市政给水工程定向钻进技术及拖拉管施工技术

市政给水工程定向钻进技术及拖拉管施工技术

陈振翔 林超远

中国水利水电第十六工程局有限公司 福建 福州 350003

摘要：随着我国快速发展，推动了建筑行业的进步。目前，在市政给水工程建设中，定向钻进及拖拉管技术具有举足轻重的地位，其配套的是非开挖设备，能够在维持地表原状的前提下高效完成探测、地下管线铺设等全流程工作，兼具扰动性小、施工效率高、质量可靠等多重特点。

关键词：市政工程；定向钻进；拖拉管

引言

拖拉管技术是近几年才流行的一种新工艺，它实质是一种非开挖定向钻进技术，它综合了石油工业的定向钻进技术与管线施工两者的优点，被广泛应用于各个领域的管线建设中。非开挖定向钻施工是随钻定向铺设地面，在不开挖土体的情况下，通过探测器定位，控制钻头的方向，实现轴线的设计要求，在多次扩孔之后，拖动管道就位，以完成管道敷设工作的一种施工方法。其具有节约造价，缩短工期等优点，具备较高的推广价值。

1拖拉管技术设计要点

拖拉管的管材一般采用聚乙烯平壁管,管材的强度及环刚度必须满足施工及使用阶段的荷载要求。一般环刚度不小于8kN/m²;抗拉强度设计值不小于16.0MPa。管材必须满足回拉力要求,但允许拉应力按不大于12MPa控制。管材的端面应平整且与管中心轴线垂直,接口处不得有明显突出(小于5mm)。内壁光滑平整,无划伤、毛刺等缺陷。接口采用对接热焊。拖拉管的设计要点是确定管线在土层中的轨迹曲线,并提供相应的曲线参数和具体的控制值以用于施工。管道轨迹曲线设计的内容包括:管道有效段的曲线、开孔点开孔角度、孔位深度、造斜距离、造斜段曲率半径等。影响轨迹曲线的主要因素有:管线的平面布置、管道的起始和终点标高、管线的埋设深度、管道的口径等。

管线的平面布置确定了两个相邻检查井之间的管道走向和距离,管道的起始和终点标高及管线的埋设深度这些因素共同确定了管道有效段的曲线。拖拉管最小覆土深度与城市道路路面垂直净距1.5m;二级河道规划河底标高以下1.5m。拖拉管与既有地下管线平行敷设时,扩孔与地下管线水平净距不得小于0.6m;扩孔与地下管线垂直净距应符合下列要求:黏性土不得小于0.5m,砂性土不得小于1.0m。管道有效段的曲线设计除了管线的埋设深度要考虑拖拉管技术的覆土要求外,其他同常规方法施工管道的设计类似。拖拉管还有更重要的造斜段曲线设计,它关系到拖拉管施工能否成功。拖拉管造斜段曲线的入土角不宜超过15°,出土角按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定,一般不宜超过20°。相邻两节钻杆允许转向角根据土质条件、钻杆长度、材料等因素确定,土质越软弱,角度越小,取值一般在1.5°～3.0°。入土造斜段与管道直线段之间及管道直线段与出土造斜段之间,至少应有一根钻杆长度达到管道直线段坡度要求。管材的弯曲半径应大于管材外径的40倍。钻杆的曲率半径应由钻杆的弯曲强度值确定,根据经验一般Rz≥1200DZ。

2施工技术要点

2.1导向钻进施工

导向孔轨迹为关键控制对象，通常包含三部分：（1）直线段，指的是管道穿越地层的实际长度；（2）入土侧造斜段，可将其视为过渡段，指的是钻杆进入铺管的深度；（3）出土侧造斜段，也为过渡段，分布在管路的末端，指的是钻杆露出地表的部分。结合现场作业条件，将入土角设为12°，出土角设为8°。造斜段的精确程度将直接对导向钻进的最终质量带来显著影响，因此遵循平缓、渐进的基本原则，保证轨迹具有平滑的特点。在完成工作坑的开挖作业后，步履式导航仪和非开挖铺管钻机协同作业，正式进入导向孔施工环节。钻机采用的是业内较主流的ZT-45型非开挖铺管钻机，该设备的最大铺管管径DN1000mm，最大铺管长度250m，回拖力450kN，本工程使用PE管，管径DN800mm，选择400D的曲率半径可以满足施工需要，配套的泥浆泵可提供的最大压力为12MPa。

导向孔施工期间，灵活调控导向钻头前的斜掌，使其发生转动及推进行为，实现对土体的挤压，而此过程中土体将给斜掌提供反作用力，其能够带动钻头发生方向的变化，以便钻头可按照既定的路径逐步推进，由此形成导向孔。

2.2定向钻井技术应用降低了清赔费用

传统地勘企业利润低、效率低的另一个主要因素是，井队和钻探设备进场时需要和施工当地的市、县、乡镇政府协调和当地村民协调好清赔问题，以达到最小程度地破坏耕地，使得当地农民损失最小化，施工井队利润最大化。首先不同的施工场地可能分布在不同的市、县、乡镇辖区，一个工程可能需要和多个市、县、乡镇协调，协调难度加大，其次按照正常程序走，需要政府的逐级审批，往往从地质合同的签订到进场施工需要长期的沟通协调时间，耽误了施工的黄金周期。施工过程中主要负责人员还会被大量当地居民引发的清赔事件所困扰，难以一门心思地投入到工程技术管理中去。定向钻井技术的应用很好地解决这一问题。可以实现一口垂直主井多个分支水平井的辐射状态，用一口主井和多条水平井的施工设计方案，完成甲方规定的勘探目的和任务。

2.3定向造斜段

定向造斜段施工采用定向钻具施工，采用的施工工艺为滑动定向钻进技术，考虑到钻杆弯曲强度及钻具造斜能力，适当调整钻孔方位角及倾斜角。在定向造斜段施工时应采集排出的岩屑，记录不同位置返水颜色变化情况，根据地质资料分析钻进的地层起伏情况、地质构造变化情况，综合判定钻进层位，确保钻孔可以顺利钻进至底板灰岩内。

2.4泥浆施工工艺要点

2.4.1泥浆配制方法

砂层施工所用泥浆应具备有效造壁、护壁及润滑的特点，应提前组织配比试验，确定性能处于最佳状态下的配合比，以每1L的泥浆为例，其主要掺入物质及用量为40g膨润土（主剂）、3gNa2C03（分散剂）、0.06%的梭甲基纤维素钠Na-CMC（降失水剂）及0.04%的水解聚丙烯酞胺PHP（增粘剂），按照该用量标准拌制泥浆，加水并给予持续的搅拌处理，使混合后的泥浆满足黏度为36s、pH值为8、密度为1.15g/cm3的要求。从实际应用效果来看，通过该泥浆的应用能够有效使钻屑和泥浆胶合，起到支撑钻孔的作用，由此降低塌孔的发生概率。

2.4.2泥浆量的监测

回扩孔过程中应加强对泥浆量的监测，尤为关键的是入口、出口工作坑两个部分，及时掌握两处的泥浆变化特点。砂层条件下的护壁难度有所加大，为确保安全和质量，严格控制入口和出口工作坑内的泥浆量，使其液面能够漫过孔口，使得孔内的泥浆维持饱满的状态，若不满足此要求则及时向坑内补充泥浆。

2.5回拖管就位

非开挖铺管施工全流程中，回拖管为收尾环节，同时对整体施工质量具有决定性的影响。在完成最后一次扩孔作业且无质量问题后即可组织回拖管作业。施工现场以砂层为主，其稳定性不足，应当严格协调两道工序，保证其衔接时间的合理性，富有秩序性地完成扩孔与回拖管作业。

结语

综上所述，市政给水工程建设的环境较为复杂，既有建（构）筑物、地层等均会对正常施工造成影响，传统的开挖方法易破坏现场环境，阻碍城市交通。通过定向钻进技术和拖拉管施工技术的应用可减少开挖量，避免地面交通中断的现象，且以先进的技术为驱动，高效完成给水工程的建设工作，实现与城市发展的有机协调，可作为市政管网工程的技术参考。

参考文献

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[2]林陶.拖拉管在市政排水工程中的应用探析[J].低碳世界，2019（21）：156-157.

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[4]姚莉.HDPE管在市政排水工程中的应用[J].科技致富向导，2012，03：337+352.

作者简介：

陈振翔（1985年），男，籍贯（福建省南平市），大学本科，工程师，从事水利水电施工，主要研究施工管理与技术；

林超远，男，福建省福州市，大学本科，助理工程师。