谈非开挖定向钻进技术拖拉管施工工学论文
摘要：本文阐述了非开挖定向钻进技术拖拉管的轨迹设计原理及拖拉管导向、扩孔、回拉、检测等施工技术，分析了拖拉管施工的优缺点。
关键词：非开挖定向钻进；拖拉管施工；优缺点
地下管道施工中，经常遇到河流、铁路等大型障碍物，无法径直开挖，通常采用顶管施工，需建钢筋混凝土工作井接收井等，工序多，工期长，造价高。采用非开挖定向钻进技术拖拉管施工，能缩短工期，降低工程成本。如上海海港新城污水埋管工程采用非开挖钻进技术拖拉管就是成功一例。该工程桩号为KO+OSO至KS+540，管线全长9.5km，其中横穿滨果公路和军垦河段，管径DN600，原设计为开挖施工，设计变更为拖拉管，管材为高密度聚乙烯HOPE管，非开挖长45m。
一、拖拉管简介：
非开挖定向钻进技术又称拖拉管、牵拉管施工，是将石油工业的定向钻进技术与传统的管线施工方法相结合的一项施工新工艺，近几年被广泛用于市政、电信、电力等多种地下管线的建设中。
非开挖定向钻进施工是将定向钻机设在地面上，在不开挖土壤的条件下，采用探测仪导向，控制钻杆钻头方向，达到设计轴线的要求，经多次扩孔，拖拉管道回拉就位，完成管道敷设的施工方法。
二、拖拉管主要施工工艺：
(一)水平定向轨迹设计与原理
导向孔轨迹设计是在管线剖面图基础上，设计出钻孔的最佳曲线。根据开挖的工作坑、接收坑结合设计井位，按照设计管道水力坡度标高来设计钻进轨迹。不仅需要考虑避开穿越区域的'地下管线，还要考虑到水文地质、地面环境、铺设管道的管径材质、穿越长度深度、钻机的性能等因素。管道施工的轨迹要满足设计要求，必须考虑入土点、出土点的斜直段、曲线段长度，严格控制水平穿越段各点标高。一般作业标高控制以每根钻杆为一个控制点，按设计管道水力坡度计算出钻进轴线上轨迹标高。入射角度根据已知数据科学计算，正常操作应控制在5－12度之间。如果单从施工的顺利程度考虑，在产品管线埋设深相同的前提下，造斜距离越长则轨迹曲线越平缓，有利于后续管的顺利回拖。
(二)拖拉管施工
2 施工准备
2.1 编制施工方案，明确技术措施，严格技术管理。
2.2 施工主要设备及拖拉管材料选择
该工程采用FDP-25型水平导向钻机。
管材采用HOPE平壁管，管材的强度及环刚度必须满足设计和施工阶段的荷载要求。
3 测量监测
3.1布设监测点。量测地面、管线监测点，及时反馈信息，指导钻进施工技术参数的调整。
3.2 环境监测。定时监测周边建筑、道路裂缝、水位等信息变化，及时直接预警、控制沉降量。
4 导向孔与钻进施工
根据设计的地下管线位置，开设长1.5m宽0.5m的样洞确定管位。在距离工作井15～20m处设一个造斜工作坑，在距末井20～25m处设一个拖管坑，保证水平导向钻机作业的穿越深度和长度。
4.1 工作坑内安放导向钻具。检查测量仪器，探头电池的绝缘性能，以防漏电。
4.2 将探头装入探头盒内，打开接收机和同步显示器，检查转动探头盒。将探头盒与造斜钻头接好并连接在钻杆上，开机输送钻进液，检查钻头喷嘴。
4.3 钻杆放入导向钻机，就位，使钻杆在设计轴线上。逐节钻进，直至将钻杆钻入拖管坑。钻进过程中用无线手持式测量仪跟踪监测，严格控制钻头轨迹，沿设计轴线前进，如偏差大于规定要求立即调整。
4.4 钻杆线性与速度控制。钻杆线性直接关系到钻进的速度及孔外压力变化，施工中保持钻杆线性并控制钻进速度，控制地面沉降量在较小范围内。
4.5 灌浆压力控制。在不同土层中穿越做好泥浆的调配，施工中控制灌浆压力(一般在5Kg内)。即保证施工效果，又减少地表沉降量。
5 成孔与泥浆护壁技术
流砂层定向钻孔：泥浆护壁，稳定地基与填充双液注浆加固，将泥浆系统与钻机相连，水电系统接入。
(1)钻井液。定向钻机钻进中，钻井液用于稳固孔壁、降低回转扭矩和拉管阻力、冷却钻头和发射探头、清除钻进产生的土屑等，它被视为导向钻进的“血液”。一般采用优质膨润土制备。
(2)钻井液循环。钻进时钻井液会从另一边的上空口返出，这时要使用两套泥浆循环系统处理，或运走泥浆，减少环境污染。
6 扩孔：
导向孔成型后，取下导向钻头，接上反扩钻头、分动器，即可进行回拖扩孔。在拖管坑一端的钻杆上，依次按设计方案装上不同规格的扩孔器，利用导向钻机回拉钻杆进行扩孔，直至将土孔扩大至设计孔径。根据工程工艺设计要求，扩孔一共需进行5次，分别为φ220、350、500、600、750，最后一次用封闭式钻头扩孔，使钻孔直径满足拖管管径要求。
7 拖管控制：
(1)用热熔焊接法将每节管材按设计长度焊接好，并将其前端与钻杆连接牢固，利用导向钻机回拉拖管。
(2)设置造斜坑一只，各段一次牵引到位。拖管完成后，钻头由工作井取出。
(3)置换浆。在钻进和拖管结束后，及时将工作坑内的泥浆清理出场。用比重约1.75的水泥浆液对护壁泥浆进行同步置换，充分填补拖管造成的空隙。
8 坑底稳定地基注浆加固
基坑底板稳定地基双液注浆加固：针对上海临港软土土质含水量高、软塑性的特点，有触变、流变的特性，对基坑底土体加固，预防管涌并隔断水源，改善基底土体的稳定性，提高地基土的承载力。拖管前，在基坑底板下1m～3m的深度及周边范围内，进行满堂双液注浆加固。
9 周围管线情况
周围有其它公用地下管线、井位，须挖探坑查清其位置与走向，采取必要的避让或保护措施。
10 管道变形检测、闭水试验检查
参照上海市工程建设规范《埋地塑料排水管道工程技术规程》(DG／TJ08-308-2002)关于管道变形的检测方法：人不能进入管内的塑料管可采用圆度测试板管内拖拉进行检测。根据实际施工情况，拖拉铺设结束后，水可能进入管内，采用圆度测试板检查管道变形有难度，本工程采用了类似于通球法的内拖法进行检查，并进行闭水试验检查。
三、拖拉管施工的优缺点
3.1 拖拉管施工的优点：
(1)采用非开挖技术，地上功能正常使用：穿过铁路、公路可不阻断交通：穿过河流可保证河流通畅、不阻断通航、有利于排洪等。
(2)环保型施工：由于采用非开挖施工技术，减少了大量工程土的堆放，有利于环境保护。减少了地面开挖、恢复造成的浪费。
(3)缩短工期，节约工程成本：采用非开挖钻孔技术，施工速度快，地上工程保护好，极大地节约了建设成本。
(4)节省劳力，安全可靠：与明挖开槽埋管相比较，明显减少了劳动力。定向钻机上配置钻杆自动装卸系统，定长的钻杆排列在一个“传送盘”上，使增加或卸下钻杆的操作可以在钻孔作业不停的状态下完成，加快了施工效率，施工安全，减轻了劳动强度等。
3.2 拖拉管施工的缺点：
水平定向钻拖拉管施工是一项新的生产工艺技术，目前我国尚无统一的技术标准和施工验收规范。
(1)拖拉施工结束，产品管与回扩孔之间的空隙处理，不能象开槽埋管的施工方法回填密实，对于横穿道路的管线部位，孔内泥浆固结后，道路可能出现微量下沉。
(2)由于非开挖法施工铺设的管道高程近似倒置曲线，雨污水管道内淤积污物清洗不便。
(3)当施工现场有干扰时，如无线电发射台、输电线路、变压器等将影响手持式跟踪仪的测量精度。
四、结束语：
非开挖钻进技术拖拉管施工适用于有障碍物不宜开挖的地下管线工程，属于倒虹吸管。
本工程采用拖拉管施工，经对导向孔钻进、回扩、回拉量测、闭水检验等指标控制，顺利地横穿公路和河流，保证了地面交通通畅及河流汛期排洪，达到了预期的建设目标。
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