拉管施工

浅谈非开挖水平定向钻机拉管施工技术

摘 要：随着城市的发展，地下管道承担着城市居民生活用水的供应和与日俱增的城市污水的排放。然而管道施工时，受市政交通的影响，城市地下管道工程明开槽的时代即将成为过去，非开挖施工技术势将越来越多的在城市地下管道工程中得到应用。但是，非开挖施工技术在城市地下管道施工中如何实施？本文将针对非开挖拉管施工技术进行整体的分析探讨。

关键词：非开挖施工、导向钻进、回拉扩孔

1 管道施工现状

伴随着国家的现代化，城市建设的脚步越来越快，各种管线在地下纵横交错、层叠密布，地面上不能拆除、损坏的建筑物越来越多。此外，地下管线急剧增多，为保证道路质量及管道的用途，地下管线势必越来越往更深处建设。明槽开挖施工缩短道路使用寿命、影响附近居民生活、破坏周边环境，给人们的生活、工作带来诸多不便。当管道建设到更深的位置时，即便有宽阔的施工场地也必将会加大施工难度，大幅增加资金投入。因此，为了解决现有市政设施与拟建管道工程施工的矛盾，以及管道自身埋深过深等特殊情况。目前，在国内逐渐兴起了非开挖施工技术。非开挖施工技术已经在市政给排水工程、电力管线工程、桥梁预应力拉伸施工等广泛应用。如今的非开挖施工技术已有多种形式如盾构、顶管、拉管等等。下面本文从市政给排水地下管道工程现场施工的角度，来探讨拉管施工技术及其应用。

2 拉管施工技术

1.设备概述

当前非开挖施工设备有很多种，在这里主要探讨非开挖水平定向钻机拉管施工技术。该设备主要包括DigiTrak® Eclipse® 地下定位系统、水平定向钻进 (HDD)设备。其中地下定位系统又分为地上部分和地下部分。地下部分的传感器有碳棒（信号发射器）和探头盒组成，地上部的信号接收设备分为导向仪和遥感器。

水平定向钻进 (HDD)设备既拉管施工的动力部分，在导向期间提供推进动力，在造孔、成孔、拉管施工时提供拉力。因此动力设备的固定非常重要。

2.导向施工

前期测量放线结束后，拉管施工开始第一道工序就是导向施工。所谓导向施工是指根据现场放线的管道平面位置，在设计要求的深度范围内进行钻孔，相当于放线抄平。根据工程情况确定精确等级，其中排水管道要求最高，必须保证精确度才能确保工程质量。DE地下定位系统其精度基本上能满足各种管道工程的设计要求。但是地下已敷设有管道的地方必须根据工程地质勘查报告标记清楚，在导向施工前必须对现有管线进行坑探，必须掌握现有管道的准确埋深。

在每次导向施工实施前必须对导向仪进行校准。根据不同的导向设备，其校准的要求以及精度也不尽相同。DE传感器主要分为单频和双频两种，其校准方法分为：双点校准、单点校准以及地下校准。根据现场情况采用不同的校准方式。其中地下校准是指当导向施工已经完成一部分，因某种原因致使导向施工中断，当再次导向施工前所进行的校准。因传感器位于地下，其精度无法保证，所以一般都不采用地下校准。

对于双点校准和单点校准，双点校准是指对系统进行校准时，在传感器的竖直方向上，根据DE系统内默认的出厂参数，量取相对应的距离，进行的校准。因系统设定的双点校准距离为15cm、76cm，其校准距离较短，没有考虑到外界干扰的因素，但是外界干扰对施工精度影响较大，从而施工过程中很少被采用。单点校准是指校准系统时，在水平方向上量取与系统单点校准距离相对应的长度进行的校准。因为在水平方向上进行，所以其复测的距离可根据施工需要任意量取。基本上反映了外界对导向施工的干扰能力，从而确定了是否能进行精准可靠地导向施工。使得此方法在导向施工中得到广泛的应用，尤其是单频高频传感器的单点校准，是目前拉管施工中应用最普遍的。

下面针对采用单高单点校准操作进行简要介绍，校准操作如下：

1）正确的安装传感器，电池。

2）校准前确认在主菜单屏幕上看到的必须是低频，以确保是高频校准。

3）在传感器水平方向距离3m处，与传感器保持水平，进行3m（系统默认值）标定，校准误差根据工程要求而定，一般正负不超过3cm。系统校准达标后进行成果复测，复测距离不小于管道埋深，如果复测达标则校准完成，反之则需换一地点重新校准，直至校准、复测都达标为止。

4）校准完成后，将组装好的传感器装到钻杆上，准备导向施工。

导向施工即是按预先与地面放出的管道平面中心线，沿设计要求的管中高程进行钻孔，导向施工期间必须有专业测量人员跟踪测量以确保钻头深度与设计要求相吻合。导向施工过程中，每3m测定一次，需要测定传感器位置、埋深，并计算出该处的设计管道埋深。

3.导向过程中的注意事项

1）信号干扰

干扰会使深度测量失去准确性，并且失去倾角、面向角或传感器的位置或方向。干扰源包括交通信号线路、有线电视、电线、光纤跟踪线、金属构造物、阴极保护、接地、盐水、钢筋和无线电频率等。在附近使用相同频率的其它信号源也可能会干扰远程显示器的操作。

在施工前必须清楚现场信号情况，尽量避开、清除干扰物。对于有强干扰的施工段，根据现场情况，及时采取抗干扰措施和合理可行的施工方案。

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4.泥浆的配制及其作用

拉管施工技术中，泥浆配制的好坏几乎能够决定整段工程的成败。泥浆要求不能过于粘稠，其中膨润土必须处于悬浮状态。出现沉淀是泥浆配制中一个值得格外重视的现象。如果短时间静止即出现大量沉淀，则在一二级扩孔结束后，要立即更换优质膨润土，必要时调整泥浆配合比，以确保现场配制泥浆的质量。

泥浆的主要成分包括膨润土、添加剂、水。其中膨润土和添加剂可自由选取，而泥浆用水只能有施工区附近引用，因此水质情况的把握则是至关重要的一项，只有把握准确的水质情况，才能确定添加剂的使用，发挥最优效果，避免造成浪费。

泥浆的作用主要是起到润滑和护壁的作用，因此泥浆必须具备吸附、凝聚和悬浮的特点。吸附的对象主要是扩孔产生的泥沙，使其与配好的泥浆融为一体，悬浮则是使泥沙不至于迅速沉淀淤堵扩好的孔洞，吸附和悬浮使泥沙持续保持悬浮状态，在拉管施工时泥浆能迅速流动，并起润滑的作用。凝聚和吸附的特性则是泥浆吸附在刚成形的孔壁上迅速凝结，形成较坚固的护壁，防止泥土沙石塌落堵塞孔洞。

以某污水管线工程为例，其中两段管道，地下土壤条件基本相同，均为粘土层、流沙层交叉带。第一段长120m，第二段长65m，管径均为710mm，扩孔直径均为950mm，都是扩孔完成后立即进行拉管施工，二者相比只有采用的膨润土不相同。但是，第一段从拉管开始至结束用时一小时三十分钟，最大拉力11.5t；第二段拉管从开始至结束用时近23小时，最大拉力22.5t。从拉管时所排出的泥浆来分析，第一段排出的是糊状含砂稀泥，第二段排出的泥浆分层明显，上层较清、中间是稀泥、下层为细砂。这就证明好的泥浆配制，是拉管施工顺利实施的保障，也是提高拉管施工效率的关键。

5.回拉扩孔

导向施工顺利完成之后，接下来一道工序被称之为回拉扩孔。顾名思义，回拉扩孔即是在导向结束后，卸下传感器，换成规定尺寸的钻头，这时拉管机施以旋转拉力，拖动钻头沿着导向的轨迹修边扩孔。扩孔钻头分为200mm、300mm、400mm、550mm、650mm、750mm、850mm等。在回拉扩孔阶段，要求严格按照扩孔级别进行扩孔，不允许越级扩孔。扩孔孔径为设计管径的1.2～1.5倍。超出这个范围大于1.5倍时，容易发生塌孔事故，而且增加注浆工程量，增加施工成本。甚至还会影响管道的高程。如果孔径小于1.2倍时，拉管过程中泥浆不易排出，在拉管施工时容易发生抱管的事故，严重时导致工程失败。

6管的焊接

目前，拉管施工所采用的管材主要包括PE管、混凝土管、钢管等等。这里主要讨论PE管材的焊接施工技术。PE管是最常用的拉管管材，其原因主要是具有较高的抗拉性能以及良好的抗压性能，并且还具有相当大的挠度，是最理想的拉管管材。

PE管焊接采用的是热熔焊接技术，施工时需要把握的要点：对口要齐、保证温度、装卸利落、压力控制。所谓对口要齐就是将管子固定在热熔机上时，两段管头必须齐平，经过刀片削切后的管口必须干净闭合严密。保证温度是指热熔板的温度必须控制在220℃左右。装卸利落是指热熔板的装、卸、安放必须规范、干净、迅速。压力控制是指热熔板加热以及接口冷却时，油泵加压要迅速，并保持压力恒定，直至焊口完全冷却，才逐渐卸除压力。

管子接口质量的好坏直接影响到拉管施工的成功进行，具体操作步骤如下：

1）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。

2）热熔连接保压冷却时间，不得移动连接件或连接件上不得施加任何外力。

3）管道连接前，管材固定在机架上，取下铣刀，闭合卡具，对管子的端面进行铣削，当形成连续的切削时，退出卡具，检查管子两端的间隙（不得大于3mm）。电熔连接面应清洁干净，刮除表面皮。

4）热熔对接连接，两管段应各伸出卡具一定的自由长度，校对连接件，使其在同一轴线上，错边不宜大于壁厚的10%。

6）加热板温度适宜（220±10℃），当指示灯亮时，最好在等10分钟使用，以使整个加热板温度均匀。

7）温度适宜的加热板置于机架上，闭合卡具，并设系统的压力。达到吸热时间后，迅速打开卡具，取下加热板。应避免与熔融的端面发生碰撞。

8）迅速闭合卡具，并在规定时间内，匀速地将压力调节到工作压力，同时按下冷却时间按钮。达到冷却时间后，在按一次冷却时间按钮，将压力降为零，打开卡具，取下焊好的管子。

9）卸管前一定要将压力降至为零，若移动焊机，应拆下液压软管，并做好接头防尘工作。

10）合格的焊缝应有两翻边，焊道翻卷的管外圆周上，两翻边的形状、大小均匀一致，无气孔、鼓泡和裂纹，两翻边之间的缝隙的根部不低于所焊管子的表面。

11）管道连接时，施工现场条件允许时，可在在沟槽上进行焊接，管口应临时堵封。在大风环境下操作，采取保护措施或调整施工工艺。

7.拉管施工

回拉扩孔结束后，满足要求的孔洞已经形成，必须要尽快组织实施拉管施工。

在孔洞形成前需要做好的准备工作：

1)管道焊接工作，根据预定拉管长度，将分段短管焊接至足够长度。

2)拉管头制作，在拉管施工前，需要做一个锥形铁头用来连接管道和钻杆，并起到封堵管头防止泥浆流进管道的作用。

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拉管施工前的准备工作必须在孔洞形成以前，也就是最后一次清孔钻头出土前，完成所有准备工作。称为具备拉管施工条件。

在清孔钻头出土后，迅速组织人员、设备进行拉管施工。拉管施工时，必须要沉着，匀速回拖。时刻关注回拖压力表、水压表、旋转压力表的变化情况。切忌紧张、急躁。遇到问题及时组织人员进行处理，当压力表数值短时间剧烈变化时，属于正常情况可继续拉管施工，切不可停。如果长时间压力表数值偏大，则需要立即调动其他设备辅助拉管施工，切不可拖延。

3结束语

如何更快、更好、更省的进行管道施工，是每一个管道施工人员必须面对的问题。拉管施工技术的发展，为管道施工开辟了新的思路，尤其是城市地下管道工程施工，非开挖拉管技术必将有广阔的市场。但是，信号干扰、设备噪声污染、地下错综复杂的管线、构筑物等，将是拉管施工最大的障碍。目前，拉管施工技术还比较新，许多的方法、措施还处于实践阶段，这就要求我们一线的工程技术人员总结经验、教训。一步步将拉管施工技术推向成熟，让拉管施工技术发挥其更大的功效。