孔。4）反扩钻头抵达钻头工作坑后卸下反扩钻头及分动器，将前后钻杆连接起来。5）根据扩孔级次反复施工步骤，直至最终孔径2 扩孔分级实施扩孔，故预扩孔施工最终扩孔寸径比设计要求大一级扩孔，清孔，例：250mm、350mm、450mm、550mm、650mm、750mm、850mm。最终扩孔直径确保1.5倍铺管直径，确保管线铺设通道通畅（见图10、图11、图12、图13、图14、图15）。图10 安装扩孔器 图11 扩孔拉进（小管径、大管径需要提前分级扩孔）图12 扩孔钻进、拖管 图13 扩孔钻进、拖管曲线图14 扩孔、拖管抵达接收坑 图15 扩孔11、头分离6.2.8 反向拖拉管材管道组焊完成，扩孔器清孔后，依据回拖力、扭矩大小决定管道回拖施工时统计回拖中扭矩、拖力、泥浆流量、回拖速度等数值，回拖数据时实汇报。回拖力计算公式拉L2 f(D2 /4)泥 7.851（D-1）+k粘 DL2式中: 拉计算拉力（t）；L2穿越管段长度（m）；f摩擦系数，；D管子直径（m）；泥泥浆密度（t/m3）;1管子壁厚（m）；k粘粘滞系数，根据施工规范要求，钻机应选择最大回拖力为理论回拖力1.5-3.0倍，能够完全满足施工要求（见图16）。图16 造斜段拉杆收回（施工完成）6.2.9 现场泥浆配置及处理1 泥浆材料用量依据通常土质情况，确定泥浆配制方案，实施泥12、浆开钻，开钻前配制好优质泥浆。泥浆在定向穿越中起关键作用，需要针对不一样地层采取不一样泥浆，若地质情况复杂，则对泥浆要求比较高，为了对付不一样情况，需要将采取以下方法：1）将施工用水存入水罐，在水中加入纯碱，加速粘土颗粒分散,提升水PH值；2）根据事先确定好泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求泥浆。3）依据不一样地质条件，和不一样施工工序,确定加入不一样添加剂。4）为了确保泥浆性能，使膨润土有足够水化时间，在用量不能改变情况下，将采取增加泥浆储存罐数量。5）废泥浆处理：在焊接场地挖一个废浆搜集池，搜集废泥浆，经沉淀以后处理；在钻机场地也挖一个泥浆回收池，泥浆经过回收池沉淀后，再经过13、泥浆回收系统回收；回收不了泥浆排送到指定地方。2 泥浆在各个施工阶段配制方法：这些泥浆配制方案全部是针对通常土质得出，若地质条件改变，其配制方案也随之改变：1）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内物质携带出孔外，同时维持孔壁稳定较长时间，保持孔内泥浆面,降低阻力,其基础配方是：78%预水化膨润土+0.20.4%增添剂+0.3%降滤失剂+0.2%固体润滑剂。两端砂层加0.2%单项压力封闭剂2）预扩孔阶段要求泥浆一定动切力和良好流动性,提升泥浆携带能力，其基础配方为：78%预水化钠基膨润土+0.20.4%提粘剂+0.2%降滤失剂+0.2-0.3%泥浆流变剂。3）扩孔回拖阶段要求泥浆含有很好护壁、携带能力；14、同时还有很好润滑能力，降低摩阻；其基础配方以下：78%预水化钠基膨润土+0.20.3%提粘剂+0.3%降滤失剂+0.40.6%润滑剂（RT988）+0.2-0.3%泥浆流变剂。3 泥浆排放施工时废浆排放必需符合文明施工要求，采取泥浆排放车，随时处理施工中产生泥浆。7 劳动力组织人员数量及工种安排如表2。表2 现场施工人员需求表（每台钻机配置）岗位职责人数项目经理负责整个项目标施工质量、进度、安全控制1人技术员负责整个项目标控向等技术操作、资料管理工作2人施工队长负责全班施工，协调各工序间操作1人施工副队长辅助队长负责全班施工，协调各工序间操作1人质检员负责工程质量检验1人安全员负责施工安全1人15、吊机操作手操作钻机吊车施工2人驾驶员负责卡车和面包车驾驶工作2人泥浆工负责泥浆配制4人挖机操作员操作挖机2人机械电工负责维修使机械正常运转1人技工辅助施工6人后勤负责后勤保障1人8 关键机具设备关键机具设备如表3：表3 关键机具设备表设备名称规格（型号）单位数量生产国（厂）家水平导向钻机DL1500台1南京钻具9泥浆马达套1廊坊导向仪月蚀套1美国DCI企业泥浆车10吨台1南京工程运输车依维柯解放辆2国产发电机50KW+130KW台2国产、国产污水泵55KW（3.5KW）台4国产泥浆泵15KW/7.5KW台2国产高压泥浆泵949台1国产9 质量控制9.1 易出现质量问题易出现质量问题关键有：9.16、1.1管材环刚度不能确保；9.1.2 管材焊接质量缺点；9.1.3 定向穿越偏差及泥浆配置质量不能确保从而造成塌孔。9.2 确保方法9.2.1 材料控制1 多种材料要有产品质保书、出厂检验合格证等，并经我企业检验人员及监理验收合格后方可投入使用。任何未经验收合格材料不得投入使用。2 组织专员进行材料采购，根据“质优、价廉、就近、立即”标准进行。3 现场材料验收合格后，根据企业相关要求贮存和使用，以确保整个过程中不损坏、不变质和不丢失。9.2.2 定向钻焊接质量控制1 焊缝检验合格、钻具及拉管头可靠连接后方可拉管。拉管中耐心细致，注意参数改变，集中精力，发觉漏点及损伤要立即修补。2 为保护补口防17、腐在拉管时不被破坏，在补口拉管前进方向一侧增加半个热收缩带，且补口应在拉管前一天完成以确保拉管时补口强度。9.2.3 定向穿越偏差及泥浆配置控制1 水源采取经净化处理后当地河水，水经过沉淀池沉淀，沉淀以后水存入水罐，在水中加纯碱，提升水PH值。2 依据不一样地层，按事先确定好泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求泥浆，粘度控制在4060s之间。3 所用泥浆添加剂有：磺化沥青（降滤失）、聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰胺提粘、防塌降滤失剂等。4 废泥浆处理：钻机场地内挖一个泥浆回收池，回收不了泥浆用泥浆罐车立即运输到指定位置。5 钻机及配套设备就位正确可靠，导向孔不得急于求快，要认真复核，参数18、要求正确，偏差要符合要求，司钻、控向等操作人员要根据制订方案钻进，如有异常立即汇报，必需时取得建设单位同意和支持。钻孔曲线要圆滑，扩孔要耐心细致，且要做好具体统计方便分析复核。10 安全方法10.1 关键安全风险分析10.1.1 因为导向过程中碰到障碍物或信号干扰，轻易出现导向偏差太大现象；10.1.2 管线资料有误及钻孔偏差致使管线损坏；10.1.3 扩孔器遇障碍引超卡钻；10.1.4 上钻杆没有到位、钻杆质量缺点及扭矩、拉力过大引发脱扣或钻杆断裂；10.1.5 孔内塌方，成孔不好致使拉管阻力过大；10.1.6 孔内泥浆压力过高引发路面隆起。10.2 采取方法10.2.1 分析确定障碍物位置19、，修改导向轨迹避开障碍。10.2.2 立即停止施工，保护现场，通知相关部门，制订补救方法抢修。10.2.3 用挖机、顶拉式千斤顶把钻杆回拉；减慢回扩速度，必需时换小口径扩孔器回扩。10.2.4 用挖机、顶拉式千斤顶把钻杆回拉；采取导向钻头在原孔位钻进至出土点，然后重新回扩。10.2.5 用挖机、顶拉式千斤顶辅助拉管；用挖机、顶拉式千斤顶把已入孔管线拉回，重新扩孔。10.2.6 挖孔泄压。11 环境保护方法 11.1预防环境污染方法施工现场泥浆专员进行清理、打扫，要立即清理出现场，并运到指定地点。施工中不使用含有有毒、有害元素材料。严禁在施工现场焚烧垃圾。11.2预防 噪音污染方法严格控制人为噪20、音，进入施工现场不得高声喊叫，无故敲打、乱吹哨，限制高音喇叭施工。尽可能选择低噪音设备和工艺替换高噪音设备和工艺。12 应用实例12.1 工程介绍甬绍金衢成品油管道线路施工第五标段定向钻穿越工程，本工程金东段JD029-JD031号桩管线原计划开挖施工，因为考虑到管线需穿过珍珠混养塘、水泥公路和沼泽地，所以施工难度较大，变更方案为定向钻施工。此穿越里程桩号为（9+89010+449），穿越处在金华市金东区鞋塘镇，穿越长度为510m，穿越主管线采取4579.5 3PE防腐管，并行敷设一条光缆套管，管材采取1146.4 20#无缝钢管。穿越沿线关键为珍珠混养塘、水泥公路和沼泽地。12.2 施工情况依据地质勘查汇报及实际穿越地质，本处穿越地质情况关键为强-中风化泥质粉砂岩，其抗压强度较大，经过选择大吨位设备及高强度钻具，严格控制导向等施工方法，自3月开工，5月完工，历时3个月圆满完成了施工任务。12.3 工程结果评价该工程自开始施工至施工过程中，建设方领导及相关政府职能部门领导数次到现场莅临指导，在工期要求紧，施工协调难度大情况下，确保工期同时又降低了对周围居民影响及生态破坏，并为建设方节省成本近40万元。12.4 建设效果及施工图片图17 拉管定向钻孔设备图18 拉管引孔施工图19 拉管拖拉施工图20 拉管拖拉施工