定向鉆孔鋪設(shè)HDPE管技術(shù)在市政管道工程中的應(yīng)用VIP

1 定向鉆孔鋪設(shè)定向鉆孔鋪設(shè) HDPE 管技術(shù)在市政管道工程中的應(yīng)用管技術(shù)在市政管道工程中的應(yīng)用 周志楊 廣州建筑工程監(jiān)理有限公司 廣州 510030 摘 要 定向鉆孔鋪設(shè) HDPE 管技術(shù)具有安全 免開挖 工期短 對(duì)環(huán) 境影響小等優(yōu)勢(shì) 在不允許開挖地區(qū)市政管道建設(shè)中將得到更廣泛的應(yīng)用 關(guān)鍵詞 定向鉆孔 HDPE 管 回拖 市政管道 TheThe ApplicationApplication ofof DirectionalDirectional DrillingDrilling andand InstallingInstalling HDPEHDPE PipelinePipeline inin MunicipalMunicipal PipelinePipeline EngineeringEngineering Zhou Zhi yang Guangzhou Construction Engineering Supervision Co Ltd Guangzhou 510030 China Abstract With the advantages of safety non excavation short construction period and little impact on the environment the application of directional drilling and installing HDPE pipeline will be more widely applied in the constuction of municipal pipeline where excavation is not allowed Keywords directional drilling HDPE pipeline pull back municipal pipeline 1 前言 定向鉆鋪管技術(shù)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代 是傳統(tǒng)的公路打孔和油田定向 鉆井技術(shù)的結(jié)合 可用于輸送石油 天然氣 石化產(chǎn)品 水 污水等物質(zhì)和電 力 光纜各類管道的施工 近年來 隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)和城市建設(shè) 標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高 我國城鎮(zhèn)對(duì)雨 污水管網(wǎng)進(jìn)行了大量的改造和建設(shè) 由于市 政管網(wǎng)普遍需要埋入城市各級(jí)道路下 采用傳統(tǒng)的開槽埋管方法施工導(dǎo)致的社 會(huì)問題 交通問題和環(huán)境污染問題已越來越受人們的關(guān)注 特別是在人口密集 道路狹窄的城區(qū) 根本不具備開槽埋管的施工條件 極大的影響了市政配套設(shè) 2 施建設(shè)的進(jìn)程 定向鉆鋪管技術(shù)具有安全 免開挖 工期短 對(duì)環(huán)境影響小等 特點(diǎn) 在市政管道工程上顯出了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) 2 應(yīng)用實(shí)例 2 1 工程概況 廣州市九佛污水處理系統(tǒng) 棠埔路污水收集管道工程 W27 W59 管段長 960 米 采用 DN400 HDPE 中空壁纏繞管 管道埋設(shè)于車行道下 埋深 4 6m 原 設(shè)計(jì)采用明挖施工 棠埔路車行道寬 7m 是當(dāng)?shù)卮迕癯鲂械奈ㄒ坏缆?村內(nèi)有一座混凝土攪拌 站 大量重型運(yùn)輸車輛必須經(jīng)過該施工段 根據(jù)地質(zhì)報(bào)告 該段地下水豐富 管道埋設(shè)深度剛好位于砂性土層 如果采用明挖施工 極易產(chǎn)生管涌和流砂現(xiàn) 象 即使采用鋼板樁支護(hù) 仍難避免附近地面下沉 加上大量重車通行 存在 極大的安全隱患 如果采用頂管施工 由于頂管工作井要求的尺寸較大 工作 井外剩余車道無法滿足重型車輛的通行要求 經(jīng)過多方論證 決定變更為采用 定向鉆孔鋪設(shè) HDPE 管施工 2 2 施工工藝流程 定向鉆孔鋪設(shè) HDPE 管施工工藝流程 施工準(zhǔn)備 鉆導(dǎo)向孔 多級(jí)擴(kuò)孔 回 拖敷設(shè)管道 管道外壁注漿及造斜段灌砂填充 檢查井砌筑 驗(yàn)收 2 3 施工準(zhǔn)備 2 3 1 管材準(zhǔn)備 1 管材 管件內(nèi)壁平整 管身無氣泡 雜質(zhì)和裂縫 管口無破損或變形 2 管材 管件內(nèi)徑 壁厚滿足要求 3 管材環(huán)鋼度 抗拉強(qiáng)度等物理力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求 施工前按規(guī)范 要求對(duì)材料取樣送檢 檢驗(yàn)合格 3 管道回拖前預(yù)水壓試驗(yàn)合格 2 3 2 確定最大回拖長度 根據(jù)本工程的地形 地質(zhì)條件及以往的施工經(jīng)驗(yàn) 取 4 個(gè)井段為一個(gè)施工 段 最大回拖長度 140m 2 3 3 計(jì)算最大回拖力并選定施工機(jī)械 3 定向鉆最大回拖力應(yīng)滿足管材力學(xué)性能和設(shè)備能力要求 總回拖阻力按下 式計(jì)算 1 PPP F 4 RD a 2 k F P 101 LfDP 式中 總回拖阻力 kN P 擴(kuò)孔鉆頭迎面阻力 kN F P 管外壁周圍摩擦阻力 kN 1 P 擴(kuò)孔鉆頭外徑 m 取 0 55m k D 管節(jié)外徑 m DN400 管取 0 42m 0 D 迎面土擠壓力 kN m2 因回拖前已完成擴(kuò)孔 且采用護(hù)壁泥漿潤滑 a R 迎面僅承受泥漿壓力 取 60kN m2 回拖管段總長度 m 取 140m L 管節(jié)外壁單位面積的平均摩擦阻力 kN m2 采用護(hù)壁泥漿潤滑 取 1 f 3kN m2 代入相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算 求的總回拖阻力為 568kN 定向鉆機(jī)根據(jù)最大回拖力的 1 5 倍選擇 即選擇額定拉力為 850 kN 的鉆 機(jī) 2 3 4 定向鉆孔軌跡設(shè)計(jì) 定向鉆孔軌跡包括兩個(gè)部分 造斜段 圖 1 中 AB CD 段 和鋪設(shè)段 圖 1 中 BC 段 因?yàn)樵摱喂転橹亓α鹘匚酃?必須按設(shè)計(jì)流水標(biāo)高埋設(shè) 以下是本工程 W27 W31 管段的定向鉆孔軌跡設(shè)計(jì) 其一次牽引總長為 140m 其中 W27 管中埋深 5m W31 管中埋深 5 5m 流水坡度 0 1 1 造斜段距離 L 2 1 hRhL 4 式中 修正后的管中埋深 W27 處取 5 055m W31 處取 5 555m 由h 于 DN400 的擴(kuò)孔直徑為 D550 考慮管道上浮 取修正值為 55mm 造斜段曲率半徑 根據(jù)鉆桿最小曲率半徑和所敷設(shè)管的曲率半 1 R 徑取較大值 本工程取 1200d d 為鉆桿直徑 取 50mm 代入數(shù)據(jù)求得 W27 端 L 24 1 米 W31 端 L 25 2 米 2 鉆桿入射角 a 2 arctan2a 1 hR h 式中各字母意義同上式 代入數(shù)據(jù)求得 W27 端 a 23 7o W31 端 a 24 8o 3 根據(jù)上述數(shù)據(jù)畫出 W27 W31 定向鉆孔軌跡設(shè)計(jì)圖 圖 1 圖 1 W27 W31 定向鉆孔軌跡設(shè)計(jì)圖 2 3 5 開挖工作坑 每段牽引需要挖掘 1 個(gè)入口工作坑和 1 個(gè)出口工作坑 均采用機(jī)械挖掘 采用密扣鋼板樁支護(hù) 入口工作坑是為了監(jiān)測(cè)鉆桿的鉆進(jìn)角度和旋轉(zhuǎn)扭動(dòng)等工作狀態(tài)而設(shè)的工作 坑 在鉆機(jī)前面 6 10 米處挖掘 尺寸為 1 5 6 米 挖深比造斜段鉆孔軌跡深 約 0 5m 出口工作坑是為回拖時(shí)管道入洞而設(shè)的工作坑 其尺寸和施工方法與入口 工作坑相同 5 為保證擴(kuò)孔及管道進(jìn)出洞口過程中的土體穩(wěn)定 工作坑進(jìn)出洞口周邊采用 注漿加固 2 3 6 施工控制井 為控制導(dǎo)向鉆桿的敷設(shè)標(biāo)高 在設(shè)計(jì)的檢查井位置設(shè)置控制井 控制井采 用人工挖孔護(hù)壁作業(yè)法施工 開挖到檢查井底標(biāo)高并按檢查井基礎(chǔ)要求封底 為防止擴(kuò)孔及管道進(jìn)出洞口過程中漏水漏泥 控制井洞口設(shè)置能滿足不同 口徑要求的密封止水膠圈 2 4 鉆導(dǎo)向孔 鉆機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)的傾角固定后 控制鉆桿的入射角度和鉆頭斜面的方向鉆進(jìn) 由于在鉆頭位置安裝有帶信號(hào)發(fā)射功能的探測(cè)儀器 地面接收儀器通過接收探 測(cè)儀器發(fā)出的信號(hào) 獲得鉆頭深度 方位角 頂角及導(dǎo)向孔施工狀態(tài)等參數(shù) 再根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)調(diào)整鉆頭的角度 使鉆頭按照預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡前進(jìn) 在鉆 頭通過控制井時(shí) 人工復(fù)核鉆頭的平面位置及高程 如有差異及時(shí)調(diào)整 鉆頭 到達(dá)出口工作坑 完成鉆孔工序 2 5 多級(jí)擴(kuò)孔 完成導(dǎo)向孔穿越以后 通過更換多級(jí)回?cái)U(kuò)鉆頭進(jìn)行回拖 完成多級(jí)擴(kuò)孔 第一次擴(kuò)孔為 200mm 第二次擴(kuò)孔為 400mm 如此類推 擴(kuò)孔到 550mm 在擴(kuò)孔 過程中 及時(shí)連續(xù)地注入護(hù)壁泥漿 其作用是減小切土扭矩 護(hù)孔成型 攜帶 鉆屑和冷卻鉆頭 2 6 回拖敷設(shè)管道 擴(kuò)孔完成后 用電熱熔法將 HDPE 管連接成所需長度 將管道兩端封閉 一 端與擴(kuò)孔器相連 將管道一次性拖入已形成的孔道內(nèi) 為了避免在回拖過程中出現(xiàn)拉斷管的情況 管道在回拖前應(yīng)作如下處理 1 兩端管頭采用電熱熔接頭加固 并安裝固定螺桿在管頭增強(qiáng)部位 2 順管外沿用 4 根 6mm 的鋼筋緊抱管兩端 管中央用 1 根 8mm 的 鋼筋拉住管兩端 在管外圍每隔 10m 采用 6mm 的鋼筋環(huán)形抱住外沿的 4 根鋼 筋 鋼筋縱向與管頭固定螺桿焊接 用鋼筋承受拖管的拉力 防止斷管 2 7 管道外壁注漿及造斜段灌砂填充 管道外壁空隙采用水泥砂漿注漿填充 造斜段抽出泥漿后 用中粗砂灌水 6 填充密實(shí) 2 8 檢查井砌筑 管道拖拉就位后 清理控制井 在控制井內(nèi)按施工圖要求砌筑檢查井和批 蕩 管道與檢查井接頭處采用中介層法連接 檢查井壁與控制井護(hù)壁之間的縫 隙用石屑或中粗砂填充 用水沖實(shí) 2 9 驗(yàn)收 管道完成后 進(jìn)行管道內(nèi)窺攝像 CCTV 檢測(cè)和閉水試驗(yàn) 均滿足設(shè)計(jì)及 驗(yàn)收規(guī)范要求 3 總結(jié) 定向鉆孔鋪設(shè) HDPE 管技術(shù)在不允許開挖地區(qū)市政管道施工中具有明顯的優(yōu) 勢(shì) 逐漸成為解決城區(qū)市政管道建設(shè)難題的最佳方案之一 將得到更廣泛的應(yīng) 用 參考文獻(xiàn) 1 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) GB 50268 2008 給水排水管道工程施工及驗(yàn) 收規(guī)范 S 中國建筑工業(yè)出版社 2 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) CECS 164 2004 埋地聚乙烯排水管管道