非开挖技术

非开挖技术（精选十篇）

非开挖技术 篇1

“大位移钻孔”的概念或EBR, 为管线所有者和操作者提供了新的机遇__加强和扩大基础设施分布来满足未来需求的变化。然而, 在松软至中等硬度地层敷设长距离大直径管线面临许多操作、经济和环境方面的挑战。

当今敷设大直径长距离管线普遍采用的非开挖施工方法是水平定向钻进 (HDD) 和顶管防护。这些方法已创立的大直径管线距离记录分别达到了4 458 ft (1 ft=30.48 cm) 和8 528 ft。然而, 这些项目都是通过优秀的技术工艺、破坏环境的高风险和高昂的建设费用而实现的。所有这些因素都对未来大口径、长距离、采用传统的非开挖方法构成重大障碍。

水平定向钻 (HDB) 最初研发是在20世纪70年代末运用单步前推铺管技术。HDB为穿越长距离敷设管径大于36 in (914 mm) 需求提供了一种强化的非开挖方法, 超过了今天8 528 ft的非开挖远距离纪录。该方法结合了油田大位移钻井、水平定向钻井和顶管施工方法的主要特点, 在松软地层可有效地敷设长距离大直径管线, 且不存在环境风险。

1.1 背景

1977年之前, 没有实用的非开挖技术可在松软、中等硬度地层中敷设大直径长距离管线。第一代HDD方法能够运用多级、冲洗管敷设技术在123/4 in (1 in=25.4 mm) 直径管线中钻进几千英尺。为满足航道下敷设大直径管线的要求, 人们引进了一种新型的称之为水平井定向钻 (HDB) 的单步前推铺管技术。

HDB方法是在一道连续作业中同时钻孔和敷设管线。这一方法在1977_1978年得克萨斯州的两个项目中得到成功的应用。第一个项目是一根外径30 in、长850 ft的预弯管穿过Greens Bayou。第二个项目在次年完成, 是一根直径40 in、长2 000 ft的预弯管穿过休斯顿船运航道。

由于一种更加有效的多步HDD技术 (称之为预先扩孔回拖技术) 的引进, 单步前推铺管技术被冷落一边。多步HDD技术在同一井眼中可同时下入多条管线。后来人们很快明白, 如果在一个扩大的井眼中可以下入多条管线, 那么也可以下入一根大直径管线。这项新的HDD技术的应用成本低, 而HDB技术在那时则非常高。

HDB系统的主要特点是可以控制钻进时钻井液的体积和压力, 减少地层出现裂缝的风险。HDB法要比HDD法优越。今天HDB方法的重新使用为人们进行长距离管线敷设, 防止在软性地层中出现裂缝风险提供了一种有竞争力的、可行的替代方案。

1.2 传统方法的局限性

从非开挖管线建设方法使用开始, 挑战一直围绕着在软至中等硬度地层中可以敷设多长或多大直径的管线。非开挖技术的应用极限一直是管线敷设的障碍。HDD方法成功地完成了一条外径8 in、长7 229 ft的管线建设, 目前用HDD方法完成的最大直径管线是一条外径40 in、长度超过4 458 ft的管线。顶管法因为敷设了一条外径149 in、长8 528 in的混凝土管线而打破了HDD方法的长度和直径纪录。而这些纪录意义是十分重大的, 它们的成功是通过克服重重技术挑战, 冒着巨大的环保风险和高昂的建设费用而获得的 (图1) 。目前通过非开挖技术方法提高管线敷设距离的主要局限描述如下:

2 HDD的局限性

运用HDD方法来扩展管线敷设距离受到两个重要因素的限制。

2.1 井眼的清洁

导眼井钻井或扩孔期间充分保持井眼清洁随着穿透距离的增加而变得越来越困难, 钻井液循环速度和压力一定要足够高, 以便产生湍流将岩屑通过环空带回至地表。

如果没有足够高的流速, 岩屑会在环空中聚集起来堵塞井眼, 另外任何岩屑的聚集都需要很大的力才能将其从管线中拖出, 而且这样还会增加管线完全被卡住的风险。

是否能保持井眼清洁或尝试移去聚集的岩屑取决于是否具有充足的流动, 如果没有一个有效的岩屑移出系统, 那么随管线敷设长度的增加井壁出现裂缝的风险会增加。

2.2 地层裂缝

当穿越管线长度增加时, 为了将岩屑带出地面, 必须增加钻井液压力。通常使用一种称为“经验法则”的原则来保证湍流的出现, 在钻头处每30 ft的钻杆压降约为1 psi (1 psi=6.895 kPa) , 很多软性地层 (湾泥、泥砂或软黏土) 的应力界限为50 ～150 psi。例如, 如果一套HDD系统的钻进距离为6 000 ft, 钻头处所需的清理井眼的压力为200 psi, 这会导致大多数软性地层出现裂缝 (图2) , 特别是钻孔出口附近超负的限定压力 (覆盖深度) 不断下降。

通过裂缝返出到地表的钻井液可能会对环保敏感的水路或沼泽地产生损害。每一个事故都可能给HDD签约人或管线所有者带来难以承受的责任, 因此运用HDD方法进行远程管线敷设风险较大。

3 顶管的局限性

顶管方法虽然在理论上可以获得长距离的管线敷设, 但当管线长度超过2 500 ft时会导致建设安装费的过度增加 (见图3) 。使用这种方法目前有据可查的记录是8 5278 ft, 其成本开销是7 500万美元, 施工了6个月, 每英尺的平均成本是令人震惊的8 800 美元。造成这种巨大成本的主要原因是当驱动杆穿过如此长的距离时需要增加大量的中间顶管站, 目的是分配巨大的顶管压力使管线前进, 每一个顶管站的增加也会导致整体管线前进时间的增加。

总之, 目前的非开挖方法当管线长度超过8 000 ft时有严重的局限性, 因此需要找到更安全、更有效的方法。

4 解决方案:水平定向钻

4.1 系统组件

HDB方法使用20世纪70年代最初开发的设备, 其中有些关键性的修改, 以便能够经济、安全地进行长距离大直径管线的敷设。图4描述了原始的HDB系统, 它由推进装置、带有液体喷嘴的独立旋转钻头、一个岩屑真空装置入口和一个定向控制的铰接头总成组成。

4.2 操作特点

HDB系统有6个特点:

◇ 使用尽可能大的环空或者井径来减少或使摩擦力最小;

◇ 充满钻井液的井筒提供钻杆浮力、润滑和滤饼, 从而防止地层坍塌;

◇ 当钻杆在井筒中移动时浮力控制程序可以使之保持最小的阻力;

◇ 保持井筒内部清洁, 移去钻头附近的所有岩屑并用泵通过管内通道将其携带至地表处理;

◇ 一个检测和定向控制系统, 可以确定井眼位置, 能使钻头进行必要的重新定位以保证正确的轨迹;

◇ 安装井下传感器, 连续监测环空压力变化, 避免地层出现裂缝。

应用具有这些特点的HDB系统:摩擦阻力最小, 井眼清洁得到优化, 井眼轨迹得到控制, 环境损害的风险消除。

这些特点为敷设大直径长距离管线提供了技术上的可行性且可以避免目前非开挖技术的不足。

4.3 HDB的应用

HDB方法特别适用于在松软地层中穿越宽阔的河、海湾或其他水路, 在常规的非开挖方法存在技术或环境上的障碍时可下敷设大直径的油、气和水或污水管线。该方法能够敷设铁管线的直径范围是36～72 in, 长度范围是5 000～15 000 ft。是目前避免HDD或顶管方法造成裂缝损害、环境破坏和过高建设成本所采用的替代手段。

4.4 HDB方法

HDB方法结合了许多HDD、顶管和油田ERD方法的重要特点, 使长距离大直径管线的敷设得以安全地进行。

像HDD和油田ERD方法一样, HDB方法产生一个比管材外径大25%～40%的环空, 这提供了一个充足的环形空间来向前推进管线而没有过多的阻力。依据钻井条件, HDD项目的摩擦阻力低达0.175 t/m2, HDB的摩擦阻力与油田ERD方法相似, 但是明显小于顶管方法的0.5～2.5 t/m2。

与HDD方法相关的多步法能节省时间并且使钻井、扩眼和管线回拖时易发生的潜在问题减至最小, 包括为回拖管线而清理井眼和地层出现裂缝及卡钻的可能性。

在HDD过程中起出大直径管线或油田大位移钻井时下入套管的过程中通常使用平衡浮力, HDB在钻杆下入井筒中通过使用同样的平衡浮力技术来减少摩擦, 这使钻杆简直是浮着进入井筒, 可有效地减小摩擦阻力和卡钻的风险, 特别是相对于顶管需要很多中间顶管站的情况。

HDB系统在切削头附近使用一个压力传感器来实时监测井筒内流体压力的大小, 钻井液的体积和压力在钻进时可在从地面进行监测和控制。对井下钻井液压力进行控制可避免顶管时出现的地下水或疏松的地层埋没井筒, 地层周围可能的裂缝也同时被有效地控制。这一特点通过平衡井下钻井液压力和地层封闭压力消除了HDD的大部分局限性, 也消除了钻井液窜至地表的潜在风险。

从环空中直接提取钻井液和岩屑提供了一种有效的井眼清洁方式。这些泥浆被返到上部并通过内部管线泵入固控设备进行分离和回收。保持清洁的井眼和监测钻井液压力是确保HDB能够进行大距离管线敷设的两个重要条件。

5 结论

工程实例看非开挖技术论文 篇2

摘要：近年来随着城市的快速发展，顶管施工在城市市政管道铺设中被广泛应用。本文从施工原理方法和技术措施及施工过程等方面详细介绍了下沙幸福北路顶管施工技术，详细阐述了泥水平衡掘进顶管施工技术。

论文关键词：非开挖,顶管,施工

地下管线是城市基础建设的重要组成部分，它就像人体内的“神经”和“血管”，日夜担负着传送能量的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市的生命线。地下管线的施工方法有开挖和非开挖两种。所谓非开挖技术是指利用各种岩土钻掘设备和技术手段，在地表不开挖沟槽的条件下，铺设、更换或修复地下管道、电缆、电线等公用设施，不影响任何交通和设施运行，做到最小限度地扰民碍市。本文根据具体的实例说明城市地下管线非开挖技术。[1]

1 工程概况

本工程位于下沙幸福北路工程桩号K0+040～K0+880污水管道。该段管线主要位于道路西侧绿化带中，污水管道管径D1 650mm，顶管管材采用F管，钢承口型接口，Ⅲ级管。D1 650顶管长度为844.1米，坡度i=0.6‰。

图1 顶管工作坑布置图

2 管材的确定

根据幸福北路(九沙大道～德胜快速路)工程设计图纸的要求，本工程污水管顶管所使用的管材为：采用F管，钢承口型接口，Ⅲ级管。

3 顶管施工方案、工艺及质量控制措施

(1)顶管简况

幸福北路(九沙大道～德胜快速路)工程顶管工程，顶管管径为D1 650，采用泥水平衡机械掘进机顶管施工。投入1台Φ1650TLM泥水平衡顶管掘进机用于本工程施工作业。

4 顶管设备的选用及安装

4.1 顶管掘进机的选择

图2 TLM泥水平衡掘进机

选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。根据业主提供的工程地质勘察说明书、地质资料显示，本工程顶管穿越地层为粉砂土层，渗透系数大，物理力学性质差。因此，选择一种较先进的全封闭机械顶管掘进机DDTLM泥水平衡掘进机。该机具有沉降控制精度高，顶进速度快等优点。

4.2 主顶进系统设置

主顶进系统由油缸组、顶进环、钢后靠及液压泵站等组成，其主要功能是成管节顶进，是顶管设备系统的主要组成部份。

(1)油缸组

油缸组由4只油缸分两列左右对称布置，每列各2只油缸叠积而成，并用可分式结构的支座固定，用联接梁连成一体。

油缸选用国产的双冲程、双作用等推力液压千斤项，每只油缸最大推力为1000kN，装备最大推力为4000kN，满足顶管最大允许顶力的要求。油缸行程3.0m，因此长度2.5m的管节可一次连续顶进完成，无须再设垫块，提高了工效，并减轻了劳动强度。

(2)液压泵站

选用2台A2F28RP2斜轴式柱塞油泵，配备Y200L―6型电机。通过调速阀可改变油泵的流量，根据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。以满足开挖面土压平衡的条件，从而起到控制地面沉降的作用。

(3)钢后靠

管节顶进时油缸的反力，通过钢后靠均匀地传递到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。钢后靠安装时，应与顶进轴线保持垂直，与井壁间的空隙应用素混凝土填实，确保整体接触。

(4)主顶进装置主要技术参数

油缸数量：4只

油缸尺寸：D×d×L=φ250×φ220×3 500 mm

油缸行程：S=3 000 m

限定油压：P额=25 MPa

限定推力：F额=1 500 kN

最高油压：Pmax=31.5 MPa

最大推力：Fmax=2 000 kN

顶进速度：V=0-80 mm/min

4.3 泥水出土系统

图3 泥水出土系统

泥水系统采用Telemole管路系统。渣浆泵型号：4/3 C-AH，电机功率18.5 KW，流量90 m3/h，扬程21.8 m。顶管施工的管内出土是影响工效的关键环节，因为采用泥水管路系统可使顶管实现连续推进。

4.4顶管工作坑设施布置

图4 顶管工作坑布置

基坑导轨应具有足够的强度和刚度。本工程基坑导轨由型钢和钢板焊接而成。在工作井底板基础上应事先预埋钢板，预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合，以便导轨与之焊接。预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度，导轨安放后，还应在二侧用型钢支撑好，必要时再浇筑混凝土，确保导轨在受撞击的条件下，不走动，不变形。导轨安装的允许偏差为：轴线位置：3mm，顶面高程：0~+3mm，两轨内距：±2mm。在顶进过程中经常进行检查和复核。

主顶油缸架是拼装式结构，主顶油缸架的安装也要定位准确。保证油缸受力点的正确位置。其高程和平面安装误差小于5mm。

顶铁轴线应与管道轴线平行、对称，顶铁与导轨之间的接触面不得有泥土、油污;顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬。在顶进过程中，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并应随时观察顶铁有无异常迹象。

承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙，更应具有足够的强度和刚度，并有足够安全度。本工程的承压壁设计在内衬混凝土上先用钢筋混凝土浇平，后靠钢板用δ=70钢板，在钢板和混凝土平面之间衬满堂50mm松木板。

5 顶进施工工艺、技术及质量控制措施

5.1 顶管施工工艺流程图(详见图5)

5.2 最大顶推力及其限制措施

本工程主顶液压系统最大顶推力根据工作井的许用顶力设置为： 1000KN。

限制措施为控制液压系统的压力。当液压系统的压力达到10MPa时,主顶液压控制台将报警，以满足限制最大顶力的`措施。由于限制的系统压力较小，所以液压系统的故障将大大减小，顶管的可靠性也相应提高。

5.3 顶管纠偏技术要点

纠偏操作方案应是顶管司机交接班讨论的重点。方案的依据为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.5度以上的大动作纠偏须尽量避免并慎重讨论，不得已时也应争取在非重要地段进行并加强观测。纠偏动作后如无折角变动应即停顶，会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。纠偏应在下管后尽早进行，注意观察倾斜仪读数的纠后趋势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步压浆量。

5.4 沉降控制措施要点

在顶管施工前，必须摸清管线或构筑物的标高及位置。制订切实可行的保护措施，并取得对方的认可才能施工，确保管线及构筑物安全。

(1)地面监测，优化掘进机参数

在初始推进阶段，要精心组织地表监测，在轴线上方每隔3m布设一个沉降控制桩。通过地表监测得到隆沉量与相对应的掘进机主参数(包括推进速度、开挖面土压力值，出土率等)进行比较，从而优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。

(2)注浆稳定措施

除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续的环状浆套。要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。

5.5 测量仪器配备与检验

顶管施工需进行三维动态测量，其精度要求特别高，必须采用精度高，性能优良的测量仪器。

为此，特配备了苏一光OTS232型全站仪(侧角精度+2”量距3 mm)NA2水准仪等一系列精密高档仪器。

图5 顶管施工工艺流程图

5.6 顶管过程中的应急措施

(1)对开挖面的土体进行改良的技术措施

为了对正面的土体进行改良，在机头迎土面的上部布置了注浆管。顶进时，通过注浆管向土体内压注一定量的泥浆并经刀盘搅拌后，可以有效地改良正面地土体，使出土保持顺畅。

(2)管节止转的技术措施

顶进时机头在刀盘及螺旋机的作用下会发生旋转，而机头旋转尤其是转角偏大时会对顶进造成不利影响，因此对工具管要采取纠转措施。在机头前方筒的水平二侧焊翼板，长1.8 m宽30 mm，厚25 mm，以防止机头旋转。对机头的旋转主要采用加压重块的方法。在机头二侧焊压块支架，1#与6#管二侧亦焊压铁支架。二侧先平均放压块，共60 t。一旦发现机头有微小偏转，立即将压铁移到另一侧。

6 结语

城市非开挖技术在世界上已经经历了1的历史，而在中国却处于一种起步应用阶段。随着城市经济的不断发展，非开挖技术越来越显示其优越性，并广泛地被人们认识和接受。我国很多大中城市均采用此技术，发挥了非开挖技术的独特作用。

参考文献

非开挖技术 篇3

中国城市基础建设快速发展至今已超过二十年，紧随着城市道路交通建设的不断延伸拓展，城市地下管网也在期间其实现了跨越式的大发展。但在“地上”建设飞速发展、管理及技术水平不断提升的同时，“地下”城市市政管网的建设和管理相比之下仍旧滞后，与欧美发达国家也存在差距。

针对过去几年频发的管线泄漏爆炸、城市暴雨内涝、路面坍塌等地下管网问题，国务院总理李克强于今年7月在国务院常务会议上，专门对推进城市地下综合管廊建设进行了部署，长远来看，有望解决城市地下管网比较突出的“各自为政”及“马路拉链”等问题。

但在短期内，甚至在未来十年到二十年间，地下老旧管线更新改造问题仍会非常突出，特别是在基础设施完备、交通压力巨大而管廊建设暂时无法全面推进的一、二线城市中心区域，则需要运用其他绿色施工技术手段进行解决。

非开挖管道更新修复技术作为一项城市地下管网改造的重要手段，因其环保性也慢慢为民众所了解。该技术领域也在过去二十年间不断发展提升，特别是翻转内衬修复技术在历经数次换代升级后，逐渐成为欧美国家地下压力管道的一项主要修复技术手段，其工程应用也在国内慢慢推广开来。

二、技术操作流程

非开挖翻转内衬修复技术的技术原理如下：用压缩空气或高压水为动力，将浸渍过粘合剂的管状复合内衬材料翻转推入清理过的旧管道，在粘合剂固化后，形成一层与管道内壁紧密结合的内衬层，最终达到修复管道的目的。

翻转内衬修复技术目前主要运用于压力管道，即燃气和自来水管道，并且在欧美已取得权威技术检验机构的相关认证证书（修复压力范围认证、卫生认证等）。其主要技术参数（见表）所示：

三、技术推广优势

（一）适用范围广

翻转内衬修复技术是目前世界上唯一一项可用于燃气高压管道修复的非开挖管道修复技术，可修复运行压力最高至3.0MPa的燃气管道和至4.0MPa的自来水管道；因其过弯能力，技术也特别适用于难以开挖或无法开挖的城市中心区域地下管线。

（二）修复后管道性能佳

翻转内衬修复技术可有效延长管道运行年限达30年以上；且因内衬材料厚度比其它修复材料（比如PE管）相比大大降低，仅为2mm至3.5mm修复后管道输送能力基本不变；修复后管道中的内衬材料与原管道内壁紧密结合，也避免了以PE管作为修复材料进行修复后管道一旦泄露后无法迅速确定漏点并进行及时抢修的短板。

（三）技术可行性强

对比明开挖换管，翻转内衬修复技术实施所需的土方开挖量可降低97%以上，并且可以最大限度避免在桥区、路口、地铁、铁路、河道、繁华商业区进行开挖；施工过程中占地面积小，无须像其它修复技术在施工现场占用PE管预先焊接的空间；施工所需开挖的路面工作坑也可于白天以钢板覆盖并恢复正常交通通行。

因此，翻转内衬修复技术工程实施的行政审批难度也大大降低，至今在国内一线城市如北京、广州等地的翻转内衬修复工程均是当年申报、当年施工、当年重新投入运行。

（四）技术实施的经济效益和社会效益高

翻转内衬修复技术土方开挖量的降低，使管线修复过程中破坏周边其它市政管线的风险也成比例下降，工程实施的拆迁补偿成本仅为明开换管施工的10%至20%。以北京为例，翻转内衬修复工程的经济成本对比明开换管可降低20%左右。

该技术实施期间噪音低、扬尘小，对周边居民正常的工作、生活及交通通行影响小，且单位长度管线修复碳排放量可降低90%以上，凸显技术实施的社会效益。

四、技术效果范例

非开挖翻转内衬修复技术于上世纪90年代末，开始运用于国内中低压燃气管网，期间技术及材料的研发也取得突破性进展并获得DVGW德国燃气与水工业协会技术认证。2011年北京市在国内率先运用这一技术修复高压燃气管道，修复后管道在实际运行中也验证了其安全稳定性和在中国的适用性。

北京市的燃气管线建设始于1958年。1997年，陕甘宁天然气进京，拉开了北京城市燃气管网建设迅猛发展的序幕。然而随着城市建设的加快，燃气管线大面积施工的条件限制不断增加，尤其城市核心区地上建筑密集，地下管线纵横交错，且占压情况严重；而且明开施工对社会、交通、环境影响极大，施工中破坏周边或上方非法占压管线的风险很高；在使用了几十年的老旧管线隐患频发的情况下，地上、地下条件都已不允许“开膛破肚”明挖修复，采用非开挖进行管道内衬修复更势在必行。因此，北京市在全国率先引进国际领先的非开挖技术进行高压管道修复。

为此，承担北京城市燃气管网运行建设的北京市燃气集团从2008年起，就与德国燃气及具有百年管道施工经验的德国KARL WEISS公司不断交流论证，探索引进高压燃气管道翻转内衬技术的可行性。2010年10月，北京市燃气集团确定引进德国KARL WEISS公司高压翻转内衬技术应用于北京市，并把东三环（老虎洞-华威桥）800多米高压燃气管线改造项目作为该项技术的实验工程，列入2011年集团技术改造工程。德方项目经理来京现场考察后，细化施工方案，并根据管网现状进行了喷砂清理、带压开孔等相关实验，以满足北京市燃气高压管网现状的修复要求。

为配合新技术的引进实施，更好了解掌握该技术，检验修复效果、解决修复后管线运行管理中的问题及积累原始数据，北京市燃气集团旗下高压管网分公司与天环燃气公司共同合作建设成立了国内燃气行业首个“管道修复技术实验中心”对实验工程开展筹备工作。

2011年9月11日夜间，北京东三环老虎洞-华威桥老旧燃气高压管道修复实验工程开始实施。修复现场800多米老旧管道沿线已分段挖好近六个深浅、大小不同的工作坑。在工作坑内技术人员首先对断开的老旧管道内部进行高压水清理和机械清理，随后再对管道内壁进行喷砂清理，以达到100%除锈效果。修复现场德国KARL WEISS公司技术人员将专用喷砂打磨机器放入已用水清理技术清理过的DN500燃气管道内，连接大型真空吸砂机后开启电源，管内小型专用喷砂打磨机在管内通过压缩空气驱动旋转喷砂，对锈蚀管道内壁进行打磨清理，瞬间夹杂着锈斑和各种杂质的废砂从管道另一头被全部吸出。管道内壁清理干净后，通过专用数控压力翻转设备，以压缩空气作为动力，将浸渍高强度粘合剂的复合气密性内衬软管翻转推入管道中，待粘合剂固化后，套入管道中的内衬软管将与管道内壁紧密贴合，管道由此得到修复。

实验工程完成后，经国外权威检测机构检测证实，该技术完全适用于中国老旧高压燃气管道的修复。在试验修复后的燃气管道成功通过冬供高峰运行后，北京市燃气集团又应用这一技术对建于1988年，已经运行24年的西三环航天桥至劲松桥约27公里次高压燃气老旧管线进行整体修复。修复后的燃气管道使用寿命将延长30年。

该工程不仅填补了国内高压燃气管道非开挖修复领域的空白，实现了该工艺从中低压管道到高压管道修复的跨越，也标志着北京燃气管网在城市高压管道修复工程技术上已处于世界领先地位。

其中，于2013年实施的北京西三环高压燃气管线修复工程，因工程投入了世界领先的非开挖管道修复技术（翻转内衬修复技术），且工程实施的地理位置特殊，工程实施难度大、周期短，为国内单项管道技术改造工程投资额最高的案例，被中国非开挖协会评选为2013年年度非开挖优秀工程。

这项技术目前也是广州燃气集团在DN400及以上管径老旧管道修复的首选技术手段。仅在2014年，广州燃气集团运用该技术就修复了广州市区两大东西主干道中山大道及黄埔大道DN500中压管线2.1公里。

五、结语

非开挖翻转内衬修复技术作为一项城市地下老旧管道的消隐改造技术手段，对比其它老旧管网技改手段，其技术优势明显，经济和社会效益高。但作为非开挖管道修复技术领域的一项顶尖技术，目前在中国仍不为众多市政管网运营商所认知。

随着国内城市建设的继续深入和地下空间集约化管理制度的逐渐完善，非开挖翻转内衬修复技术的优势将日益明显，其应用范围和规模与欧美发达国家的差距也将慢慢减小，成为中国老旧地下市政管线改造的一项重要技术措施。

（责任编辑：徐春芳）

非开挖技术 篇4

1 概述

1.1 市政给水管道工程中非开挖技术的意义

首先, 非开挖技术之所以应用在工程建设中, 主要是降低了开挖的数量, 但是也能实现管道工程的建设, 这是一种创新性的手段, 与传统的管道开挖技术相比, 是一项重大的突破。并且这一技术具有施工难度低, 对环境污染小的特点, 满足现代社会发展过程中可持续发展理念的要求, 更重要的是对交通影响较小, 不会对居民的生活造成严重的影响。因此不仅在市政工程中, 在路桥、建筑以及油气工程中也具有较好的应用。所以为我国的现代化建设做出了突出的贡献。

1.2 市政给水管道工程中采用非开挖技术的优势

首先, 因为市政工程在建设的过程中会占用较大的城市空间, 所以难以避免的会对人们的工作与生活产生一定的影响, 在此基础上, 采用非开挖技术能够将不利的影响降到最低, 以此实现更加良好的工程效果。其次是应用范围更加广泛, 如上文中所述, 该技术不单单可以应用在市政工程中, 还能应用在更加广泛的工程中。第三, 给水管道主要是在地下铺设管线而实现的施工, 所以利用这一技术能够进一步提高其精准度, 将整个环节得到有效的控制, 从而为现代社会带来更多的经济与社会效益。

1.3 非开挖技术的种类划分

根据作用不同, 非开挖技术可以分为三种不同的类型, 一是管线铺设, 二是管线修复, 三是管线更换。第一种方法可以应用顶管法、导向钻进法进行施工, 都是非开挖技术中主要的施工方法。在对管线进行修复的过程中主要采用的方法为灌浆法、缠绕法等, 而进行管线更换时, 主要运用了爆管法、吃管法等, 这些方法较多, 对于工程的质量也会产生不同的效果, 因此在运用这些非开挖技术进行工程建设时需要注意, 要根据实际情况选择合适的施工方法。

2 非开挖技术在市政工程建设中的具体应用

2.1 顶管法

运用顶管法进行管道施工时需要对土质进行一定的要求, 必须是粘性土才能应用这种方法, 否者是不适用于这种方法的。因为管道在铺设的过程中采用直线铺设的方式, 所以要选用以混凝土为主要材质的管道, 其直径为70mm, 只有满足上述的要求才能开展具体的施工建设。顶管法又可以将其具体分为两种不同的类型, 一种是泥水平衡式, 另外一种是上压平衡式, 根据施工现场的不同要求, 选择合适的施工方式。顶管法的优势在于具有较强的应变能力, 可以适用于不同情况下的工程建设, 并且在施工风险上, 也能得到有效的控制, 总而言之是一种十分有效的施工方法。

在具体施工的过程中, 需要先在管道的一端挖掘一个工作坑, 以混凝土以及木板为基础, 将其设置在坑中, 并在基础上设置导轨以便能够顺利的推进。将管底的坡度以及高程等相关的数据进行准确的测量, 以便计算出导轨的推力, 在不断推进的过程中将混凝土管推进到最顶端, 完成工程施工。施工时有时会遇到工程复杂的情况, 此时可将其他施工技术与顶管法相结合运用, 这样便能够实现理想的施工效果。在施工过程中, 地质条件的实际情况与工作井具有紧密的联系, 所以为了确保工作井的质量, 一定要事先对管道周边的沿线地质进行详细的勘察, 以达到满足工程施工的要求, 同时将工作井的数量得到有效的控制。在众多的管道建设中, 所积累的经验表明在端部设置工作井对工程的效果最佳, 也能简化施工的步骤, 在进行工作井的建设时, 主要以钢筋混凝土为主体结构, 并且常见的施工方法为沉井法与逆作法。

2.2 水平定向钻进法

水平定向钻进施工方法是市政管道工程非开挖施工技术中适用范围最广的一种施工方法。在市政管道工程非开挖技术施工中, 采用水平定向钻进施工技术的前提条件是土质为粘性土, 管道直径不超过70 厘米, 管道管线为直线或是曲线, 管道管材为钢管、PVC管、PE管的情况下。水平定向钻进技术具有扰动较小、管道维护费用低、工期较短、成本费用低、施工效率高等优点。在市政管道施工中水平定向钻进施工技术主要能分为两个阶段:第一阶段是钻进导向孔, 按照管线设计情况将管线尽量钻进同一个导向孔;第二阶段是扩孔导向孔, 并将管材沿着扩大的导向孔拖回到导向孔中, 以此完成穿线工作。

2.2.1 导向孔施工

在使用钻机进行导向孔钻进施工前, 应仔细勘查穿线路径, 确保穿线路径上没有其他管线阻碍, 而后按照规范谨慎进行施工, 以免损害其他管线设施。通过对穿线路径的检查, 了解路径中的地质情况, 选用合适的钻进工具。当钻机中的一根钻杆钻完后, 应及时测量钻头实际位置, 以便发现钻头前进方向出现偏离情况后迅速进行校正, 这样反复进行, 直至完成导向孔曲线钻孔作业, 并确保导向孔曲线符合设计要求为止。

2.2.2 预扩孔与回拖管线

市政管道工程施工中, 如果管道直径超过20 厘米, 而采用的钻进工具为小型钻机时, 就应先进行预扩孔。如果管道直径超过35 厘米, 且采用的钻进工具为大型钻机时, 也应进行预扩孔。一般情况下, 应按照施工现场的地质条件及使用钻机的具体型号来确定预扩孔次数与直径。在进行管线回托施工时, 应事先将需要回拖的管线与扩孔工具进行连接, 而后在进行管线回拖作业。管线回拖的具体操作情况是利用钻机转盘作用驱动钻杆旋转后退, 以此完成管线回拖作业。由于管线扩孔内堵满泥浆, 使得管线处于一个悬浮状态, 这样不仅使得回拖阻力被降低, 还进一步加强了管线防腐性。

3 结论

综上所述, 本文首先从非开挖技术的重要意义、非开挖技术的优势和非开挖技术类别划分几方面对非开挖技术进行了一个整体介绍, 而后从顶管施工技术和水平定向钻进施工技术两方面阐述了非开挖施工技术在市政管道施工中的应用情况, 这具有非常重要的意义, 不仅有助于促进我国市政工程的可持续发展, 还助于增强城市的综合实力。

参考文献

[1]丁丰.非开挖技术在城市给水管道施工中的应用及意义[J].科技创新与应用, 2015 (07) .

[2]宋涛, 贺亚.新管材及管线非开挖施工技术在市政管道施工中的应用[J].中华建设, 2011 (07) .

非开挖技术 篇5

高分子泥浆技术在非开挖工程中的应用

0 前言 随着城市建设的飞速发展,管道敷设采用传统的`开槽埋管方法,会严重影响环境,特别是处于市中心繁华地区、老城镇保护地区、密集的居民区等地方的工程,由于沿线有许多历史保护建筑、地下管线复杂、可能穿越运行中的地铁等,对地表变形的要求较高,因此须采用非开挖技术进行施工.

作 者：赵国强 ZHAO Guoqiang  作者单位：上海市第二市政工程有限公司 刊 名：上海建设科技 英文刊名：SHANGHAI CONSTRUCTION SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 “”(3) 分类号：U4 关键词： 

非开挖技术 篇6

关键词：穿越多层建筑物；非开挖工程；管道铺设；导向孔设计；成孔工艺设计

一、工程概况

（一）工程地理位置及地质条件

该工程位于市委党校内，施工场地周围建筑物较密集，施工范围内地层自上而下为：碎石土（0—2m），粘土层（2—10m）。施工管段穿越建筑物底部分处于粘土层。

（二）工程要求

工程要求拟铺设电缆管线，采用非开挖铺管施工技术将12根Φ160mmPE管和1根扁铁穿越图书馆和9#教学楼底部。单根管长约90m，总工作量约1080m。管道在基底部埋深≥5m。同时要求保护好建筑物基础；不影响建筑物正常的使用功能；不危害附近建筑物和地下管线安全。另外由于工地所处的地理位置和环境的特殊性，要求施工过程中严格控制施工噪声强度值和施工废水（包括泥浆废液等）的处理。

（三）设备及仪器

根据工程需要，选用华力重工生产的HL518B型非开挖水平导向钻机。该机最大扭矩6000N.M，最大回拖力180KN，最大转速80rpm，导向孔孔径76mm，钻机自带一部BWF-160/10型泥浆泵。使用Φ73mm×3m钻杆。采用美国数字控制有限公司生产的Digi TraKMARKⅢ定向定位系统。地下原有管线测量定位用加拿大雷迪公司生产的RD4000地下管线探测仪。PE管焊接用江苏无锡产的SHD-250塑料管道热熔对结焊机现场焊接。

二、工程设计

非开挖铺管工程工艺流程包括现场勘测及地下构筑物调查、导向孔及成孔工艺设计、工作坑开挖、导向孔施工、反拉扩孔、清孔、铺管、竣工验收。其中最关键的技术是导向孔及成孔工艺设计。

（一）现场勘测及地下管线调查现场勘测及地下管线调查是导向孔设计的重要依据，也是判定施工难易程度、制定施工工艺的依据

进场施工前公司技术人员对现场进行了勘测，测绘了施工场地周围的地形地质情况，标定了欲铺管线的起点、终点位置。对周围各种管道检查井逐一探查，判明管道直径、走向及埋深。采用管线仪探测法及物探法对地下金属管道、非金属管道、电缆及其他构筑物进行探测，判明走向、深度，在关键部位开挖探井探测。同时调阅了拟穿越的两座建筑物的相关资料，了解其基础类型、深度及有无地下室、出入建筑物的地下管线情况等。最后绘制出完整的施工现场勘测平面图及剖面图，交由技术负责人复查。

（二）导向孔设计及回拉拖管安全性核算

导向孔设计根据管线的起点、终点位置，建筑物基础及地下构筑物情况，在现场平面图及剖面图上绘制出管道轨迹。设计要求：管道绕过建筑物基础；导向孔距离地面≥5米，以确保建筑物安全；穿越建筑物时采用半盲钻导向；曲线造斜段尽可能短以方便施工及加快施工速度，曲线造斜段要顺。本工程导向孔轨迹由3段组成，分别为第一造斜段、第二直线段、第三造斜段组成。为了便于施工将穿建筑物底部段设计为直线段。

考虑其扩孔直径较大，为减小对建筑物基础影响，取导向轨迹最深点h为5.5m；由经验公式L=[h（2R-h）]^0.5，R1≥1200d，R2≥206DS/K，α＝2arctg[h/（2R－h）]^0.5。式中L——造斜段长度；h——铺管深度；R——曲率半径（R1——钻杆，R2——管材）；d——钻杆直径；D——铺设管道外径；S——安全系数；K——管子的屈服极限。

计算得R1=87.6m，L1=30.55m≈31m，入射角α1=21°；

本工程选用的管材为PE管，这种材料对于其他刚性管材来说具有较强的柔韧性。通常PE管的曲率半径等参数生产厂家都会提供。表1即此工程用PE管的参数值：

根据表1，PE管的曲率半径R2为37m，小于（钢）钻杆曲率半径R1。为了施工安全，取R2=R1，因此α2=α1，L2=L1。

（三）成孔工艺设计

根据计算，当孔径最小为Φ640mm时可容纳12根Φ160mmPE管。为确保扩孔顺利及安全，通常的将成孔孔径设计为最小孔径的1.2-1.5倍，即Φ720mm-Φ900mm。受钻机设计性能限制，最大回扩钻头直径为620mm，故将12根管分两次铺设，即进行两次6回路铺设。经计算本工程设计最大回扩孔径为Φ620mm。根据地质情况，拟分别采用直径Φ160mm、Φ250mm、Φ350mm、Φ450mm、Φ560mm、Φ620mm锥型小出刃挤压式扩孔钻头分级扩孔。

成孔液是钻孔成功的重要因素。在导向钻进或是在回拖扩孔过程中，成孔液主要起防止塌孔、平衡地压、减小阻力、冷却钻头和发射探头的作用。在钻进时，成孔液用量相对较少，可调整泥浆泵在小流量状态；在回扩或回拖过程中，由于钻孔直径较大，所需成孔液相对较多。泥浆泵要调整为大流量。采用合适的钻进或回扩速度，以保证有足够的成孔液，形成良好的钻孔。非开挖成孔液有多种类型，一般分为清水、泥浆、化合物溶液、乳状液、泡沫浆液和盐水浆液。根据本工程的地质情况和施工经验，在粘土层中用清水作成孔液即能基本达到施工要求，既减少工作量又降低了施工成本。

（四）计算管道的回拖阻力

W=[2P（1+Ka）+P。]f·L

式中W——管的摩擦力（KN）；P——土对管的压力（KN/m）；Ka——主动土压力系数；P。——管的重量（KN/m）；f——管壁的摩擦系数；L——管道的长度（m）。

W=[2×（0.48×0.24×18.5）×（1+0.3）+0.227]×0.3×90=124.65（KN）

本工程所选用华力重工HL518B型导向钻机最大回拖力F=180KN>W，符合安全施工条件。

三、施工

（一）入钻工作坑开挖

根据拟铺设管道的深度和最大回扩钻头直径，设计在导向钻头入土处垂直挖一个3m×2m×2m（长×宽×高）的工作坑。主要作用是：下管坑，减少施工管线的长度；当计算的入射角大于钻机所能抬升到的角度时，可以通过坑内钻进导向来减小入射角而不影响轨迹；盛放从孔中溢出的成孔液和导向扩孔产生的泥浆废液，以便澄清后将成孔液循环使用或者全部废液直接由泥浆车集中抽走，不污染环境。

（二）导向孔施工

由于入钻工作坑的运用，必须根据原导向轨迹的设计，计算出从工作坑壁入钻的垂直深度和入射角来进行入钻施工。根据原导向轨迹的设计，计算出从工作坑壁入钻的垂直深度和入射角来进行入钻施工（如图1所示）。施工时在地面每3.0m测量一次导向钻头深度角度坐标，并在地上用漆做好位置标记。同时以每3-5根钻杆为一组，返观钻孔曲线是否平顺，发现较大偏差及时纠正。施工至直线段时，钻杆深度、斜度均符合设计要求，此时导向作业的主要任务就是保持好竖直方向的角度和左右方向的摆动范围，确保钻进方向符合设计要求。当进入到建筑物正下方后采用半盲钻方式保持水平钻进。导向头顺利穿越第一栋建筑物后，恢复用仪器跟踪导向头深度角度；以同样的方法使导向头穿越第二栋建筑物，并从预先设计地点进入第三造斜段施工。根据预先设计，第三造斜段施工轨迹可按照第一造斜段参数进行（如图1所示）。通过第三造斜段的施工，钻头在电缆沟预定点成功出土，随后在钻头出土处开挖一个工作坑。整个导向过程中，使用泥浆泵持续将清水注入导向孔，以达到护孔与减阻的目的，同时能防止泥土或沙石颗粒堵塞导向钻头水眼。

（三）反拉扩孔施工

扩孔时按设计仍使用清水护壁，多个扩孔钻头逐级扩孔。随扩孔钻头的孔径不断加大，泥浆泵的泵水量也应相应加大。由于扩孔会带出大量的地下土体，与水混合形成泥浆（废液）不断聚集在工作坑内，应及时将废液用泥浆车清走，以免影响后续工作。整个过程回扩阻力均匀，出泥量也较均匀，没有出现塌孔事故。成孔质量较好，扩孔比较成功。

（四）拖管

在扩孔的同时现场进行管道焊接，一次焊接到铺设的长度。为减小拖管阻力，从拖头开始每隔10m用8号铁丝将6根Φ160mmPE管和1根扁铁捆扎一圈让其形成一个相对的整体结构。由于前面的扩孔工作质量较好，孔壁阻力较小，拖管过程比较顺利，拖管拉力不大于100kN。拖管结束后，我们对管道两头分别作了临时封口处理，防止泥沙进入管道引起堵塞事故。

（五）第二条管道施工

施工过程基本与第一次铺设相同。关键是控制好两次铺设的管道之间的距离。本着既不威胁已经铺设好的管道安全又不影响工程技术要求的原则，设计前后两次导向轨迹水平距离为1.6m。经过施工，第二阶段管道也顺利铺设。整个工程仅用时10天。

四、总结

非开挖铺设管道技术以其独特的优越性，已被人们逐步接受，特别是在大中城市，商业繁华地区普遍采用此项技术。

非开挖技术有如下优点：对交通干扰小；对周围物景的损坏和对周围的环境影响少；全年可施工，施工安全、效率高；社会效率高，且综合成本低，工时少。工程实施过程中，学校的教学秩序正常和校内交通畅通，施工完毕后场地立即恢复，很好的体现了非开挖铺设工程的以上优点。

科学巧妙的设计钻孔轨迹能降低施工难度、加快进度、提高效益。

非开挖施工之前必须进行钻孔轨迹的设计，施工过程中还要根据这一设计进行控制，使实际轨迹符合设计轨迹，以保证铺设管道位置的准确性。因此，钻孔轨迹设计既是非开挖施工的依据，又是施工质量检查的标准。设计方案是否正确合理是非开挖施工成功的首要条件。同时，科学巧妙的钻孔轨迹设计能降低施工难度、加快进度、降低施工成本。例如：穿越建筑物底部时设计成直线段，降低对导向钻头测量的次数和难度，简化施工，加快进度。在设计施工的钻孔轨迹中，由于钻杆和管材曲率半径较大，全孔拖管则管线可能会很长、施工难度大，这时可在钻孔轨迹直线段两端设计工作坑和下管坑，减少施工管线的长度。钻孔轨迹设计要避免S型弯曲，它会大大增加拖管的阻力。

钻机、导向钻头、扩孔钻头、拖头和其它工具会附着大量泥浆，施工完毕应及时清洗干净，避免污染周围环境。

施工产生的泥浆等废液也应当及时清走，严禁直接排入市政污水管道，以免造成堵塞。

参考文献：

1、颜纯文等.非开挖地下管线施工技术及其应用[M].地震出版社,1999.

2、乌效鸣等.导向钻进与非开挖铺管技术.地质大学出版社[M],2004.

非开挖管道定向钻穿越技术探讨 篇7

1) 该工艺是一种非开挖铺管技术, 通常适用于穿越河流、湖泊、建筑等障碍的管道铺设以和不宜开挖的城市市政地下管网建设。

2) 该工艺适用于不含大卵石的各种地层, 包括含水地层, 不适用于砾石层, 一般用于软弱土层;管材通常为钢管、PE管等, 直径在200~1 200 mm之间, 在世界上目前记录铺设管线最长可达2 600 m。

2 定向钻进拉管工作原理

定向钻进拉管技术是利用定向钻机、导向钻头和导向仪等施工设备, 按照设计的钻孔轨迹 (一般近似弧形) , 采用定向钻进技术先修建一个近似水平的先导孔, 等先导孔钻头在被穿越障碍物 (河流、公路) 的另一端显露出后, 再卸下导向钻头换上大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺管线, 然后进行反向扩孔, 与此同时将待铺设管线直接拉入钻孔。有时根据钻机的能力和待铺设管线的直径大小可先专门进行一次或多次扩孔后再回拉管线, 待全部的钻杆被拉回时, 铺管工作同时完成。

3 应用案例

3.1 工程概况

以厦门市杏林湾大桥段给水工程为例, 该项目穿越杏林湾一条直径为0.40 m、长度为900 m、管材为1.6 MPa PE给水管。根据地勘资料管道的埋深拟设在海河床下7 m, 根据地层及综合其他因素计算回拖力为75 t, 一般选择回拖力的1.5倍以上, 所以本项目选择一台回拖力125 t的美国威猛水平定向钻机。考虑到该项目长度较长且又在海中, 为预防介质的干扰, 采用有线导向系统。该项目采用水平定向钻进施工工艺与围堰施工相比, 既经济又安全, 最大程度地减少对周边环境、居民的生产生活的影响, 取得了显著的经济效益和社会效益。

3.2 前期调查

项目施工前, 要全面的调查并掌握拉管施工区域地表和地下地质情况, 合理设计和计算管线走向和进出洞口位置, 在满足拉管施工控制需要的同时, 注意满足既有企业正常生产的需要。施工调查的内容包括:一是地下管线的探查, 主要通过查阅原始资料和地下管线探测仪探测, 力求避开和避免损害既有管线;二是地质勘察, 主要对管线附近地下暗浜、既往回填、地下设施以及土质情况进行调查;三是地面下障碍物调查, 地表面可满足导航设备通过, 具有实施控制的基本条件。

3.3 拉管施工工艺流程 (见图1)

3.4 拉管施工技术要点

3.4.1 导向孔轨迹的设计

1) 导向孔是扩孔拉管的母线, 也是最终形成的管线孔。与其他管线不同, 该给水管须敷设在河床下, 以防今后清淤时被损坏, 对于深度和坡度允许误差均有较严格的要求, 导向在水上面因杏林湾与大海连通在导向时须固定到小船, 避免因流水漂流而偏离预定的导向钻孔, 施工复杂且难度大。对于施工的场地的限制, 在导向钻进时有较小的入土角度。

2) 导向孔轨迹参数的确定。导向孔轨迹一般由三段组成, 第一造斜段、直线段和第二造斜段, 直线段是管线穿越障碍物的实际长度, 第一造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段, 第二斜段是钻杆出露地表的过渡段如图2。

其计算公式为:

式中, h为铺管m;L为定向钻铺管水平长度;R1为第一造斜段曲率半径, 由钻杆曲半径决定, 一般为R1≧1 200d (钻杆直径mm) ;R2为第二造斜段曲率半径, 由待铺设管线允许弯曲半径决定, 一般为R2≧1 200 d (待铺设管线直径mm) ;α1为入土倾角;α2为出土倾角。

3.4.2 回拉力计算

水平定向钻进回拉力的计算是一个关键, 它直接关系到对钻机与管材的选型, 正确估算回拉力至关重要。其公式为:

式中, F为计算的拉力, T;L为穿越长度, m;F为摩擦系数, 一般为0.1~0.3;D为生产管直径, m;γ为泥浆密度, T/m3;δ1为生产管壁厚, m;K为粘滞系数, 一般为0.01~0.03。

3.4.3 定向钻机的选择

定向钻机的选择可根据上式计算值的1.5~3倍来选择, 本项目采用美国威猛1 250铺管钻机。另配功率为120k W的不停钻射流循环泥浆搅拌系统, 可快速制备钻进用泥浆;具有操纵台全功能数字仪表显示和独立的液压锚桩系统。钻机的主要技术参数为:发动机功率为200 k W, 最大推力/拉力为1 250 k N, 最大回转扭矩为38 k N·m, 输出轴转速为0~110 r/min, 泥浆系统功率为75 k W, 泥浆泵流量为720L/min, 泥浆泵压力为10 MPa, 角度为8°~20°。

3.4.4 管材的选用

根据设计, 管材选用PE管, 其具有以下特点: (1) 韧性高、抗拉能力强、抗刮痕能力好; (2) 采用热熔对接一体化连接, 密封可靠, 连接强度高于本身强度, 宜于拖拉; (3) 可挠性能良好, 管道走向容易按照施工轨道进行改变; (4) 快速裂纹传递抵抗能力好。

3.4.5 泥浆的配制

采用聚合物加强性泥浆, 由膨润土加少量聚合物制成。该配方中膨润土和聚合物添加量约占泥浆质量的2%左右。扩孔拖拉中采用同样比例的泥浆, 造壁性能良好, 润滑和降低扭矩的效果较好, 没有发生塌陷等情况。

3.4.6 导向孔的施工

根据测量定位的轴线, 使定向钻机水平钻进, 路面上部利用控向仪等导航设备控制钻头的方向和深度, 严格按设计轴线形成一条直径约为10 cm的圆孔通道, 孔道中心线即为所需铺设管道的中心线。开钻时采用轻压慢转, 进人平直段采用轻压快转才能保持钻具的导向性和稳定性。根据地层变化和钻进深度, 适时调整钻进各项参数。施工中要密切关注钻进过程中有无扭矩、钻压突变、泥浆漏失等异常情况, 发现问题立即停止施工, 等查明原因并采取相应措施后再施工。导向孔完成后, 对工作坑入土口、接收坑出土口的标高和方位进行检查, 确保按设计轴线成孔。

3.4.7 扩孔施工

导向孔完成后, 卸下起始杆和导向钻头, 换成回扩钻头进行回扩。回扩过程中要始终保持适当的泥浆量, 对泥浆各性能参数进行不定期检测, 以调整泥浆性能指标。根据地层的实际情况, 合理控制回扩钻进速度, 以利排碴。扩孔分3~5次完成, 最后一次回扩需采用相应的挤扩式钻头, 若回拖力和回扩扭矩较大, 则要多回扩一次, 才能孔壁成型和稳定。针对本地区粉淤质土质的特点, 实际操作时在泥浆混配系统中加入适量TERRA等稀释粉, 该粉具有固化洞壁、润滑钻杆、塑管作用并能起到防止管材变形等功能。在钻进回扩过程中, 应及时做好施工记录, 发现钻进时间、轴线角度、扭矩、顶拉力等有异常情况, 要立即停止施工, 并立即查明原因并采取相应措施后再施工。

3.4.8 管道焊接

为缩短施工工期, 分级回扩可与PE管材的热熔连接平行作业, 热熔连接前、后, 连接工具加热面上的污物应用洁净棉布擦净;热熔连接加热时间、加热温度、热熔压力和保压、冷却时间应符合管材、管件生产企业的规定, 在保压、冷却期间不得移动连接件或在连接件上施加任何外力。热熔连接还应符合:

1) 连接前, 两管端应各伸出夹具一定自由长度, 并应校直两对应的连接件, 使它们在同一轴线上, 错边不得大于壁厚的10%。

2) 管材或管件连接面上的污物应清洗干净, 铣削连接面, 使其与轴线垂直并使其与对应的连接面吻合。

3) 待连接的端面用电加热板加热。加热后应迅速脱离电加热板, 并用均匀外力使其完全接触, 逐渐升压使其形成均匀的双凸缘。

4) 干管连接部位的管段下部应采用专用托架支撑, 并固定吻合。

5) 在鞍型连接前, 应用洁净棉布擦净连接面上的污物, 并应用刮刀或粗砂布擦去除干管连接部位外表面。

3.4.9 回拖铺管

PE管的管材连接应严格按电热熔施工要求施焊, 回拖前应检查电热熔焊接质量并自然冷却、检查合格后方能进行拖管。在回拖管道过程中, 要关注孔内情况, 钻机操作手应密切注意钻机回拖力、扭矩的变化。回拖应平稳、顺利, 严禁硬拖。管材要一次性拖入已成型的孔洞中, 中途尽量避免停顿, 以减小回拖的阻力。

4 拉管工艺的控制

4.1 管线轨迹的设计

为了保证引导精度采用的措施为:一是在管线设计时, 充分考虑引导实施的可行性;二是适当设置工作坑, 确保入土角度和标高;三是增加检测频率, 精确换算管位深度, 每500 mm检测一次;四是尽量减少测定干扰, 尽量选择在生产间隙、车辆较少时进行施工。通过采取以上措施后, 标高偏差基本上控制在50 mm以内, 满足了工艺要求。

4.2 沉降的预防

施工中的另一个问题是防沉降。由于回扩头的质量与大小不同, 加之不良土质的影响, 在管道的外边产生间隙是必然的, 这种间隙在管径较大和埋深较浅的管段容易发生沉降, 主要需要防止、控制的地方是穿越主要道路下的管段。在拉管施工中, 2 m以下的较小管段基本上没有出现明显的下降, 较浅的局部地方在1~2月以后有轻微下沉。为了杜绝在穿越道路时有下沉情况, 采取的措施有:一是分多次完成扩管, 尽可能消除土体受挠动后的变形;二是选择适合管径的刀头, 尽量减小空隙;三是采取补救措施, 对确定必须杜绝但有可能发生下沉的管段随管注浆。在这样的管段回拖管材时, 外侧附带25~30 mm的注浆管, 在完成拉管后封堵好井端管外缝隙, 用注浆机注满水泥浆。这一措施对于短距离的管线简单可行, 可有效杜绝路面下沉问题。

5 结语

非开挖作为一种新型的地下管线建设方法, 近年来在我国得到迅猛发展, 随着我国城市化进程的加快, 非开挖铺管技术越来越受到人们的青睐。拉管施工技术的发展, 为城市管道施工开辟了新的思路。本文通过工程实例的成功应用, 并取得了良好的经济、社会效益, 期望对今后类似排水管道工程的施工具有一定的指导意义。

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摘要：根据定向钻施工方法具有不污染环境、不影响交通、建设周期短、综合成本低等优点, 将在今后的地下管线施工中获得广泛的应用。针对拉管工艺在供水管道建设中的技术特点进行了分析、仅供同行参考。

关键词：定向钻穿越,非开挖铺管,施工技术

参考文献

[1]福建省建设厅.水平定向钻进管线铺设工程技术规程:福建省工程建设地方标准[Z].

[2]GB50268-2008给水排水管道工程施工及验收规范[S].

浅谈非开挖地下管线施工技术 篇8

关键词：非开挖技术,地下管线,铺管,更换修复

0 引言

随着社会经济的飞速发展, 城市建设规模和道路交通设施需要不断地扩大和完善, 使用传统的明开挖施工方式对城市地下管网的铺设、修复和更换, 不仅会对城市的交通运输和环境保护造成较大的影响, 而且会影响群众正常生活和城市运行秩序, 特别是在人口比较密集的城市、交通比较拥挤的地区和一些不允许开挖的特殊地段, 传统的明开挖施工方式已经不具备实施条件, 具有很大的局限性。

1 非开挖技术的原理

非开挖技术是新兴的一种地下管线施工技术, 是指以现代岩土钻掘技术为核心, 利用各种岩土钻掘设备和定向测控等技术手段, 通过导向、定向钻进等方式, 在不开挖或者少开挖地表的前提下, 对给水、雨水、污水、天然气、石油、电力和通信等各种地下管线进行探测、铺设、修复和更换的施工新型技术。通常会应用在穿越公路、铁路等主要交通干道, 城市建筑群、人口密集区、环境保护区、古迹保护区、河流、湖泊和港湾等特殊地段。使用非开挖技术, 可以解决传统明开挖施工方式的局限性和存在问题。

2 非开挖技术的特点

在穿越一些特殊地段的情况下, 非开挖技术相比传统明开挖技术具有以下各种优点:不会影响交通, 不会破坏环境, 施工周期较短, 避免影响群众日常生活, 较小程度的干扰社会运行秩序。非开挖技术可以做到不开挖或者少开挖地表, 最大程度地保证穿越管道上部地质结构不会被破坏或扰动, 管道的连接位置不易产生变形或脱节, 埋设的管道寿命比明开挖法技术埋设的管道寿命更长。在城市建筑群或重要建筑物地段采用非开挖技术, 即可以减少房屋征收数量, 节省土地和房屋征收费用, 又可以优化管道路线, 缩短管道长度, 降低工程造价, 具有较为显著社会效益和经济效益。

3 非开挖技术的类型

中国是在上世纪90 年代引入并开始研究非开挖技术, 虽然起步较晚, 但经过近20 年的发展研究, 对其施工技术的不断分析改善, 目前非开挖技术基本类型可以分成非开挖铺设新管技术、非开挖管道原位更换技术和非开挖管道修复技术三种。采用非开挖技术首先应通过钻探或探测等方法对施工现场进行勘测, 了解地质情况, 清楚现场已存在的地下管线及其它构筑物, 为设计管线材料和钻进轨迹提供准确的依据, 并确定最合理施工工艺技术。

4 非开挖铺设新管技术及原位更换和修复技术

4.1 非开挖铺设新管技术

4.1.1 导向钻进铺管法和定向钻进铺管法

导向钻进铺管法和定向钻进铺管法的基本原理大致相同, 两者之间没有严格的界限, 国际上通常将铺设管径较小、铺设长度较短、使用钻头较小的施工方法称为导向钻进铺管法, 而将铺设管径较大、铺设长度较长、使用大中型钻头的施工方法称为定向钻进铺管法。两种铺管法首先应确定导向孔的轨迹曲线, 确保导向孔可以避开地下障碍物, 在与地下管线交叉位置必须预留足够的安全距离, 避免因探测估值误差和钻头自动修整误差而破坏原有地下管线。然后在导向孔进口处安装钻机, 调整好钻机导轨与地面的夹角, 如果需要减小钻头的入土角度或需要进行水平钻进, 就要预先做好工作井, 将钻机安装在工作井里施工, 并在空气干钻和泥浆排渣中选择采用最合理的钻进方式。

在导向孔钻进过程中, 如果遇到钻头震动较大、顶进困难或卡住, 钻机声音较响或钻机抬头, 以及导轨变形等问题, 应该分析现场实际情况, 采取相应的处理措施, 确定能否重新钻进或者需要调整位置后开钻, 不可以强行钻进, 否则不仅可能会对钻头或导轨造成损伤, 甚至可能使钻头卡在导向孔内。完成导向孔后应按照设计管道数量和管径要求进行逐级扩孔, 在扩孔过程中如果遇到卡钻、孔径缩小或塌孔等问题时必须及时进行处理。扩孔完成后需进行一次或者多次清孔工作, 避免因孔内残留泥块等杂物而导致出现管道变形和管道卡住等情况, 确保铺设的地下管线满足设计要求。管道回拖速度应结合地质条件变化和回拖压力表变化进行调整。完成铺管工作后应及时处理工作井, 恢复施工现场。导向钻进铺管法和定向钻进铺管法施工精确度较高, 施工可控性较强, 在铺设地下管线工程中所占有的市场比例正在不断的增加, 是目前最精确的一种非开挖技术。

4.1.2 冲击矛铺管法和夯管锤铺管法

冲击矛铺管法是以气动或者液动的驱动方式进行非开挖铺管, 利用矛体的活塞作往复运动, 不断冲击矛型钻具, 使钻具挤压周围土层, 形成管道孔, 准备铺设的管道一般可以随着冲击矛拉进管道孔内。该方法适用于长度较短、直径较小的管线铺设, 而且地层必须是淤泥、黏土、粉质黏土和非密实的砂土等可以压缩的土层。

夯管锤铺管法只能铺设钢管, 是依靠低频、大功率的夯管锤将准备铺设的钢管一段接一段地夯入地层。铺管过程可以通过压缩空气、高压水射流和螺施钻杆的方式排土, 管道直径较大时可以采用人工清土。该方法对地质的适应性较强, 可在砂层、土层或者含少量砾石 (直径小于钢管内径) 的地层中使用。

冲击矛铺管法和夯管锤铺管法的工作原理相似, 主要的区别在于:冲击矛铺管法是在钻进过程中将管线拉入管道孔, 而夯管锤铺管法是将钢管从土层之外直接夯入。两种铺管技术都具有简便易行、效率较高和设备成本较低等优点, 而且使用夯管锤铺管法基本不会引起地表下沉的问题。

4.1.3 顶管法和盾构法

在非开挖施工技术中顶管法和盾构法具有很多共同特点:如都必需先行建造始发工作井和接受井, 都是利用气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论进行工作面开挖, 杂土和材料的运输方式相同, 并具有相同的施工安全措施。所不同的是顶管法的千斤顶是作用力在始发工作井后背井壁上, 顶入土中的是预制好的管道, 推进的阻力随着顶进长度的增加而增强, 长距离顶进时需要中继间和泥浆套等附加设备;而盾构法接入的是以管片拼装而成的管片, 千斤顶是支撑在已经拼装好的环形衬砌上, 理论上推进的阻力不会因顶进长度的增加而受到影响。两者相比顶管法适合较小的管径, 管道的接缝较少, 整体密闭性较高, 结构强度较大;盾构法更适合在大口径的管道, 施工不需要结实的受力井壁, 管径越大、管道越长越能凸显其优越性。

4.1.4 其他非开挖铺设新管技术

在非开挖铺设新管技术中不仅有导向钻进铺管法、定向钻进铺管法、冲击矛铺管法、夯管锤铺管法、顶管法和盾构法, 还有微型隧道铺管法、螺旋钻进铺管法和推挤顶进铺管法等技术。应该根据现场实际需求选择最合理的施工技术。

4.2 非开挖管道原位更换技术

非开挖管道原位更换技术可以更换同直径或更大直径的管道, 是以准备更换的旧管道为导向, 将旧管道破碎后, 同时把新管道拉入或顶入的更换技术。目前管道原位更换技术使用较多的是爆管法, 可以适用在较宽的管径范围和各种地质条件, 在施工前需要仔细调查附近管道设施和地层条件, 特别是在管道直径需要加大的情况下, 必须确定管道上部覆土层最小埋深, 避免爆管施工中管道上部地表凸起, 影响邻近原有地下管线设施。虽然爆管法工艺具有较高的经济效益, 但如果原有管道已经严重错位, 将使新管道也产生错位情况。

4.3 非开挖管道修复技术

随着国内老化和损坏的各类地下管道越来越多, 需修复的管道也日益增加, 非开挖管道修复技术在地下管线管理和城市发展上具有重大影响。目前常用的非开挖管道修复按技术分类有穿插法管道修复技术、原位固化法管道修复技术、碎裂管法管道更新技术、喷涂法管道修复技术、螺旋缠绕法管道修复技术、管片法修复技术和薄壁不锈钢管道内衬法修复技术。地下管线在修复前应仔细探测待修复的管线, 分析管道实际存在问题选择最合适的管道修复技术。

5 小结

随着社会环境的不断变化, 人们的文明意识和环境意识不断增强, 传统的明开挖管线施工方式导致的社会问题、交通问题和环境污染问题已越来越受到关注, 非开挖技术因本身具备的管道施工优势和社会发展需要也受到越来越多的重视和应用, 具有广阔的市场发展前景和较快的发展趋势, 已经成为当前一种新兴的产业结构, 是各种地下管线施工中的一种革命性技术。未来非开挖技术将以提高施工效率和保证质量安全为指导思想, 继续加强施工工艺研究, 研发更新非开挖设备, 继续注重社会经济发展和自然环境保护之间的平衡。

参考文献

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[5]马保松, 等.非开挖工程学[M].人民交通出版社, 2008.

[6]詹军, 于清杨.非开挖地下管线施工技术简介[J].城市发展研究, 2000 (03) .

非开挖工程中综合物探技术的应用 篇9

与传统开槽施工技术相比, 非开挖技术可以避免工程对路面的破坏, 极大地减轻了对城市交通的影响, 使施工造成的环境问题、社会问题和交通问题的影响程度降到最低。因此, 非开挖技术以其特有的先进性、适应性, 在城市地下工程建设中广泛应用。然而, 对于非开挖施工或非开挖企业, 最大的或需要解决的关键问题是规避工程风险。非开挖技术相比传统开槽技术对规划设计、施工以及竣工验收环节的安全性和精确性的要求更高。而综合物探技术可以在非开挖工程的各阶段提供相关数据的准确测量。

本论文将介绍综合物探技术在非开挖铺管工程的施工区域勘察测量及验收的应用情况及注意事项, 以期推动综合物探技术在非开挖工程中的更广泛应用。

2 物探技术原理

物探方法已成为地质科学中的一门重要学科, 在工程物探、石油物探等相关领域得到了较快发展。物探方法的地球物理前提是根据所要探测的地质体与其周围介质的物性差异, 来进行地质体的探测[1]。从某种程度上说, 物探技术的应用与发展已成为衡量工程勘察现代化水平的重要标志。非开挖工程中所应用的物探技术主要有:探地雷达、静力触探技术。

2.1 探地雷达探地原理[2]

探地雷达 (Ground Penetrating Radar简称GPR) 又称地质雷达, 透地雷达, 是用频率介于106～109Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种地球物理探测方法。其基本原理是:首先由发射天线向地下发射高频宽带短脉冲电磁波, 同时由接收天线接收来自地下空间不同深度介质界面的反射波。电磁波在地下不同介质中反射时其路径、电磁场强度、反射波波形特征等将随介质的电性、几何形态而变化。假设地下半无限空间内存在n+1层电性介质, 则存在n个电性界面, 设每个电性层厚度为H, 电磁波速度为Vi, 介电常数为E, 每个电性界面的反射波系数为R, 则有如下关系式;

第i层反射系:

其中:下标i代表i个电性界面。探地雷达就是基于电磁波反射信号特征, 研究地下各种地质现象的。

2.2 静力触探

静力触探的基本原理就是用准静力 (相对动力触探而言, 没有或很少冲击荷载) 将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中, 由于地层中各种土的软硬程度不同, 探头所受的阻力自然也不一样, 传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来, 再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系, 来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。静力触探主要适用于粘性土、粉性土、砂性土。就黄河下游各类水利工程、工业与民用建筑工程、公路桥梁工程而言, 静力触探适用于地面以下50m内的各种土层, 特别是对于地层情况变化较大的复杂场地及不易取得原状土的饱和砂土和高灵敏度的软粘土地层的勘察, 更适合采用静力触探进行勘察。静力触探既是一种原位测试手段, 也是一种勘探手段, 它和常规的钻探———取样———室内试验等勘探程序相比, 具有快速、精确、经济和节省人力等特点。此外, 在采用桩基工程勘察中, 静力触探能准确地确定桩端持力层等特征, 也是一般常规勘察手段所不能比拟的。

3 综合物探技术在非开挖工程中的应用

在非开挖工程, 综合物探测量技术主要在施工区域勘察中用到综合物探技术的场合主要有以下两块:地下构筑物的勘察和地质地层的勘察。

在施工区域勘察中, 综合物探一般有三种应用形式, 即 (1) 采用探测仪进行金属的探测; (2) 采用地质雷达进行金属和非金属探测; (3) 采用静力触探、钻探等方法进行地层及地下构筑物的探测。

利用综合物探技术实施的前期精细勘察设计, 是非开挖工程成功的重要因素。在非开挖工程中, 工程成功与否, 与施工区域勘察密切相关, 工程成功与否, 客观因素主要取决于对:非开挖施工路由所经地下空间地层的了解。

但是, 施工区域勘察中也有诸多问题以及注意事项:譬如在地下的勘察中, 由于常用的探测仪, 是针对理想条件 (自由空间中的单条载流无限长导体) 设计的, 当探测对象是单条管线或虽有多条管线但间距较大时, 观测参数不论是磁场水平分量Hx, 还是磁场水平分量垂直梯度ΔHx, 它们的异常形态都较为规则, 一条管线对应一个单峰对称的异常, 此时探测精度较高。但实际作业中, 往往遇到的是多条管线并行且间距较小;或如电信管道, 电缆的数量及排列是变化的, 由于磁场的叠加, 致使异常形态畸变, 多条管线对应可能只有一个单峰异常, 峰值也可能偏离管线中心位置, 造成探测误差较大, 甚至会带来错误的结果。此外, 常用的管线探测仪一般测深小于5m, 随着非开挖技术的普遍应用, 工作中有时会遇到管线埋深大于5m的情况。归结起来, 目前地下探测难点问题主要有三类情况; (1) 近间距并行管线探测; (2) 多电缆管道探测; (3) 深埋管线。

对于近间距并行管线的探测, 探测人员首先要掌握这类异常的特点, 大致了解现场条件, 最后合理选择探测方法。对于近间距并行管线的探测, 常用的方法有选择激发法、压线法、直接法、夹钳法等。

其中, 选择激发法的应用条件为: (1) 要有分叉、拐弯、三通等可供选择激发之处; (2) 如采用远距离激发, 则要求发射线圈的有效磁矩要足够大, 工作频率要低。

压线法的又分为水平压线法、倾斜压线法和垂直压线法。水平压线法适用于间距稍大的并行管线, 如果间距较小, 水平压线虽可压制干扰信号, 但目标信号往往亦较弱, 此方法的探测深度较小。倾斜压线法适用于近间距的并行管线, 往往是水平压线法效果不好时使用, 该方法操作非常简单, 效果也很好, 但近于上下并行的管线不宜使用。垂直压线法适用近于上下并行的管线, 但必须要有可供垂直压线的条件。

直接法也即充电法, 就是利用管线出露部分直接向管线充电, 并通过改变接地或充电方式, 尽量让电流沿目标管线流动。包括单端充电、双端充电等。方法应用条件: (1) 要有管线的露点或其他可直接充电的条件; (2) 电力、电信管线禁用, 易燃易爆的管线禁用; (3) 影响探测效果的因素还有:充电电流的大小 (包括电极接地电阻的大小) ;充电位置的选择;无穷远极的布置。

对于多电缆管道探测, 常用的方法有夹钳法。

夹钳法就是利用专门的感应钳, 使被钳管线产生感应磁场。方法应用条件: (1) 要有可供夹钳之处; (2) 一般多用于电力、电信电缆的探测。

在地下多电缆管道的探测中, 如电信管道探测, 大部分探测者习惯用夹钳法, 往往是根据所钳电缆的相对位置推断电信管道的埋深和位置。必须提醒的要点是:当电缆条数较少时, 夹钳法作首选的探测方法没错, 但如果电缆条数较多时, 由于电缆条数和电缆排列等因素的变化, 这时若仅仅根据所钳电缆的相对位置推断电信管道的埋深和位置, 有时探测误差往往较大。此外, 电缆密集条件下的探测, 还要注意反向电流的影响。

随着水平定向钻进、顶管等非开挖技术的普遍应用, 工作中有时会遇到管线埋深大于10m的情况, 常规探测方法无能为力, 广州市规划勘测设计研究院张汉春高工等总结出比较有效的探测方法是采用远端接地直连法[3]。

远端接地直连法接地使用长导线, 沿垂直管线走向与远端接地电极连接, 可以增大信号传输的距离, 加大探测深度。探测要点有: (1) 接地要远, 一般大于100m; (2) 工作频率要低, 一般小于1kHz; (3) 发射功率要大; (4) 尽量减少接地电阻, 接地电极入土至1m多, 接地处要潮湿, 必要时应浇水减少接地电阻; (5) 由于信号不是很强, 宜通过峰值法、零值法及抬高接收机法等相互验证[4]。

4 结束语

综合物探测量技术在非开挖工程的前期、施工及竣工验收已有了广泛的应用, 是非开挖工程能否顺利实施的关键。各种物探技术都有它的适用性与局限性, 应根据被探测的目的层或目的物的埋深、规模及其与周边介质的物性差异, 合理地选择一种或几种有效的工程物探方法。工程物探成果解释时应考虑其多解性, 区分有用信号与干扰信号。在正式开展工程物探工作之前, 认真做好前期试验工作, 认真做好对比研究, 选择最佳的采集方案和最佳的采集装置, 以及仪器操作方法, 这是保证勘探成果质量的前提条件。

摘要：本论文介绍了非开挖工程的综合物探技术在施工区域勘察测量及工程验收阶段的应用以及注意事项。指出综合物探技术的选择应该根据被探测的目的层的埋深、规模及其与周边介质的物性差异, 合理地选择有效的工程物探方法。

关键词：综合物探技术,应用,注意事项

参考文献

[1]张胜业, 潘玉玲.应用地球物理学原理[M].北京:中国地质大学出版社, 2004.

[2]王晖, 张圣勇, 张丽媛等.综合物探方法在工程选址中的应用[J].水利与建筑工程学报, 2011, 9 (5) :148~151.

[3]张汉春, 黄昀鹏.长距离深埋管线的探测效果[J].物探与化探, 2006 (, 4) .

非开挖的拉管施工技术探析 篇10

某自来水供水管道工程, 位于福州市区, 管道长度2500m, 其中有一段管段需要穿越市政道路, 道路宽度50m, 个别管段穿过现有商铺, 距离商铺仅为2.5m, 交通繁忙, 人员较为密集, 地下管网复杂, 管道沿线须经过大量的电杆、广告牌等构筑物, 施工条件相当复杂。为了减少对现有的交通和居民生活的影响, 供水管道的铺设采用非开挖的拉管施工技术, 设计管材采用DN600的给水HDPE管, 埋深4~6m。

2 拉管施工的特点

(1) 施工简便。拉管施工工艺简单, 只要现场勘察工作做到位, 钻机安装好, 把钻头和管道焊接牢固, 按照既定的穿越线路进行施工即可。施工部署相对简单, 可操作性较强。

(2) 施工速度快。由于采取非开挖方式, 相对于“挖槽埋管法”而言, 减少开挖和回填土方的时间, 减少交通管制等活动, 可以达到加快施工进度的目的。

(3) 环保。由于没有开挖施工, 对地层破坏小, 对管道沿线的环境不产生污染。

(4) 综合成本低。由于无须开挖, 减少土方运输和堆放的费用, 减少交通封闭和导流的费用, 减少降水和抽水的费用, 缩短工期, 减少管理人员的工资, 从而使得施工成本降低, 取得较好的经济效益。

(5) 安全性良好。由于管道焊接和拉管操作均在地面上进行, 减少了深基坑施工的危险因素, 减少对周边环境的影响, 再辅以有效的预防沉降的措施, 使得周边建筑不出现沉陷等安全事故。

3 拉管施工工艺原理

定向钻进是利用定向钻机、导向仪、导向钻头和扩孔钻头等施工设备, 按照既定的导向轨迹, 先完成先导孔的施工, 其轨迹近似水平, 待先导孔钻头穿越过障碍物后, 卸下导向钻头, 然后换上较大直径的扩孔钻头以及口径比导向钻头小的待铺设的管线, 再进行逆向钻孔, 并把待铺设的管线拉进孔道。根据地质条件、钻机的功率和待铺设管线特点等情况可以一次或者多次扩孔后再进行管线回拉。

4 非开挖的拉管施工技术

4.1 拉管施工工艺流程

现场勘察—导向孔轨迹的设计—钻机安装—泥浆配制—导向孔施工—扩孔、清孔—回拖铺管—现场清理。

4.2 拉管施工技术要点

(1) 现场勘察。现场勘察主要包括地下管线探查、地质勘察和地表地形测量等, 通过查阅相关地质报告和地下管线的原始资料, 对既有的管线位置进行详细的勘探, 对地形情况进行测量记录, 为后续的导航设备安装及钻孔施工提供一定的决策依据。

(2) 导向孔轨迹的设计。导向孔是管道铺设的母线, 给水管道对深度和坡度等精度要求较高, 施工难度相对较大。导向孔轨迹一般由造斜段和直线段两部分组成, 造斜段是钻杆进入铺设管道位置的过渡段, 直线段是管道穿越障碍物的实际长度。由于本工程的施工环境较为复杂, 导向孔轨迹的设计不仅要满足施工要求, 还要顾虑现场的实际情况, 确保管线钻进的入土角度较小。结合工程实际情况和设计要求, 工作井每200m设置一个。

(3) 钻机安装。本工程定向钻机型号采用DDW-350, 导向仪型号为马克3, 采用循环泥浆搅拌系统, 功率为45k W, 钻机的最大拉力为380k N, 泥浆泵流量为320L/min。将钻机牢固地安装在管道的中心线起始位置, 保证钻机在钻孔和逆向扩孔时不出现沉降和移位现象, 必要时可以采用混凝土进行加固处理。钻机应锚护牢固可靠, 确保钻机轴线和钻进轴线误差≤0.1m。钻机安装完成后应进行试车, 试车正常后再投入使用。

(4) 泥浆配制。泥浆一般由优质膨润土、自来水和适量的掺加剂组成, 本工程的掺加剂为固壁剂, 掺加剂和膨润土约占泥浆总量的2%。不管是钻进还是回拉扩孔均可以采用同配比的泥浆, 实践证明, 该泥浆护壁性能良好, 润滑效果显著, 在施工过程中未出现塌陷现象。

(5) 导向孔施工。导向孔施工是拉管施工中最关键的工序, 导向孔施工的精度将直接对整个管道的铺设质量产生巨大的影响。所以应对钻进的轴线多次进行复核, 确认无误才开动泥浆泵按照设计好的角度对准入土点进行钻孔施工, 在路面上采用控向仪等导航设备来控制钻头的深度、倾角、位置以及钻进的方向, 根据接收仪器显示数据进行分析, 对钻头的钻进情况进行实时控制, 严格按照设计的导向轨迹进行导向孔施工。开钻时应轻压慢转, 等进入到直线段时再采取轻压快转方式, 根据地质情况和钻进的深度, 对钻进的各项参数进行调整, 确保钻具的稳定性和准确性。每钻进一根钻杆应对钻头的位置进行测量, 及时地调整纠偏钻进的轨迹, 确保导向孔的曲线形状满足设计要求。在钻进施工过程中, 应密切关注有无泥浆漏失、钻压突变和钻机扭矩突变等异常情况, 发现异常应马上停止施工, 待查明情况处理后再进行钻进施工。导向孔施工完成后应对轴线及标高进行复核, 确保钻进轴线符合设计要求。

(6) 扩孔、清孔。导向孔施工完成后, 根据铺设的管材的直径可以计算出回扩钻头的尺寸及扩孔次数, 可以一次或者多次逐级扩孔。把导向钻头和导向钻杆卸下后, 接上旋转接头和回扩钻头, 再接上回拉钻杆进行回扩孔施工。在扩孔施工中, 应保证一定数量的泥浆, 并对泥浆的性能指标进行测量, 及时调整, 确保孔壁安全。本工程根据地质情况, 对回扩速度进行合理的控制, 扩孔分3~5次完成, 最后一次采用挤扩式钻头。假如在回扩过程中出现回拉力和扭矩较大时, 应增加回扩的次数, 确保孔壁的稳定。在回扩施工过程中, 应对钻进时间、回拉力、扭矩、轴线角度等原始记录进行详细地记录, 若出现异常应在查明原因排除障碍后再进行施工。扩孔完成后应及时进行清孔, 把残留的泥渣清理干净。

(7) 回拖铺管。由于HDPE管采用电热熔的连接方式, 在管材回拖施工前应对电热熔连接质量进行检查, 待连接处的自然冷却后, 确保连接牢固可靠后方可进行铺设管材施工。在回拖铺管过程中, 应确保回拖顺利平稳, 管材应一次性连续地回拖到位, 尽量减少停顿, 避免加大回拖的阻力, 严禁野蛮施工。施工中应注意钻机扭矩和回拖力的变化情况, 及时地作出调整。

(8) 现场清理。拉管施工完成后, 根据设计要求对工作坑进行回填压实, 对剩余的泥浆进行回收清理, 恢复施工前的场地面貌。

5 质量控制措施

(1) 所选用的钻机及导向设备应满足设计和施工规范要求, 确保拉管施工的安全可靠性。

(2) HDPE管的管径和材质应满足设计及施工规范要求, 按照规范要求对HDPE管的焊接质量进行检查, 并做好隐蔽验收工作, 确保导向钻头与HDPE管的焊接牢固可靠, 避免回拉时脱落。

(3) 导向孔钻进时, 应对工作坑的标高和出入土角度进行复核, 保证较小的出入土角度;对钻头的深度每0.5m测定一次, 增加测定的频率, 并选择在交通量较少时测定, 提高钻进的精度。

(4) 采取有效的预防沉降措施 (1) 采取多次扩孔方案, 以减少对土体的扰动; (2) 对于地质条件较差的管段, 采取在管材外侧安装Φ30mm注浆管, 在回拖管材时采用随管注浆的方式, 确保孔壁不坍塌, 完成拉管施工及时封堵管外缝隙; (3) 选择合适的钻头, 尽量减少孔壁与管材的缝隙。

6 结束语

本工程采用非开挖的拉管施工技术不仅有效地解决对现有交通和居民生活的不良影响, 还避免对周边环境及基础设施等破坏, 缩短施工工期, 安全性能良好。在给水管道施工中, 未出现市政道路、周边建筑和构筑物沉降不均匀引起的塌陷、开裂等现象, 跟传统的开挖埋管施工方法对比, 有效地节约了成本, 取得良好的经济效益, 为今后类似项目的施工提供了一定的借鉴作用。

摘要：非开挖的拉管施工是指采用水平定向钻机在设计好的导向轨迹上进行钻孔并铺设管道的一种施工方法, 适用于不同地质和深度的施工, 具有施工简便、施工速度快、环保、综合成本低和安全性良好等优点, 被广泛地应用于供水、电力、煤气等管道安装工程。本文从拉管施工特点和工艺原理出发, 结合工程实例对拉管施工技术要点进行了详细的阐述, 为类似工程提供参考。

关键词：非开挖,拉管施工技术,导向孔施工

参考文献

[1]GB50268—2008, 给水排水管道工程施工及验收规范