國內(nèi)最大直徑DN1200PE拖拉管工程施工應用

汪永興

（上海市市政工程建設發(fā)展有限公司，上海市200120）

1 概述

1.1 工程概況

武寧路給水管排管（北石路過桃浦河）非開挖鋪設DN 1200HDPE管，該工程位于北石路南側、桃浦河、蘭溪路（見圖1）。據(jù)設計，擬沿北石路南側穿越桃浦河、蘭溪路進行水平定向穿越鋪設DN 1200HDPE管一段，穿越長度為384 m。

據(jù)收集到的資料，桃浦河規(guī)劃河寬為20 m，規(guī)劃河床底部高程為-1.0 m，設計兩岸有駁岸樁，駁岸樁樁底高程為-5.0 m。該工程設計穿越深度為吳淞高程-10 m，西側入土點距桃浦河西側橋頭130.5 m，東側出土點距桃浦河東側橋頭237 m。在桃浦河下的穿越深度為吳淞高程-10 m[1-4]。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，該工程施工區(qū)域由上至下土層類型為：

①1-1雜填土、①2浜填土、②1褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土；②3-1灰色黏質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；②3-2灰色砂質(zhì)粉土；③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土；④灰色淤泥質(zhì)黏土；⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉質(zhì)黏土；⑤3灰色粉質(zhì)黏土；⑤4灰綠色粉質(zhì)黏土；⑥暗綠～草黃色粉質(zhì)黏土；⑦1草黃～灰黃色粉砂；⑦2灰黃～灰色粉砂；⑧1灰色粉質(zhì)黏土；⑧1t灰色粉砂；⑧2-1灰色粉質(zhì)黏土夾粉土；⑧2-2灰色砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土；⑧2-3灰色粉質(zhì)黏土夾粉土；⑨1青灰色粉砂。上述土層②、③、④、⑤層為全新世Q4沉積物，⑥、⑦、⑧、⑨層為上更新世Q3沉積物。

工程地質(zhì)情況詳見圖2基坑地質(zhì)縱剖面圖。

1.3 施工工藝選擇

該項目DN 1200上水管原方案考慮采用橋管形式穿越桃浦河，2018年4月，上海市巖土地質(zhì)研究院有限公司完成了武寧路DN 1200（北石路—桃浦）給水管橋管工程的勘察工作。最終由于老城區(qū)征地拆遷難度大及武寧路下管線眾多等問題，管橋基礎樁基無法施工，從而改為非開挖拖拉管穿越。

2018年8 月，項目建設單位組織施工單位完成了DN 1200上水管非開挖穿越河道主要施工方案編制，并組織專家進行方案評審。

2 施工工藝介紹

2.1 施工工藝流程（見圖3）

2.2 施工前準備工作

在穿越施工前，根據(jù)設計資料，應測量放線定出穿越軌跡和兩側工作坑位置，并用油漆標出管道軸線位置，在軸線上每間隔3 m做好原地面標高標記，以便導向施工時精確控制高程。

在兩側工作坑附近采用人工開挖樣溝之后，再使用挖機開挖工作坑。鉆機就位后，附屬設備圍繞鉆機放置，設備占地面積50 m×5 m。入土坑及出土坑均采用20槽鋼圍護，槽鋼長度為6 m。

2.3 管道布置、組裝焊接

據(jù)現(xiàn)場踏勘，擬在蘭溪路東側組裝焊管。為了防止管道表面受損，管道布置和焊接在其下面墊上專用的地滑輪。

圖1 DN1200上水管非開挖鋪設平剖面圖

圖2 地質(zhì)縱剖面圖

圖3 施工工藝流程圖

PE管的焊接采用熱熔對接技術，管材經(jīng)相應機具切削、加熱，使PE管斷面熔化，在一定的壓力作用下，使熔化表面接觸，且在焊接過程中形成雙環(huán)焊縫，形成加強圈，其焊縫強度可超過本體。

焊接的操作步驟如下：

（1）按塑管特性設定熔接溫度；

（2）啟動電源，對電熱板加熱，當溫度上升到設定點時，會自動把調(diào)溫范圍控制在設定點±3℃以內(nèi)；

（3）將對接塑管放入對接架，并固定好，此時油缸位置在最左端，兩管口間距應以能放入銑刀盤且銑削后又能對接為準；

（4）插入銑刀盤并固定好。先啟動銑刀盤，然后啟動動力源油泵，逐漸進入切削狀態(tài)，最終達到兩端面銑平的目的（銑削時的油壓不大于3 MPa）；

（5）取出銑刀推進活動架，檢查兩管面是否吻接，如有高低偏差，需高速夾具進行校正并重復（4）、（5）動作，直到滿意為止；

（6）退回油缸，取出銑刀盤，換入電熱板；

（7）再次啟動油泵，推進管道于電熱板兩面，稍稍加壓，當電熱板二側管端熔出合適熔縫時，停止進給動作，繼續(xù)加熱，待達到加熱時間總和后，迅速退回活動架取出電熱板；

（8）一旦電熱板取出，應迅速合攏對接，并加大壓力，直至接口有適當?shù)姆叄话闱闆r下，翻邊的寬度應該相當于管子的壁厚；

（9）停止油泵，待管子熔縫冷卻至環(huán)境溫度；

（10）除固定夾具，取出對接好的管材，對接結束。

管道全部焊接完成后，通過外觀檢查合格后，等待拖管（見圖4）。

2.4 定向鉆進軌跡

桃浦河兩岸有駁岸樁，駁岸樁樁底高程為-5.0 m，設計穿越管最深處高程為-10 m，入土角為 -17.6%（10°），出土角為 17.6%（10°），中間水平鉆進96.12 m，路徑總長384 m。

圖4 管道焊接完成等待拖管之實景

2.5 工作坑的開挖和鉆機放置

在桃浦河北石路南側非機動車道上，距桃浦河橋西側橋頭130.5 m，距人行道邊往北2.2 m處，開挖一個長×寬×深為15 m×3 m×2.5 m的工作坑，作為鉆桿入土坑。另一側工作坑定于桃浦河東側北石路南側非機動車道上，距桃浦河橋東側橋頭237 m，距北石路南側人行道邊1.5 m處，開挖一個長×寬×深為25 m×3 m×2.5 m的工作坑，以便于鉆具裝卸和鋪設管道進入。

鉆機位置：鉆機就位于西側工作坑以西，由西向東鉆進施工。

2.6 泥漿的配制

泥漿配制是非開挖拉管技術施工的重要環(huán)節(jié)。在進行施工時，選用的泥漿材料主要是由優(yōu)質(zhì)膨潤土制成的加強性泥漿。在擴孔拖拉施工中，也選用同樣配比的泥漿。這種泥漿具有良好的造壁性和潤滑性，起到較好的抗扭矩效果，能夠防止塌陷的發(fā)生。

施工中涉及的泥漿材料主要以聚合物加強型泥漿為主，配置過程中要求引入少量聚合物，以及膨潤土，一般可使兩者比重占泥漿總量2%最為適宜。這樣可使?jié)櫥阅埽约翱古ぞ啬芰Φ确矫娴靡蕴岣?，降低塌陷問題發(fā)生的概率。

2.7 試鉆

啟動鉆機，鉆入一、兩根鉆桿，檢查機器設置是否運轉良好，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。試鉆時，還應檢查泥漿混漿系統(tǒng)是否滲漏。

2.8 鉆導向孔

開鉆時采用輕壓慢轉，進入水平段采用輕壓快轉，以保持鉆具的導向性和穩(wěn)定性。根據(jù)地層變化和鉆進深度，適時調(diào)整鉆進參數(shù)。

在導向過程中，密切注意鉆進過程中有無扭矩、鉆壓突變、泥漿漏失等異常情況，發(fā)現(xiàn)問題立即停止施工。待查明原因，并采取相應措施后，方可施工。在導向過程中，要做好深度和角度、方向角的記錄。

2.9 反向擴孔及孔的改善

在導向孔完成后，卸下導向鉆頭，換上擴孔鉆頭進行逐級擴孔。

要鋪設DN1200mm的聚乙烯管，最大擴孔孔徑為DN1450mm。要擴DN1450mm的孔，在完成導向孔后，采用擴孔孔徑分別為DN400 mm、DN600 mm、DN800 mm、DN900 mm、DN1 000 mm、DN1100 mm、DN1 200 mm、DN1300 mm、DN1 450 mm。

為防止地面沉降，擴孔采用均勻旋轉回拉和泥漿射流相結合的方法。這樣，既能保證擴孔孔壁的厚度，又能排出過多的泥土；既能達到順利回拉鋪管的目的，又能保證鋪管之后被擠壓的泥土在應力的作用下自然回填，使孔內(nèi)不留下空隙，地面不發(fā)生沉降。擴孔時，應使用根據(jù)地層實際情況配置的泥漿，確?？妆诜€(wěn)定，泥漿流動順暢。當?shù)谝患墧U孔時，減慢擴孔速度，同時減小泵壓，增大轉速。

擴孔完成后，再用DN1450清孔器對孔進行一次清孔處理，以排出孔內(nèi)多余渣土，對成孔內(nèi)壁做進一步穩(wěn)固。

在回擴過程中，要做好施工原始記錄。記錄內(nèi)容包括：鉆進時間，扭矩、拉力，泥漿泵壓力、土質(zhì)情況等。在回擴過程中，還要密切注意鉆進過程中無扭矩、鉆壓突變等異常情況，發(fā)現(xiàn)問題即停止施工，待查明原因，并采取相應措施后，方可施工。

2.10 回拉鋪管

管道焊接好后，將連接好的管材沿出土工作坑坡道安放好，依次連接接頭、分動器、鉆桿?；赝锨霸贆z查管道是否已經(jīng)在地滑輪上安放好?？刂苹赝纤俣?，完成回拉鋪管。

拉管頭和管子的連接必須密封，防止泥漿和其他物質(zhì)進入管道內(nèi)。連接方式見圖5所示。

圖5 拉管頭與管子連接示意圖

在回拖過程中（見圖6），密切注意孔內(nèi)情況，鉆機操作手應密切注意鉆機回拖力、扭矩的變化?；赝蠎椒€(wěn)、順利，禁止蠻拖。管材要一次性拖入已成形的孔洞中，中途盡量避免停頓，減少回拖的阻力。并做好回拖拉力、扭矩等原始數(shù)據(jù)的記錄工作?；赝辖Y束后及時把資料上交給監(jiān)理。

圖6 拖管作業(yè)之實景

2.11 泥漿排放及工作坑的清理

為了保證泥漿在施工過程中不外溢，在施工過程中，應將出入土點的泥漿用泥漿泵抽到泥漿罐內(nèi)，及時用泥漿車排放至環(huán)保部門指定的排放地點，并將廢漿清理干凈。

2.12 水壓試驗

（1）穿越完成后，進行一次水壓試驗。該項目共計穿越1條，泵驗1次，泵驗長度為384 m。水源：自來水。

（2）強度試驗：管道的試驗壓力為1 MPa，10 min內(nèi)降壓≤0.02 MPa，可免去嚴密性試驗，即認為合格。

（3）嚴密性試驗：管道的實驗壓力為0.8 MPa，30 min內(nèi)降壓≤0.03 MPa，可免去校驗滲水量，即認為合格。

（4）水壓試驗時，必須使用經(jīng)計量部門校驗合格，且在有限期限內(nèi)的1.5級壓力表、秒表測量。該項目采用雙表。即自己準備一只，分所準備一只，以保證試驗的準確性。

（5）在管道水壓試驗時，必須按現(xiàn)行標準和試驗方案規(guī)定操作，并加強安全監(jiān)護。管道后背、管件臨時加固需要達到技術措施要求，管件的支墩、錨固設施管梁的混凝土強度要符合設計文件規(guī)定。管道中的安全閥、伸縮補償裝置、水錘消除裝置、消火栓等管道設備位置已按規(guī)定用臨時設施替換處理，閥門處于全開狀態(tài)，并嚴禁用閥門做堵板。

（6）管道升壓時，管道的氣體應排除。在升壓過程中，當發(fā)現(xiàn)表針擺動不穩(wěn)，且升壓較慢時，應重新排氣后再升壓。

（7）應分級升壓，每升一級應檢查后背、支墩、管道及接口，當無異?，F(xiàn)象時，再繼續(xù)升壓。

（8）水壓試驗過程中，后背頂撐、管道兩端嚴禁站人。水壓試驗時，嚴禁對管身、接口進行敲打或修補缺陷，遇到缺陷時，應作出標記，卸壓后修補。

（9）水壓試驗不合格應查明原因，問題消除后應重新進行水壓試驗直至合格。管道水壓試驗合格后，應及時進行溝槽回填。

3 監(jiān)測措施

管線的非開挖敷設對河道護岸的安全影響能否盡量減小和及時消除隱患的另一個重要方面是監(jiān)測工作是否及時到位、有效。

根據(jù)有限元計算結果，管道施工時對管線中心線兩側15 m范圍內(nèi)影響較大。因此，在管線推進中心線兩側各15 m范圍內(nèi)布設監(jiān)測點，測點間距2.5 m左右。

監(jiān)測內(nèi)容：水平和沉降位移。

監(jiān)測時間：在管線施工開始穿越之前（距河道護岸30 m左右）至地面沉降達到穩(wěn)定為止（最近兩月監(jiān)測的累計沉降量差值不大于1 mm）。

監(jiān)測頻率：在管道穿越過程中，至少保證每天5次，以后可逐漸降低頻次：從每天1次、三天1次、一周1次……最后直到每月1次。

報警點：除了每次監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋施工控制中心，當出現(xiàn)下列情況時應向有關部門報警：累計沉降量≥10 mm、一天沉降量≥2 mm。

4 非開挖拖拉管施工的沉降影響

監(jiān)測點沿拖拉管主線，每5 m設置一處地面沉降監(jiān)測點，每30 m沿垂直拖拉管主線方向設置間隔5 m的地面沉降監(jiān)測點，桃浦河沿防汛墻設置建筑沉降監(jiān)測點（見圖7、表1）。

圖7 監(jiān)測點布設圖

根據(jù)拖拉管施工期間及后續(xù)的監(jiān)測結果，拖拉管主線沿線最大累積沉降為-4.01 mm，桃浦河防汛墻最大累計沉降為-3.60 mm，非開挖拖拉管施工工藝周邊的沉降量很小，周邊的沉降影響得到有效控制。

5 結 語

綜上所述，非開挖拉管技術在給水工程中的應用是保證工程質(zhì)量得以提高的關鍵所在。在實際應用過程中，應正視該技術的內(nèi)涵與應用優(yōu)勢，做好前期準備工作與相關技術要點分析，保證各施工工序包括導向孔施工、擴孔及管材回拖不存在問題，并對管線軌跡、成孔質(zhì)量及路面沉降預防等方面采取相應的控制措施，這樣才可使拉管工藝優(yōu)勢得到充分發(fā)揮。

表1 地表點建構筑物垂直位移監(jiān)測結果一覽表

通過本文對武寧路給水管排管（北石路過桃浦河）非開挖鋪設DN 1 200 HDPE管施工實例的介紹，為今后類似工程提供寶貴的經(jīng)驗。