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談非開挖定向鉆進技術拖拉管施工工學論文
摘要：本文闡述了非開挖定向鉆進技術拖拉管的軌跡設計原理及拖拉管導向、擴孔、回拉、檢測等施工技術，分析了拖拉管施工的優缺點。
關鍵詞：非開挖定向鉆進；拖拉管施工；優缺點
地下管道施工中，經常遇到河流、鐵路等大型障礙物，無法徑直開挖，通常采用頂管施工，需建鋼筋混凝土工作井接收井等，工序多，工期長，造價高。采用非開挖定向鉆進技術拖拉管施工，能縮短工期，降低工程成本。如上海海港新城污水埋管工程采用非開挖鉆進技術拖拉管就是成功一例。該工程樁號為KO+OSO至KS+540，管線全長9.5km，其中橫穿濱果公路和軍墾河段，管徑DN600，原設計為開挖施工，設計變更為拖拉管，管材為高密度聚乙烯HOPE管，非開挖長45m。
一、拖拉管簡介：
非開挖定向鉆進技術又稱拖拉管、牽拉管施工，是將石油工業的定向鉆進技術與傳統的管線施工方法相結合的一項施工新工藝，近幾年被廣泛用于市政、電信、電力等多種地下管線的建設中。
非開挖定向鉆進施工是將定向鉆機設在地面上，在不開挖土壤的條件下，采用探測儀導向，控制鉆桿鉆頭方向，達到設計軸線的要求，經多次擴孔，拖拉管道回拉就位，完成管道敷設的施工方法。
二、拖拉管主要施工工藝：
(一)水平定向軌跡設計與原理
導向孔軌跡設計是在管線剖面圖基礎上，設計出鉆孔的最佳曲線。根據開挖的工作坑、接收坑結合設計井位，按照設計管道水力坡度標高來設計鉆進軌跡。不僅需要考慮避開穿越區域的地下管線，還要考慮到水文地質、地面環境、鋪設管道的管徑材質、穿越長度深度、鉆機的性能等因素。管道施工的軌跡要滿足設計要求，必須考慮入土點、出土點的斜直段、曲線段長度，嚴格控制水平穿越段各點標高。一般作業標高控制以每根鉆桿為一個控制點，按設計管道水力坡度計算出鉆進軸線上軌跡標高。入射角度根據已知數據科學計算，正常操作應控制在5－12度之間。如果單從施工的順利程度考慮，在產品管線埋設深相同的前提下，造斜距離越長則軌跡曲線越平緩，有利于后續管的順利回拖。
(二)拖拉管施工
2 施工準備
2.1 編制施工方案，明確技術措施，嚴格技術管理。
2.2 施工主要設備及拖拉管材料選擇
該工程采用FDP-25型水平導向鉆機。
管材采用HOPE平壁管，管材的強度及環剛度必須滿足設計和施工階段的荷載要求。
3 測量監測
3.1布設監測點。量測地面、管線監測點，及時反饋信息，指導鉆進施工技術參數的調整。
3.2 環境監測。定時監測周邊建筑、道路裂縫、水位等信息變化，及時直接預警、控制沉降量。
4 導向孔與鉆進施工
根據設計的地下管線位置，開設長1.5m寬0.5m的樣洞確定管位。在距離工作井15～20m處設一個造斜工作坑，在距末井20～25m處設一個拖管坑，保證水平導向鉆機作業的穿越深度和長度。
4.1 工作坑內安放導向鉆具。檢查測量儀器，探頭電池的絕緣性能，以防漏電。
4.2 將探頭裝入探頭盒內，打開接收機和同步顯示器，檢查轉動探頭盒。將探頭盒與造斜鉆頭接好并連接在鉆桿上，開機輸送鉆進液，檢查鉆頭噴嘴。
4.3 鉆桿放入導向鉆機，就位，使鉆桿在設計軸線上。逐節鉆進，直至將鉆桿鉆入拖管坑。鉆進過程中用無線手持式測量儀跟蹤監測，嚴格控制鉆頭軌跡，沿設計軸線前進，如偏差大于規定要求立即調整。
4.4 鉆桿線性與速度控制。鉆桿線性直接關系到鉆進的速度及孔外壓力變化，施工中保持鉆桿線性并控制鉆進速度，控制地面沉降量在較小范圍內。
4.5 灌漿壓力控制。在不同土層中穿越做好泥漿的調配，施工中控制灌漿壓力(一般在5Kg內)。即保證施工效果，又減少地表沉降量。
5 成孔與泥漿護壁技術
流砂層定向鉆孔：泥漿護壁，穩定地基與填充雙液注漿加固，將泥漿系統與鉆機相連，水電系統接入。
(1)鉆井液。定向鉆機鉆進中，鉆井液用于穩固孔壁、降低回轉扭矩和拉管阻力、冷卻鉆頭和發射探頭、清除鉆進產生的土屑等，它被視為導向鉆進的“血液”。一般采用優質膨潤土制備。
(2)鉆井液循環。鉆進時鉆井液會從另一邊的上空口返出，這時要使用兩套泥漿循環系統處理，或運走泥漿，減少環境污染。
6 擴孔：
導向孔成型后，取下導向鉆頭，接上反擴鉆頭、分動器，即可進行回拖擴孔。在拖管坑一端的鉆桿上，依次按設計方案裝上不同規格的擴孔器，利用導向鉆機回拉鉆桿進行擴孔，直至將土孔擴大至設計孔徑。根據工程工藝設計要求，擴孔一共需進行5次，分別為φ220、350、500、600、750，最后一次用封閉式鉆頭擴孔，使鉆孔直徑滿足拖管管徑要求。
7 拖管控制：
(1)用熱熔焊接法將每節管材按設計長度焊接好，并將其前端與鉆桿連接牢固，利用導向鉆機回拉拖管。
(2)設置造斜坑一只，各段一次牽引到位。拖管完成后，鉆頭由工作井取出。
(3)置換漿。在鉆進和拖管結束后，及時將工作坑內的泥漿清理出場。用比重約1.75的水泥漿液對護壁泥漿進行同步置換，充分填補拖管造成的空隙。
8 坑底穩定地基注漿加固
基坑底板穩定地基雙液注漿加固：針對上海臨港軟土土質含水量高、軟塑性的特點，有觸變、流變的特性，對基坑底土體加固，預防管涌并隔斷水源，改善基底土體的穩定性，提高地基土的承載力。拖管前，在基坑底板下1m～3m的深度及周邊范圍內，進行滿堂雙液注漿加固。
9 周圍管線情況
周圍有其它公用地下管線、井位，須挖探坑查清其位置與走向，采取必要的避讓或保護措施。
10 管道變形檢測、閉水試驗檢查
參照上海市工程建設規范《埋地塑料排水管道工程技術規程》(DG／TJ08-308-2002)關于管道變形的檢測方法：人不能進入管內的塑料管可采用圓度測試板管內拖拉進行檢測。根據實際施工情況，拖拉鋪設結束后，水可能進入管內，采用圓度測試板檢查管道變形有難度，本工程采用了類似于通球法的內拖法進行檢查，并進行閉水試驗檢查。
三、拖拉管施工的優缺點
3.1 拖拉管施工的優點：
(1)采用非開挖技術，地上功能正常使用：穿過鐵路、公路可不阻斷交通：穿過河流可保證河流通暢、不阻斷通航、有利于排洪等。
(2)環保型施工：由于采用非開挖施工技術，減少了大量工程土的堆放，有利于環境保護。減少了地面開挖、恢復造成的浪費。
(3)縮短工期，節約工程成本：采用非開挖鉆孔技術，施工速度快，地上工程保護好，極大地節約了建設成本。
(4)節省勞力，安全可靠：與明挖開槽埋管相比較，明顯減少了勞動力。定向鉆機上配置鉆桿自動裝卸系統，定長的鉆桿排列在一個“傳送盤”上，使增加或卸下鉆桿的操作可以在鉆孔作業不停的狀態下完成，加快了施工效率，施工安全，減輕了勞動強度等。
3.2 拖拉管施工的缺點：
水平定向鉆拖拉管施工是一項新的生產工藝技術，目前我國尚無統一的技術標準和施工驗收規范。
(1)拖拉施工結束，產品管與回擴孔之間的空隙處理，不能象開槽埋管的施工方法回填密實，對于橫穿道路的管線部位，孔內泥漿固結后，道路可能出現微量下沉。
(2)由于非開挖法施工鋪設的管道高程近似倒置曲線，雨污水管道內淤積污物清洗不便。
(3)當施工現場有干擾時，如無線電發射臺、輸電線路、變壓器等將影響手持式跟蹤儀的測量精度。
四、結束語：
非開挖鉆進技術拖拉管施工適用于有障礙物不宜開挖的地下管線工程，屬于倒虹吸管。
本工程采用拖拉管施工，經對導向孔鉆進、回擴、回拉量測、閉水檢驗等指標控制，順利地橫穿公路和河流，保證了地面交通通暢及河流汛期排洪，達到了預期的建設目標。
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