文/周衛(wèi)豐 馬鞍山天和市政工程有限公司 安徽馬鞍山 243000
水平定向鉆非開挖施工的運(yùn)用實例
文/周衛(wèi)豐 馬鞍山天和市政工程有限公司 安徽馬鞍山 243000
非開挖施工方案即水平鉆機(jī)鉆孔牽引管道的施工方法。水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法,它的主要特點是,可根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的鋪管線路驅(qū)動裝有契形鉆頭的鉆桿從地面鉆入,地面儀器接收由地下鉆頭內(nèi)傳送器發(fā)出的信息,控制鉆頭按照預(yù)定的方向繞過地下障礙物直達(dá)目的地,然后卸下鉆頭換裝適當(dāng)尺寸和特殊類型的回程擴(kuò)大器,使之能夠在拉回鉆桿的同時將鉆孔擴(kuò)大至所需直徑,并將需要鋪裝的管線同時返程牽回鉆孔入口處。在整個工作中,特別的混合機(jī)組提供的鉆孔混合液不斷地從鉆頭的鉆口嘴噴出,用以潤滑鉆頭,鉆桿和加固鉆道,以提高整個工程的工作效率。
水平定向鉆;非開挖施工;實例
蚌埠市高新區(qū)污水拉管工程是蚌埠市高新區(qū)內(nèi)的污水截流工程,對于企業(yè)污水排放、環(huán)保生產(chǎn)具有重要意義。本次施工共涉及九家企業(yè),均是從廠區(qū)截流污水穿過已建成的水泥混凝土路面至污水干管。管道采用F型鋼筋混凝土D400管,全長356米,最長拉管距離72米,最短拉管距離28米。
1.地層勘探
主要了解有關(guān)地層和地下水的情況,為選擇鉆進(jìn)方法和配制鉆液提供依據(jù)。其內(nèi)容包括:土層的標(biāo)準(zhǔn)分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石情況等。地下管線探測主要了解有關(guān)地下已有管線和其它埋設(shè)物的位置,為設(shè)計鉆進(jìn)軌跡提供依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況解決施工用電、用水。以鉆機(jī)路線的入土點和出土點各挖一個工作井和接收井,便于鉆機(jī)入土開鉆,并且作為泥漿的排放和收集點,若泥漿過多采用泥漿車外運(yùn)。
2.技術(shù)準(zhǔn)備
(1)組織工程施工技術(shù)人員參與設(shè)計單位、建設(shè)單位的施工圖會審和企業(yè)內(nèi)施工技術(shù)交底,了解施工特點和技術(shù)要求,熟悉施工操作規(guī)程和各項技術(shù)數(shù)據(jù)。
(2)根據(jù)敷設(shè)管道的管徑尺寸,計算出管道孔的擴(kuò)孔次數(shù)和每次回擴(kuò)所使用的回擴(kuò)器的規(guī)格。
(3)根據(jù)鉆機(jī)操縱手冊和導(dǎo)向儀的控制、精度要求,制定出詳細(xì)的技術(shù)交底。并向施工作業(yè)人員進(jìn)行交底。
(4)與鉆機(jī)操作手共同制定出管道中線和高程的控制數(shù)據(jù)和糾偏措施。
3.機(jī)械準(zhǔn)備
采用國產(chǎn)DDW-350鋪管鉆機(jī),馬克3導(dǎo)向儀。另配功率為45KW的不停鉆射流循環(huán)泥漿攪拌系統(tǒng),可快速制備鉆進(jìn)用泥漿;操縱臺全功能數(shù)字儀表顯示,獨立的液壓錨樁系統(tǒng)。鉆機(jī)整體性能優(yōu)越。 (1)鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù):發(fā)動機(jī)功率:200KW最大推力/拉力:380KN
最大回轉(zhuǎn)扭矩:18000N.m輸出軸轉(zhuǎn)速:0-110r/min
泥漿系統(tǒng)功率:45KW泥漿泵流量:320L/min
泥漿泵壓力:10Mpa角度范圍:8°—20°
鉆桿規(guī)格:Φ89mm×7mm/5000配套鉆桿:300m
鉆頭級配:6個—Φ 450mm
主機(jī)外形尺寸(長×寬×高):5200mm×2300mm×2200mm
泥漿攪拌站外形尺寸(長×寬×高):4200mm×2300mm×2700mm
1.施工工藝流程
2.施工測量
2-1平面控制放線
平面控制及放線,依據(jù)現(xiàn)有邊線,通過勘測方提供的控制點引測本工程的定位點,為保證施工各階段控制點網(wǎng),坐標(biāo)及高程的準(zhǔn)確,首先對施工現(xiàn)場內(nèi)各控制樁加以保護(hù)。并把各控制點引測至現(xiàn)場外加以保護(hù),以便豎向引測放線。同時要做閉合校核。
施工前通過全站儀沿地面上拉管的中心線每3米設(shè)置一樁(有障礙物的除外),并沿拉管的中心線撒好白灰線且測出樁高程,算好樁高程與設(shè)計拉管流水面的關(guān)系。
2-2高程控制
高程控制根據(jù)勘測方提供的水準(zhǔn)點引測施工現(xiàn)場的高程控制點。根據(jù)本工程的實際情況,在現(xiàn)場選擇固定的地方做臨時水準(zhǔn)點,并做好保護(hù)。
高程控制采用兩次儀器高程前后視等距測法,保持精度。為保證設(shè)計方向、位置的正確性,控制線的傳遞用經(jīng)緯儀進(jìn)行引測,保證平面位置的準(zhǔn)確。
3.基坑開挖
工作坑深度根據(jù)拉管流水面高程確定。為保證工作坑內(nèi)干燥和擴(kuò)孔施工,在工作坑側(cè)邊設(shè)(4 m寬×1.5 m長×1.5 m深)泥漿沉淀池,并在池底設(shè)泥漿泵隨時將多余泥漿抽出坑外。
工作坑視土質(zhì)情況是否采用支護(hù)。
4.地層勘探地下管線探測及鉆進(jìn)軌跡的規(guī)劃與設(shè)計
地層勘探主要了解有關(guān)地層和地下水的情況,為選擇鉆進(jìn)方法和配制鉆液提供依據(jù)。其內(nèi)容包括:土層的標(biāo)準(zhǔn)分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石情況等。需要在現(xiàn)場挖探坑確定土質(zhì)情況。
導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計是否合理對管線施工能否成功至關(guān)重要。鉆孔軌跡的設(shè)計主要是根據(jù)工程要求、地層條件、地形特征、地下障礙物的具體位置、鉆桿的入出土角度、鉆桿允許的曲率半徑、鉆頭的變向能力、導(dǎo)向監(jiān)控能力和被鋪設(shè)管線的性能等。
5.鉆機(jī)就位
根據(jù)管道設(shè)計坡度方向和現(xiàn)場實際情況,安置鉆機(jī)。因拉管距離長,拉力較大,鉆機(jī)底腳要安置在20cm厚C15混凝土平基上,并在平基混凝土內(nèi)預(yù)留∮20鋼筋(地錨)和鉆機(jī)焊接緊密,以防地基沉降影響鉆機(jī)穩(wěn)定。
6.鉆液的配置
鉆液的好與壞對于拉管施工的成敗起到了關(guān)鍵的作用。鉆液具有冷卻鉆頭、潤滑鉆具,更重要的是可以懸浮和攜帶鉆屑,使混合后的鉆屑成為流動的泥漿順利地排出孔外,既為回拖管線提供足夠的環(huán)形空間,又可減少回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護(hù)壁的作用。
鉆液由水、膨潤土和聚合物組成。水是鉆液的主要成份,膨潤土和聚合物通常稱為鉆液添加劑。鉆液的品質(zhì)越好與鉆屑混合越適當(dāng),所制造的泥漿的流動性和懸浮性越好,回擴(kuò)成孔的效果越理想,成功的概率越大。
為改善泥漿性能,有時要加入適量化學(xué)處理劑。燒堿(或純堿)可增粘、增靜切力、調(diào)節(jié)PH值,投入燒堿量一般為膨潤土量的2%。
根據(jù)以上理論,本工程的鉆液配合比確定為:膨潤土20%,轉(zhuǎn)液寶1%,水75%,2%膨潤土重量的燒堿。
7.導(dǎo)向鉆進(jìn)
鉆機(jī)就位后,調(diào)整鉆機(jī)導(dǎo)向桿到略高于設(shè)計管位中心高程的位置,水平鉆入土中。在導(dǎo)向鉆頭中安裝發(fā)射器,通過地面接收器,測得鉆頭的深度、鴨嘴板的面向角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電池狀況等參數(shù),將測得參數(shù)與鉆孔軌跡進(jìn)行對比,以便及時糾正。地面接收器具有顯示與發(fā)射功能,將接收到的孔底信息無線傳送至鉆機(jī)的接收器并顯示,操作手根據(jù)信號反饋操縱鉆機(jī)按正確的軌跡鉆進(jìn)。在導(dǎo)向鉆孔過程中技術(shù)人員根據(jù)探測器所發(fā)回的信號,判斷導(dǎo)向頭位置與鉆進(jìn)路線圖的偏差,隨時調(diào)整。并把調(diào)整數(shù)值記錄在“鉆進(jìn)位置”相應(yīng)的表格中。
為了保證導(dǎo)向頭能嚴(yán)格按照操作人員發(fā)出的指令前進(jìn),需要在管道線路初步布點后對控制點進(jìn)行加密加細(xì)。間隔3m設(shè)中線、高程控制點,用木樁做出明顯標(biāo)志,并在樁點周圍用混凝土砌出護(hù)墩加以保護(hù)??刂迫藛T嚴(yán)格按照點位,操縱儀器。
管道在孔內(nèi)拉動的過程中受重力的作用,會發(fā)生管道下沉現(xiàn)象。因此導(dǎo)向鉆進(jìn)的鉆進(jìn)點選擇在略高于設(shè)計管中線的地方。以減低管道自重對高程的影響。
8.擴(kuò)孔
根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況,采用刮刀式擴(kuò)孔器。擴(kuò)孔器尺寸為鋪設(shè)管徑的1.2~1.5倍,即40cm×1.5=6cm。這樣既能夠保持泥漿流動暢通又能保證管線的安全、順利的拖入孔中。
回拉擴(kuò)孔鋪管的距離比較長,泥漿作用特別重要,孔中缺少泥漿會造成塌孔等意外事故,使導(dǎo)向鉆進(jìn)失去作用并為再次鉆進(jìn)埋下隱患。考慮到地層泥漿較易漏失,泥漿漏失后,孔中缺少泥漿,鉆桿及管線與孔壁間的摩擦力增大,導(dǎo)致拉力增大。因此要保持在整個鉆進(jìn)過程中有“返漿”,并根據(jù)地質(zhì)情況的變化及時調(diào)整鉆液配比以產(chǎn)生的不同泥漿。
本工程選用的DDW-350型鋪管鉆機(jī)有混合攪拌、泵送系統(tǒng)。施工中將水、膨潤土、聚合物等加入混合倉,進(jìn)行充分?jǐn)嚢栊纬摄@液。然后由鉆液泵將鉆液通過中空鉆桿輸送至孔底鉆頭,并與孔中鉆屑混合形成泥漿在孔底流動。實驗人員需要隨時檢測泥漿內(nèi)各組成材料的配比并及時調(diào)整,反復(fù)循環(huán)使用。
9.拉管
拉力計算:φ400管重量為45.76kg/m。管道傾斜角度為:10。
F拉=(G’+ G’×μ)×n =(16.38+16.38×0.4)×1.15=26.37噸
G’-管道總重量在X方向的分量 μ-摩擦系數(shù) n-安全系數(shù)經(jīng)計算,所選用拉管機(jī)能承受該拉力。
管道檢驗合格后,即可進(jìn)入拉管施工。首先用現(xiàn)場制作的“封套”將管頭密封,然后在管頭后端接上回擴(kuò)頭,管后接上分動器進(jìn)行接管,將管子回接到工作井后,卸下回擴(kuò)頭、分動器、取出剩余鉆桿,堵上封堵頭,進(jìn)行水壓試驗。
施工時,拉管機(jī)操作人員要根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)均勻平穩(wěn)的牽引管道,切不可生拉硬拽。
10.注漿加固
管道拉通后,為了避免地面沉降,需要進(jìn)行注漿加固。由于受場地條件限制,本次采用孔內(nèi)注漿的加固措施。
拉管施工前在管道前端連接兩根與管道同長度的∮25鋼管,與管道一同拉入土中并一同到達(dá)拉管設(shè)計終點樁號。到達(dá)終點后,解除∮25鋼管與管道的連接,在兩根鋼管前面各加一根6 m長同直徑的注漿花管。
移動拉管機(jī)到接收坑,和∮25鋼管連接并回拽。每拽入6 m,把鋼管和拉管機(jī)的連接取消,換成和高壓注漿泵連接。注入1:1水泥、粉煤灰漿液(0.4Mpa),從而置換觸變泥漿,補(bǔ)充管道周圍的空隙。然后再換再拉,再拉再注,反復(fù)進(jìn)行。直到把鋼管全部拉出接收坑,注漿過程也就全部結(jié)束了。
在注漿施工時應(yīng)注意:
根據(jù)實際情況每3-6米注漿一次,根據(jù)計算注漿量一定大于泥漿量,注漿時盡量保持不要間斷。
當(dāng)花鋼管拖入地面時一定要用堵頭堵死,防止?jié){液從花管前端流出。
11.安全保護(hù)系統(tǒng)
由于施工中的地質(zhì)情況復(fù)雜、距離較遠(yuǎn)等特點,在施工中必須設(shè)置必要的安全保護(hù)措施,主要有:
防觸電報警系統(tǒng),一旦地下鉆頭觸及電纜等帶電體后,鉆機(jī)發(fā)出觸電報警,此時操作手必須坐在座椅上不得離開,以免觸電。報警解除后,操作人員方可離開鉆機(jī)。
遠(yuǎn)距離遙控緊急停機(jī)裝置,隨鉆跟蹤測量者應(yīng)時刻保持與鉆機(jī)操作手的聯(lián)系,一旦發(fā)生意外應(yīng)及時處置。目前一般采用無線通信聯(lián)絡(luò)方式,有時由于受到當(dāng)時當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響這種方式己不能應(yīng)付緊急突發(fā)事件。所以在施工中應(yīng)由隨鉆跟蹤者采用緊急措施停止鉆機(jī)工作,待處理完后,由后者解除對鉆機(jī)的限制后,方可啟動鉆機(jī)。
12.井室砌筑
在砌筑井室時,應(yīng)注意以下四項:
(1)測量人員準(zhǔn)確測設(shè)井位,支墊層模板,澆筑墊層混凝土打底板。
(2)嚴(yán)格控制井室的幾何尺寸在允許偏差之內(nèi)。井室內(nèi)的爬梯應(yīng)采用球墨鑄鐵。
(3)磚墻勾縫砂漿塞入灰縫中,壓實拉平,深淺一致,橫豎縫交接處應(yīng)平整。凹縫比墻面凹入3-4毫米,勾完一段應(yīng)及時將墻面清掃干凈,灰縫不應(yīng)有搭茬、毛刺、舌頭灰等現(xiàn)象。
(4)井蓋均選用重型井蓋。
13.工作坑土方回填
還土應(yīng)選用細(xì)土、好土進(jìn)行回填,不得含礫石、垃圾,回填應(yīng)兩側(cè)分層對稱回填,管道回填管頂以上0.5m處,并應(yīng)注意保護(hù)。
14.拉管的質(zhì)量控制方法及要求
路面建筑物及管道鋪設(shè)區(qū)域無塌陷,施工后進(jìn)行雷達(dá)掃描檢測,不得低于壓實度要求。
管鋪設(shè)規(guī)定要求:
管鋪設(shè)滿足排氣要求,管無向上的折點。水平最大偏差±0.3米??v向垂直最大偏差±0.25米。保持管內(nèi)壁干凈,拉管過程中封堵內(nèi)壁。
拉管過程中,操作手嚴(yán)格按照地面預(yù)布控制樁的平面位置和高程控制鉆頭走向,每隔水平距離3米校核一次。
管道內(nèi)底高程的復(fù)測
管道拉通后,應(yīng)對管道內(nèi)底高程進(jìn)行復(fù)合測量。用鉆機(jī)將裝有探測器的鉆頭在管道內(nèi)拉動,試驗人員根據(jù)探測器發(fā)出的信號來確定鉆頭的深度,經(jīng)過換算后即計算出管內(nèi)底高程。得出的結(jié)果和原始控制軌跡高程進(jìn)行比較,就得到各樁位高程偏差數(shù)值。
結(jié)論:
水平定向鉆非開挖施工的本次實例運(yùn)用,實現(xiàn)了設(shè)計意圖,滿足了企業(yè)要求。在工期要求短,無法破路開挖或可減少破路開挖的情況下,可以節(jié)省工程造價,縮短工程工期,以期取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。