淺談水平定向鉆在給水管道工程中的應(yīng)用簡(jiǎn)介：隨著城市的發(fā)展和現(xiàn)代文明意識(shí)、環(huán)保意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，在市區(qū)開挖路面進(jìn)行給水管網(wǎng)改造和建設(shè)導(dǎo)致的社會(huì)問題，交通問題和環(huán)境污染問題已越來越受到市民的關(guān)注，非開挖水平定向鉆技術(shù)的應(yīng)用，為給水管網(wǎng)的建設(shè)發(fā)揮了巨大的作用。關(guān)鍵字：給水管道非開挖技術(shù)定向鉆進(jìn)PE管應(yīng)用工程概況隨著北海市城市的發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，原有的城市供水管網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，急需增加一條給水管貫穿整個(gè)北部灣路的舊城區(qū)，以解決目前供水管網(wǎng)壓力的不足。工程采用DN600鑄鐵管開挖施工，管道埋設(shè)在北部灣路的北面人行道下，覆土厚度為80CM，土方全部外運(yùn)，溝槽采用中砂回填并沖水振實(shí)。2、施工方案的比較和優(yōu)化管道工程需穿越主干道湖南路，原設(shè)計(jì)為明挖穿越，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，由于受地下電力電纜、煤氣管、雨污水管等公用管線的影響，且道路交通壓力非常大，明挖施工困難，故管道穿越該路口時(shí)采用非開挖的施工方法，管材改為PE管。同時(shí)，為了發(fā)揮非開挖施工的優(yōu)勢(shì)，改為直線型路線縮短管線長(zhǎng)度。3、管材的選用原設(shè)計(jì)采用明挖施工，管材選用鑄鐵管，內(nèi)徑600mm，管道設(shè)計(jì)內(nèi)壓1.0Mpa。參考設(shè)計(jì)要求，考慮非開挖施工的需要，工程改選用PE管。聚乙烯具有優(yōu)良的耐腐蝕性、較好的衛(wèi)生性能和較長(zhǎng)的使用壽命，具有獨(dú)特的柔韌性和優(yōu)良的耐刮痕的能力，具有非常突出的耐低溫性能，具有良好的快速裂紋增長(zhǎng)斷裂韌性，安裝連接方便、可靠，就施工方法而言，PE管道特別適用于非開挖工程。其熱熔焊接使管道具有一體化的連接方式，接頭強(qiáng)度高；優(yōu)良撓性使得PE管道走向容易依照施工軌跡的要求進(jìn)行改變；良好的抗刮痕能力，使得管道不易損壞而漏水。采用導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)，管徑可達(dá)600mm，管線長(zhǎng)度一般可達(dá)300～400m，深度通常在10m以內(nèi)。對(duì)PE80級(jí)和PE100級(jí)而言，雙峰分子量分布的PE100級(jí)管材，其綜合性能要比PE80級(jí)好，尤其是PE100級(jí)的20℃、50年的蠕變抵抗能力提高，同時(shí)又保持了較好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能(ESCR)。同時(shí)，PE管材符合飲用水的要求。綜合考慮設(shè)計(jì)要求和施工要求，工程選用了DN630，PE100級(jí)，內(nèi)壓1.0Mpa的PE管，如下表。工程選用楓葉牌PE100級(jí)聚乙烯管材公稱壓力（MPaa）公稱外徑（mm）公稱壁厚（mm）SDR產(chǎn)地1.063037.417浙江4、軌跡設(shè)計(jì)和控向參數(shù)軌跡設(shè)計(jì)主要考慮設(shè)計(jì)平面位置、埋深的要求，地下公用管線的影響，鉆桿和管材的彎曲半徑等。確定定向鉆進(jìn)過程中鉆頭的頂角、方位角、工具面向角、計(jì)算出測(cè)定空間坐標(biāo)，設(shè)計(jì)出定向鉆進(jìn)的軌跡圖及對(duì)特殊地層、地段制訂特殊施工方案，并且要把常用和應(yīng)急材料準(zhǔn)備一定的庫(kù)存量，以防特殊情況的發(fā)生，保證施工各階段的順利進(jìn)行?？叵騾?shù)：按操作規(guī)程測(cè)定控向參數(shù)(方位角的數(shù)值)，要求盡可能多測(cè)取參數(shù)比較，以確定最佳方位角數(shù)值，在管中心線的三個(gè)不同位置測(cè)取，且每個(gè)位置至少測(cè)四次，并做好記錄。根據(jù)測(cè)定的數(shù)據(jù)標(biāo)定方位角，方位角的誤差要小于0.2o。鉆進(jìn)角和曲率半徑在大多數(shù)穿越施工中，入土角通常選擇在10-20度之間，多數(shù)施工應(yīng)首先鉆一段斜直線，然后再鉆一段大半徑曲線。此曲線的曲率半徑由成品管線的彎曲特性決定，隨直徑增大而增大。斜直線將導(dǎo)向孔曲線按照預(yù)定的走向引導(dǎo)到設(shè)計(jì)的深度，然后是在此深度上保持一段水平直線，然后到達(dá)向上的彎曲點(diǎn)再到出土點(diǎn)。出土角應(yīng)控制在10-20度之間，以便于成品管道的回拖。湖南路路幅寬40米，經(jīng)過細(xì)致的探測(cè)，查明了各個(gè)內(nèi)的各類地下管線，管線縱橫交錯(cuò)，主要有給水、排水、煤氣、電力、電信等五種管線，最大管徑為埋設(shè)在道路中間的DN800排水管，最大埋深為2米。根據(jù)設(shè)計(jì)文件和地下管線探測(cè)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘，導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)參數(shù)如下：管道埋深考慮主要排水管的影響，取管道最深點(diǎn)為h=5m；入土角取18°；頂管工作井水平距離為44米，進(jìn)過計(jì)算確定頂管長(zhǎng)度為45.6米。5、設(shè)備的選擇及施工過程回拖產(chǎn)品管線所需回拖力也就是管壁和孔壁之間摩擦力w，其由下式計(jì)算；w=[2p(1+ka)+p0]fL式中：w——管壁和孔壁之間摩擦力，KNp——土對(duì)每米管道壓力,KN/mka——主動(dòng)土壓力系數(shù)，一般取0.3p0——每米管道重量,KN/mf——管壁和孔壁之間摩擦系數(shù),02~0.6L——管道長(zhǎng)度，mka——主動(dòng)土壓力系數(shù)，一般取0.3ka——主動(dòng)土壓力系數(shù)，一般取0.3由上式可知，摩擦力主要取決于土對(duì)管道壓力p和摩擦系數(shù)f的大小。土對(duì)管道壓力主要與土層的性質(zhì)和導(dǎo)向孔的曲率有關(guān)。沙土的粘聚力小，對(duì)管道的壓力大，p一般按所敷管線直徑1~2倍高度土質(zhì)量計(jì)算；粘性土的粘聚力大，對(duì)管道壓力小，p一般按所敷管線直徑0.5~1倍高度土質(zhì)量計(jì)算。經(jīng)過計(jì)算，回拖力約為95.6KN，工程選用柳州產(chǎn)鉆神8030型導(dǎo)向鉆機(jī)，該鉆機(jī)回拖力F=300KN；安全系數(shù)K=300/95.6=3.14>2.0鉆神8030型導(dǎo)向鉆機(jī)參數(shù)表型號(hào)扭矩(N×m)回拖力(KN)重量（T）外形（長(zhǎng)×寬×高高）803010000300246.3×2.1××2.36、定向鉆機(jī)的施工工藝測(cè)量放線→修墊場(chǎng)地→三通一平→設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→組裝調(diào)試鉆機(jī)→調(diào)試控向系統(tǒng)→鉆導(dǎo)向孔→預(yù)擴(kuò)孔→管道回拖→設(shè)備離場(chǎng)→恢復(fù)地貌。6.1、導(dǎo)向孔施工采用射流輔助鉆進(jìn)方式，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)是通過定向鉆的高壓泥漿射流沖蝕破碎旋轉(zhuǎn)切削成孔的，以斜面鉆頭來控制鉆頭方向。鉆頭內(nèi)的發(fā)送器，發(fā)送鉆頭的位置、頂角、深度、鉆頭的溫度、面向角等參數(shù)，這些參數(shù)由地面接收，供操作人員能及時(shí)準(zhǔn)確確定鉆頭的具體位置、深度，并隨時(shí)通過鉆機(jī)調(diào)整鉆進(jìn)參數(shù)，以控制鉆頭按設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)。試鉆：各系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后試轉(zhuǎn)，鉆進(jìn)1-2根鉆桿后檢測(cè)各部位運(yùn)行情況，各種參數(shù)正常后按次序鉆進(jìn)。導(dǎo)向孔：導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)是整個(gè)定向鉆施工的關(guān)鍵，我們將采用水平定向鉆機(jī)進(jìn)行整個(gè)穿越工程的施工。每鉆完一根鉆桿要測(cè)量一次鉆頭的實(shí)際位置，以便及時(shí)調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計(jì)要求，如此反復(fù)，直到鉆頭在預(yù)定位置出土，完成整個(gè)導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。6.2、預(yù)擴(kuò)孔施工為成功的埋設(shè)管線，在導(dǎo)孔后將進(jìn)行一次預(yù)擴(kuò)孔施工，即采用包式擴(kuò)孔鉆頭分級(jí)擴(kuò)孔。在管件端將擴(kuò)孔器裝在導(dǎo)桿組的尾端，擴(kuò)孔器由鉆掘機(jī)組以旋轉(zhuǎn)方式沿已形成的導(dǎo)孔回拉，回拉時(shí)鉆掘液泵也會(huì)通過導(dǎo)桿提供鉆掘液給擴(kuò)孔器，擴(kuò)孔器會(huì)使用本身的噴嘴噴出鉆掘液，這些鉆掘液不但有潤(rùn)滑及暫時(shí)支撐已擴(kuò)大之孔效果，并會(huì)與擴(kuò)孔過程中所刮下土塊混合，一起擠出到兩端的泥漿坑。這些泥漿在管件端會(huì)被集中到泥漿池，在鉆掘機(jī)組端則會(huì)馬上被分離再回收利用，為確保鉆孔中隨時(shí)有導(dǎo)桿組，所以當(dāng)在鉆掘機(jī)組端取下一支導(dǎo)桿時(shí)，會(huì)由管件端在擴(kuò)孔器后面增加一支導(dǎo)桿。6.3、PE管連接PE管道最主要的連接方式是熱熔連接，加熱板溫度為210度，管端加熱時(shí)間為10分鐘，持壓時(shí)間30分鐘。施工時(shí)，由于環(huán)境溫度比較低，平均溫度5-8攝氏度，風(fēng)力4-5級(jí)。PE管道的焊接必須由經(jīng)過專門培訓(xùn)的焊工進(jìn)行操作，才能確保合適工作參數(shù)下其強(qiáng)度要求。另外在大風(fēng)的工作環(huán)境下，可能因冷卻加熱板，并導(dǎo)致不均勻溫度分布，故可能會(huì)對(duì)熔接質(zhì)量有致命的影響，當(dāng)塵土污染加熱板和管端也將會(huì)導(dǎo)致接頭壽命大為減少。6.4、預(yù)埋管回拉安裝回拖是定向穿越的最后一步，也是最為關(guān)鍵的一步，在回拖時(shí)采用的方式是：邊回轉(zhuǎn)邊回拖的方式。在回拖時(shí)進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，避免因停工造成回拖力增大；管線回拖前要仔細(xì)檢查各連接部位的牢固?；赝贤瓿珊笠勒赵O(shè)計(jì)圖紙依次安裝兩岸彎管、彎頭與直管段，并與主管線連接。7、總結(jié)本工程將主干道的明挖施工改為非開挖定向鉆方法施工，解決了開挖路面影響交通的問題，減少了與其他公用管線的沖突。實(shí)踐證明，定向穿越與其它任何一種施工方法相比，對(duì)環(huán)境的影響最小，能提供障礙物下管線覆蓋的深度最大，因此對(duì)管線的保護(hù)作用最大，維修費(fèi)用最