拉管施工工藝方法

拉管施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-GS-0104-2011市政環(huán)保公司謝學(xué)武1前言1.1工藝工法概況城市道路管道施工，由于交通條件限制，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)放坡開(kāi)挖條件，不放坡全斷面加強(qiáng)支護(hù)開(kāi)挖的方式，對(duì)支護(hù)要求高，施工安全保障較低，造價(jià)很高，并且對(duì)交通影響很大，無(wú)法保證交通疏導(dǎo)要求。特別是埋深超過(guò)5.0m的管道開(kāi)挖施工，屬于危險(xiǎn)性較大的深基坑施工。若對(duì)開(kāi)挖深度較大或因交通疏導(dǎo)原因不具備開(kāi)挖施工條件的路段采取非開(kāi)挖拉管的施工方法，可有效解決市政道路管道施工難題。與傳統(tǒng)的"挖槽埋管法"相比,它具有環(huán)境影響小、對(duì)交通影響小、對(duì)地層結(jié)構(gòu)破壞小、施工安全可靠、周期短、社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。1.2工藝原理主要是采用地下定位系統(tǒng)，通過(guò)導(dǎo)向，分級(jí)擴(kuò)孔的方法，確保鉆機(jī)按預(yù)定的軌跡完成導(dǎo)向孔，從而達(dá)到準(zhǔn)確鋪管的目的。導(dǎo)向孔的施工主要依據(jù)設(shè)計(jì)軌跡，采用導(dǎo)向鉆頭內(nèi)的探頭盒發(fā)射一定頻率的電磁波傳到地表。地面接收器收到信號(hào)，使用它可以隨時(shí)測(cè)出鉆頭地下位置、深度、頂角、鉆具面向角等基本參數(shù)。導(dǎo)向儀是導(dǎo)向鉆進(jìn)的眼睛，它能使操作人員能夠及時(shí)、精確地掌握鉆進(jìn)情況，隨時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，確保鉆機(jī)按預(yù)定的軌跡完成導(dǎo)向孔，從而達(dá)到準(zhǔn)確鋪管的目的。工藝原理見(jiàn)圖1、圖2:圖1施工工藝原理示意圖圖2監(jiān)控裝置示意圖2工藝工法特點(diǎn)非開(kāi)挖拉管施工的優(yōu)點(diǎn)，回避了開(kāi)挖施工中存在的對(duì)交通、周邊建筑及地下管線影響大，路面、房屋等需要大面積拆除并恢復(fù)而導(dǎo)致的資源浪費(fèi)，并且施工周期短，可有效避免埋深4m以上溝槽開(kāi)挖施工時(shí)的塌方等問(wèn)題，從而避免了作業(yè)人員的施工安全等問(wèn)題，缺點(diǎn)方面，對(duì)拉管管材的質(zhì)量要求高，要求環(huán)剛度在12.5KN/M2以上的管材，從而使大于DN8OO以上的大管徑管道管材目前還無(wú)法保證此環(huán)剛度而不具備拉管施工條件。另外，拉管施工將產(chǎn)生大量泥漿的需要處理，文明施工及環(huán)保方面要求很高，并且其施工費(fèi)用相對(duì)開(kāi)挖施工費(fèi)用相對(duì)較高。3適用范圍4主要引用標(biāo)準(zhǔn)《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268）、《頂管施工技術(shù)》（人民交通出版社）《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50253)、《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》(GB50424)、《埋地聚乙烯排水管管道工程技術(shù)規(guī)程》（CECS164）、《鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收》(SY/T4103)、《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50369)、《管道下向焊接工藝規(guī)程》(SY/T4071)、《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件第二部分：B級(jí)鋼管》(GB/T9711.2)、《水平定向鉆進(jìn)技術(shù)規(guī)范》（中國(guó)非開(kāi)挖協(xié)會(huì)）。5施工方法根據(jù)設(shè)計(jì)軸線位置及管道埋深，在施工范圍內(nèi)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、查閱資料、探測(cè)等手段調(diào)查清楚地下管線的分布情況后進(jìn)行鉆孔曲線設(shè)計(jì)，通過(guò)導(dǎo)向、分級(jí)擴(kuò)孔后將焊接連通的管道一次性拖拉至孔內(nèi)，然后進(jìn)行后續(xù)的檢查井等施工。6工藝流程及操作要點(diǎn)6.1施工工藝流程施工工藝流程見(jiàn)圖3：圖3施工工藝流程圖6.2操作要點(diǎn)6.2.1測(cè)量放線按設(shè)計(jì)軸線，結(jié)合坐標(biāo)定位與相對(duì)定位法，將管道軸線標(biāo)示與既有的路面等設(shè)施上。6.2.2地下管線的探測(cè)6.2.3鉆孔曲線設(shè)計(jì)：1鉆孔曲線設(shè)計(jì)：1）滿足規(guī)范要求的最小曲率半徑。即：R=1500D。2）滿足穿越公路和河流安全規(guī)范要求；3）選擇最佳主力穿越層位。綜合考慮入土角、出土角、曲率半徑等因素，根據(jù)本工程綜合考慮以上因素，確定導(dǎo)向軌跡。4）定向鉆孔軌跡線段由造斜直線段、曲線段、水平直線段（與管道排水坡度一致）等組成，為保證水平直線段精度要求，造斜段水平距離L可按圖4計(jì)算確定。N取值在3～5范圍。圖4定向鉆孔軌跡計(jì)算示意圖5）入土造斜段與管道直線段之間及管道直線段與出土造斜段之間，至少應(yīng)有一根鉆桿長(zhǎng)度達(dá)到管道直線段坡度要求。6）入土角不宜超過(guò)10°，出土角按導(dǎo)向鉆桿及拖拉管材允許曲率半徑較大值確定，一般不宜超過(guò)20°。7）相鄰兩節(jié)鉆桿允許轉(zhuǎn)向角根據(jù)土質(zhì)條件，鉆桿長(zhǎng)度、材料等因素確定，土質(zhì)越軟，а角越小，а角的取值一般在1.5°～3.0°。2回拖力計(jì)算及最大拖拉長(zhǎng)度1）管道回拖力計(jì)算按圖5所示進(jìn)行計(jì)算：圖5回拖力計(jì)算示意圖式中Pt――回拖力（KN）Py――擴(kuò)孔鉆頭迎面阻力（KN）Pf――管周摩阻力（KN）Dk――擴(kuò)孔鉆頭外徑（m），一般為管道外徑1.3～1.5倍；D――管道外徑（m）Ra――迎面土擠壓力（Kpa）在上海地區(qū)，粘性土Ra在50～60Kpa；砂性土在80～100Kpa；L――管道長(zhǎng)度（m）f――管周與土的摩擦系數(shù)（Kpa），在上海地區(qū)，粘性土f在0.3～0.4Kpa，砂性土在0.5～0.7Kpa；2）定向鉆孔拖拉法施工，最大拖拉長(zhǎng)度宜控制在表1范圍內(nèi)：表1最大拖拉長(zhǎng)度控制表管道口徑（mm）所處土層最大長(zhǎng)度（m）備注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采用特殊、有效的成孔及減摩措施時(shí)，最大拖拉長(zhǎng)度可適當(dāng)增加。6.2.4基坑開(kāi)挖在拉管施工機(jī)械的前部，開(kāi)挖一個(gè)可供臨時(shí)儲(chǔ)存泥漿的基坑，基坑深度在2m以內(nèi)，寬度在1.5m左右，長(zhǎng)度在8m左右即可。6.2.5鉆機(jī)就位及試運(yùn)轉(zhuǎn)按施工布置圖將鉆機(jī)及附屬配套設(shè)備安放在預(yù)定位置，進(jìn)行系統(tǒng)連接、試運(yùn)轉(zhuǎn)，保證設(shè)備正常工作。施工由4000×2000×1500的鋼板箱作為地錨,必要時(shí)裝滿沙子提高其穩(wěn)定性,將鉆機(jī)前端固定在地錨箱上。6.2.6鉆導(dǎo)向孔1導(dǎo)向孔施工步驟：1）探頭裝入探頭盒。2）導(dǎo)向鉆頭連接鉆桿。3）轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿測(cè)試探頭發(fā)射是否正常。4）回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)2m左右。5）開(kāi)始按照造斜軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)。6）完成直孔段鉆進(jìn)。7）按照造斜軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)。8）導(dǎo)向孔完成。2導(dǎo)向孔施工應(yīng)注意事項(xiàng)：1）確定管線入土點(diǎn)與出土點(diǎn)的位置和深度。2）做好測(cè)量放線工作。按照設(shè)計(jì)要求，做好穿越管線的測(cè)量放線工作，放線時(shí)要做好放線基準(zhǔn)點(diǎn)的確認(rèn)工作，并使鉆機(jī)、入土點(diǎn)、出土點(diǎn)在同一直線上。3）掌握穿越段地層特性導(dǎo)向孔施工前，應(yīng)對(duì)穿越的地層進(jìn)行分析，以掌握其工程地質(zhì)特性，保證鉆孔施工時(shí)技術(shù)參數(shù)的合理性。4）導(dǎo)向孔施工時(shí)，要保證導(dǎo)航員與鉆機(jī)操作人員的協(xié)調(diào)一致。5）導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)，要隨時(shí)掌握導(dǎo)向孔實(shí)際軌跡線，以使導(dǎo)向孔軌跡與設(shè)計(jì)軌跡之間偏差在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)偏差超標(biāo)要及時(shí)糾正。6）合理使用泥漿作沖洗液，確保鉆孔成型及鉆具的安全。7）選用優(yōu)質(zhì)的堿性電池，保證導(dǎo)向儀有足夠的工作時(shí)間，確保導(dǎo)向孔施工時(shí)一次性完成（見(jiàn)圖6、圖7、圖8、圖9）。圖6導(dǎo)向鉆頭入土圖7導(dǎo)向圖8導(dǎo)向完成圖9鉆頭分離6.2.7反向擴(kuò)孔1施工步驟1）卸下導(dǎo)向鉆頭，換上反擴(kuò)鉆頭及分動(dòng)器。2）分動(dòng)器后連接鉆桿。3）擴(kuò)孔。4）反擴(kuò)鉆頭到達(dá)鉆頭工作坑后卸下反擴(kuò)鉆頭及分動(dòng)器，將前后鉆桿連接起來(lái)。5）按照擴(kuò)孔級(jí)次重復(fù)施工步驟，直至最終孔徑2擴(kuò)孔分級(jí)實(shí)施擴(kuò)孔，故預(yù)擴(kuò)孔施工最終擴(kuò)孔寸徑比設(shè)計(jì)要求大一級(jí)擴(kuò)孔，清孔，例：φ250mm、φ350mm、φ450mm、φ550mm、φ650mm、φ750mm、φ850mm。最終擴(kuò)孔直徑保證≥1.5倍的鋪管直徑，確保管線鋪設(shè)通道通暢（見(jiàn)圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15）。圖10安裝擴(kuò)孔器圖11擴(kuò)孔拉進(jìn)（小管徑、大管徑需要提前分級(jí)擴(kuò)孔）圖12擴(kuò)孔鉆進(jìn)、拖管圖13擴(kuò)孔鉆進(jìn)、拖管曲線圖14擴(kuò)孔、拖管到達(dá)接收坑圖15擴(kuò)孔頭分離6.2.8反向拖拉管材管道組焊完成，擴(kuò)孔器清孔后，根據(jù)回拖力、扭矩的大小決定管道回拖．施工時(shí)記錄回拖中的扭矩、拖力、泥漿流量、回拖速度等數(shù)值，回拖數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)報(bào)告?；赝狭τ?jì)算公式Ｆ拉＝ΠL2f[(D2/4)γ泥–7.85δ1（D-δ1）]+k粘ΠDL2式中:Ｆ拉——計(jì)算的拉力（t）；L2——穿越管段的長(zhǎng)度（m）；f——摩擦系數(shù)，0.1-0.3；D——管子直徑（m）；γ泥——泥漿的密度（t/m3）;δ1——管子的壁厚（m）；k粘——粘滯系數(shù)，0.01-0.03按照施工規(guī)范的要求，鉆機(jī)應(yīng)選擇最大回拖力為理論回拖力1.5-3.0倍，可以完全滿足施工要求（見(jiàn)圖16）。圖16造斜段拉桿收回（施工完成）6.2.9現(xiàn)場(chǎng)泥漿配置及處理1泥漿材料用量根據(jù)一般土質(zhì)情況，確定泥漿配制方案，實(shí)施泥漿開(kāi)鉆，開(kāi)鉆前配制好優(yōu)質(zhì)泥漿。泥漿在定向穿越中起關(guān)鍵作用，需要針對(duì)不同的地層采用不同的泥漿，若地質(zhì)情況復(fù)雜，則對(duì)泥漿要求比較高，為了對(duì)付不同的情況，需要將采取以下措施：1）將施工用水存入水罐，在水中加入純堿，加速粘土顆粒分散,提高水的PH值；2）按照事先確定好的泥漿配比用一級(jí)膨潤(rùn)土加上泥漿添加劑，配出合乎要求的泥漿。3）根據(jù)不同的地質(zhì)條件，和不同的施工工序,確定加入不同的添加劑。4）為了確保泥漿的性能，使膨潤(rùn)土有足夠的水化時(shí)間，在用量不能改變的情況下，將采取增加泥漿儲(chǔ)存罐的數(shù)量。5）廢泥漿的處理：在焊接場(chǎng)地挖一個(gè)廢漿收集池，收集廢泥漿，經(jīng)沉淀之后處理；在鉆機(jī)場(chǎng)地也挖一個(gè)的泥漿回收池，泥漿經(jīng)過(guò)回收池沉淀后，再經(jīng)過(guò)泥漿回收系統(tǒng)回收；回收不了的泥漿排送到指定的地方。2泥漿在各個(gè)施工階段的配制方法：這些泥漿配制方案都是針對(duì)一般土質(zhì)得出的，若地質(zhì)條件改變，其配制方案也隨之改變：1）鉆導(dǎo)向孔階段要求盡可能將孔內(nèi)的物質(zhì)攜帶出孔外，同時(shí)維持孔壁穩(wěn)定較長(zhǎng)的時(shí)間，保持孔內(nèi)泥漿面,減少阻力,其基本配方是：7—8%預(yù)水化膨潤(rùn)土+0.2—0.4%增添劑+0.3%降濾失劑+0.2%固體潤(rùn)滑劑。兩端砂層加0.2%單項(xiàng)壓力封閉劑2）預(yù)擴(kuò)孔階段要求泥漿一定的動(dòng)切力和良好的流動(dòng)性,提高泥漿攜帶能力，其基本配方為：7—8%預(yù)水化鈉基膨潤(rùn)土+0.2—0.4%提粘劑+0.2%降濾失劑+0.2-0.3%泥漿流變劑。3）擴(kuò)孔回拖階段要求泥漿具有很好的護(hù)壁、攜帶能力；同時(shí)還有很好的潤(rùn)滑能力，減少摩阻；其基本配方如下：7—8%預(yù)水化鈉基膨潤(rùn)土+0.2—0.3%提粘劑+0.3%降濾失劑+0.4—0.6%的潤(rùn)滑劑（RT—988）+0.2-0.3%泥漿流變劑。3泥漿排放施工時(shí)廢漿的排放必須符合文明施工要求，采用泥漿排放車(chē)，隨時(shí)處理施工中產(chǎn)生的泥漿。7勞動(dòng)力組織人員數(shù)量及工種安排如表2。表2現(xiàn)場(chǎng)施工人員需求表（每臺(tái)鉆機(jī)配備）崗位職責(zé)人數(shù)項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全的控制1人技術(shù)員負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的控向等技術(shù)操作、資料管理工作2人施工隊(duì)長(zhǎng)負(fù)責(zé)全班施工，協(xié)調(diào)各工序間操作1人施工副隊(duì)長(zhǎng)輔助隊(duì)長(zhǎng)負(fù)責(zé)全班施工，協(xié)調(diào)各工序間操作1人質(zhì)檢員負(fù)責(zé)工程質(zhì)量檢查1人安全員負(fù)責(zé)施工安全1人吊機(jī)操作手操作鉆機(jī)吊車(chē)施工2人駕駛員負(fù)責(zé)卡車(chē)和面包車(chē)的駕駛工作2人泥漿工負(fù)責(zé)泥漿配制4人挖機(jī)操作員操作挖機(jī)2人機(jī)械﹑電工負(fù)責(zé)維修使機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)1人技工輔助施工6人后勤負(fù)責(zé)后勤保障1人8主要機(jī)具設(shè)備主要機(jī)具設(shè)備如表3：表3主要機(jī)具設(shè)備表設(shè)備名稱規(guī)格（型號(hào)）單位數(shù)量生產(chǎn)國(guó)（廠）家水平導(dǎo)向鉆機(jī)DL1500臺(tái)1南京鉆具9"泥漿馬達(dá)套1廊坊導(dǎo)向儀月蝕套1美國(guó)DCI公司泥漿車(chē)10噸臺(tái)1南京工程\運(yùn)輸車(chē)依維柯\解放輛2國(guó)產(chǎn)發(fā)電機(jī)50KW+130KW臺(tái)2國(guó)產(chǎn)、國(guó)產(chǎn)污水泵5．5KW（3.5KW）臺(tái)4國(guó)產(chǎn)泥漿泵15KW/7.5KW臺(tái)2國(guó)產(chǎn)高壓泥漿泵949臺(tái)1國(guó)產(chǎn)9質(zhì)量控制9.1易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題主要有：9.1.2管材的焊接質(zhì)量缺陷；9.1.3定向穿越偏差及泥漿的配置質(zhì)量不能保證從而導(dǎo)致塌孔。9.2保證措施9.2.1材料控制1各種材料要有產(chǎn)品質(zhì)保書(shū)、出廠檢驗(yàn)合格證等，并經(jīng)我公司檢驗(yàn)人員及監(jiān)理驗(yàn)收合格后方可投入使用。任何未經(jīng)驗(yàn)收合格的材料不得投入使用。2組織專人進(jìn)行材料采購(gòu)，按照“質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉、就近、及時(shí)”的原則進(jìn)行。3現(xiàn)場(chǎng)材料驗(yàn)收合格后，按照公司有關(guān)要求貯存和使用，以確保整個(gè)過(guò)程中不損壞、不變質(zhì)和不丟失。9.2.2定向鉆焊接質(zhì)量控制1焊縫檢驗(yàn)合格、鉆具及拉管頭可靠連接后方可拉管。拉管中耐心細(xì)致，注意參數(shù)變化，集中精力，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)及損傷要及時(shí)修補(bǔ)。2為保護(hù)補(bǔ)口防腐在拉管時(shí)不被破壞，在補(bǔ)口的拉管前進(jìn)方向一側(cè)增加半個(gè)熱收縮帶，且補(bǔ)口應(yīng)在拉管前一天完成以保證拉管時(shí)補(bǔ)口強(qiáng)度。9.2.3定向穿越偏差及泥漿的配置控制1水源采用經(jīng)凈化處理后的當(dāng)?shù)睾铀?，水?jīng)過(guò)沉淀池沉淀，沉淀之后的水存入水罐，在水中加純堿，提高水的PH值。2根據(jù)不同地層，按事先確定好的泥漿配比用一級(jí)膨潤(rùn)土加上泥漿添加劑，配出合乎要求的泥漿，粘度控制在40～60s之間。3所用的泥漿添加劑有：磺化瀝青（降濾失）、聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰胺[提粘]、防塌降濾失劑等。4廢泥漿的處理：鉆機(jī)場(chǎng)地內(nèi)挖一個(gè)泥漿回收池，回收不了的泥漿用泥漿罐車(chē)及時(shí)運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢谩?鉆機(jī)及配套設(shè)備就位準(zhǔn)確可靠，導(dǎo)向孔不得急于求快，要認(rèn)真復(fù)核，參數(shù)要求準(zhǔn)確，偏差要符合規(guī)定，司鉆、控向等操作人員要按照制定的方案鉆進(jìn)，如有異常及時(shí)匯報(bào)，必要時(shí)征得建設(shè)單位同意和支持。鉆孔曲線要圓滑，擴(kuò)孔要耐心細(xì)致，且要做好詳細(xì)記錄以便分析復(fù)核。10安全措施10.1主要安全風(fēng)險(xiǎn)分析10.1.1由于導(dǎo)向過(guò)程中遇到障礙物或信號(hào)干擾，容易出現(xiàn)導(dǎo)向偏差太大現(xiàn)象；10.1.2管線資料有誤及鉆孔偏差致使管線損壞；10.1.3擴(kuò)孔器遇障礙引超卡鉆；10.1.4上鉆桿沒(méi)有到位、鉆桿質(zhì)量缺陷及扭矩、拉力過(guò)大引起脫扣或鉆桿斷裂；10.1.5孔內(nèi)塌方，成孔不好致使拉管阻力過(guò)大；10.1.6孔內(nèi)泥漿壓力過(guò)高引起路面隆起。10.2采取的措施10.2.1分析確定障礙物位置，修改導(dǎo)向軌跡避開(kāi)障礙。10.2.2立即停止施工，保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，通知有關(guān)部門(mén)，制訂補(bǔ)救措施搶修。10.2.3用挖機(jī)、頂拉式千斤頂把鉆桿回拉；減慢回?cái)U(kuò)速度，必要時(shí)換小口徑擴(kuò)孔器回?cái)U(kuò)。10.2.4用挖機(jī)、頂拉式千斤頂把鉆桿回拉；采用導(dǎo)向鉆頭在原孔位鉆進(jìn)至出土點(diǎn)，然后重新回?cái)U(kuò)。10.2.5用挖機(jī)、頂拉式千斤頂輔助拉管；用挖機(jī)、頂拉式千斤頂把已入孔管線拉回，重新擴(kuò)孔。10.2.6挖孔泄壓。11環(huán)保措施11.1防止環(huán)境污染措施施工現(xiàn)場(chǎng)泥漿專人進(jìn)行清理、