牵引管技术在大型河道管线穿越工程中的应用

-182-I工程设计丨Engineering Design(2019年第21期］
牵引管技术在大型河道管线穿越工程中的应用
杨兵
(南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏南京210049)
摘要：牵引管是市政工程中一种比较常用的管道敷设方式，用于穿越道路、河道等障碍物。

文章结合江苏某市雷公岛市政工程管道穿越夹江牵引管设计施工实例，分别对牵引管设计、施工以及牵引管注浆加固中出现的新方法进行详细阐述、总结，为类似工程提供了一种可行的结构设计、施工方法，可供借鉴。

关键词：牵引管；设计；施工；注浆
中图分类号：TU99文献标志码：A文章编号：2096-2789(2019)21-0182-02
牵引管即水平定向钻法管道，牵引管技术是市政工程中比较常用的一种管道敷设形式，常用于穿越大中型河道。

该方法采用水平定向钻机成孔，先在岸边开挖引导坑，然后钻机施工引导段，再平直段和引出段，经扩孔后回拖管道。

扩孔过程中一般需要泥浆护孔，完成后须灌浆填补空隙。

文章方案主要特点是牵引管技术穿越大中型河道，不需要在河道内施工，河道的通航完全不受影响，河道两侧的堤岸、护坡等水利设置不受影响，牵引管施工不受天气、水位、季节限制，施工周期短、所需人员少，施工安全。

1牵引管工程设计
1-1牵引管的设计要点
(1)牵引管穿越曲线设计：①钻孔类型和轨迹形式,
②确定入土点和出土点位置，③确定各项轨迹参数，包括入土角、出土角、圆弧过渡曲率半径、管道埋深、管道水平长度、实际用管长度等。

牵引管穿越曲线参数可按《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》(以下简称《规范一》)5.3.9式或《油气输送管道工程水平定向钻穿越设计规范》(以下简称《规范二》)8.0.7式计算
(2)牵引管回拖力设计计算：牵引管回拖力可按《规范一》5.4.2式或《规范二》10.1.1式计算。

牵引管回拖力主要由牵引管长度、管道外径、钢管与钻孔孔壁之间的摩擦系数、管道配重、泥浆黏滞系数这几大因素确定。

(3)牵引管管道内力设计计算：管道的环向应力、纵向应力、温度应力，通过管道施工工况、试压工况、运行工况这三种组合测定，由第三强度理论校核管道的应力。

(4)管道穿越河道埋深设计：管道穿越大型河道时，管道顶部最小设计覆土不宜小于设计洪水冲刷线和规划疏浚线以下6m叫
1.2牵引管技术在大型河道管线穿越工程中的优势比选
市政工程管道穿越大型河道一般都需要进行方案比选，穿越大型河道一般有如下几种实施方案a：钢板桩围堰开挖埋管方案；顶管过河方案；牵引管过河方案。

文章根据每种方案的特点，总结出了每种方案的优缺点，如表1所示，设计人员可结合现场情况提出选择合适的实施方案。

通过表1的对比，可以看出牵引管方案工程投资小，施工工序少，施工周期短。

如果工程地质条件和场地允许，牵引管技术在大型河道管线穿越工程中具有较多优点，可优先推荐釆用。

2工程实例
2.1工程简介
江苏某市雷公岛是位于该市的江心洲屿，全岛四面环长江，该岛将打造成高端休闲度假区，目前正处于开
表1市政工程管道穿越大型河道方案比选
方案优点缺点工程投资
1.施工过程较直观，质量相对容易控制，工程质量容易检测和控制
2.围堰施工工艺成熟可靠
3.质量可靠
4.建成后管道水力条件较好
1.工程量较大，需在枯水期进行施工，如遇洪水凤险较大
2.施工工期较长
-3..损坏江河两侧堤岸及河床结构较高4.围堰拆除污染河道，围堰施工需要大量土方，不符合大气骨
控等政策
1.施工面移入地下，河道通航不受任何影响，施工面占地相对较小
2.施工噪音低，且能跨越很宽的河流不影响水上交通，布置灵活
3.顶管施工工艺成熟可靠
4.顶管注浆技术成熟可靠，顶管过程中采用触变泥浆护璧能有效保障洞体稳定；顶管后釆用水泥浆管置出触变泥浆，能确保顶管管道与周边土层结合紧密，能截断地下水沿管璧的渗流通道，有效保障大堤安
1.施工工序多，施工周期长
2.工程造价很高
3.顶管工作井和接收井需要永久占地
4.工作井、接收井施工难度较大，对施工单位要求较高,
骨道质量廉于控制
5.建成后管道水力条件一般
1.没有水上、水下作业，不损坏堤坝，不受李节限制
2.建成后管道水力条件好
方案三 3.不损坏江河两侧堤岸及河床结构
4.施工安全性好、施工周期短、工程造价相对较低
5.牵引管下穿河道，对河道行洪没有影响
1.牵引钢管需要一次制作、一次成型，所需场地较大
2.如穿越长度较大，牵引管扩孔有一定风险，须由经验丰富及适中
现场控制设备、技术先进的单位来完成
作者简介：杨兵(1981—),男，硕士，高级工程师，研究方向:结构工程。

发建设之中。

目前岛上并无供电、供水、通信等相关的市政管线设施，影响雷公岛正常建设开发，亟需建设雷
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公岛过夹江段的市政管线。

雷公岛过夹江段管线工程向
西北斜穿长江，工程内容包含DN600管线2根、DN400
管线2根，单根管线长约900m。

由于工程管段长度长，
牵引力大，对管材要求高，工程全部釆用钢管。

4根牵
引管平行布置，管道水平间距为10m。

过长江段管顶最
小覆土厚度为15m«
2.2牵引管施工关键技术
(1)牵引管工程的主要施工节点：参数计算一测
量放线一管道安装一钻机安装调试一钻导向孔〜第一次
扩孔一第二次扩孔〜第三次扩孔f清孔f穿越管段回拖
就位一注浆〜地貌恢复。

(2)磁方位角测量：磁方位角是管道钻穿的最重
要控制数据，也是确保管道穿越曲线圆滑和正确的重要
保证。

通过在地表多点测量，然后将各组数据进行分析
对比，排除磁干扰而错误的数据，确定正确的磁方位角
数值[41o
(3)导向孔钻进：导向孔的钻进是整个定向钻的关键。

控向对穿越精度及工程质量至关重要，开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆和司钻要重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔。

钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，整个过程采用江面信标系统配合MGS系统进行准确跟踪定位，以确保岀土位置准确无误。

由于工程为长距离复杂地层穿越，直推式导向孔钻进将变得困难，需要使用泥浆马达进行导向孔钻进。

(4)扩孔：扩孔钻进应根据地层特点、工程规模、钻机能力、钻杆规格及扩孔器类型进行合理的设计。

工程穿越地层细沙，粉砂大量分布，应选用扭矩较大适合该土层的扩孔器。

第一次扩孔采用®300mm扩孔器进行预扩孔，第二次扩孔用©400mm扩孔器扩孔，第三次扩孔用®500mm扩孔器扩孔，第四次扩孔用0600mm扩孔器扩孔，第五次扩孔用750mm扩孔器扩孔。

扩孔时控制回拖速度，随着扩孔器的增大，转速降低，使扩孔器边沿线速度控制在一个合理的水平。

(5)管道回拖：扩孔孔径达到设计要求时，方可进行管道回拖(或回拉)。

回拖前应检查己焊接完成的管道，确保管道长度、焊缝、防腐等施工质量符合要求，管道回拖应连续进行。

工程采用管道一次制作，一次回拖。

回拖速度一般＜2.5m/mino回拖完成，应及时对钻孔及管道间隙进行注浆加固，以减少沉降变形
(6)泥浆配制：泥浆是牵引管施工的一项重要保证措施，在稳定差、渗透强的地层中水平定向钻施工的成败取决于泥浆的性能强弱。

泥浆的性能应根据地质条件来确定，通长以保持孔壁稳定、提高钻进效率为原则。

砂层、粉土层等稳定性不是很好的地层，渗透系数大，必须进行人工配制泥浆，并根据地层特点来确定泥浆的性能，以维护孔壁稳定，确保施工安全顺利。

2.3牵引管穿越提防防水关键技术
为防止牵引管施工后管壁外的泥浆空腔渗水及沉降，影响江堤安全，因此必须在牵引管施工完成后对江堤釆取防渗加固措施。

可采用高压旋喷桩及注浆的方式对大堤进行加固处理。

穿越大堤加固示意图如图1所示。

图1雷公岛大堤加固平面图
牵引管施工完成后对大堤釆用高压旋喷桩方式进行加固，高压旋喷桩形成一道垂直于管道的防渗墙，桩径600mm,搭接200mm,间距400mm。

高压喷射注浆的主要材料为水泥，宜釆用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥。

水泥用量约为200kg/m。

水泥浆液的水灰比根据地质条件确定，可取0.8〜1.5。

防渗处理段釆用袖阀管对管线两侧土体进行分层注浆加固。

钻孔轴线与定向钻钻进方向应平行，防渗钻孔距定向钻钻进轴线间距为lm,根据管线和大堤侧的土质特性，钻孔深度为6m。

注浆的浆液釆用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水胶比0.4-0.5,水玻璃掺量为水泥重量的2%〜5%,注浆压力为0.2〜0.5MPa,以上各项具体指标按照不同部位根据现场试灌的结果确定。

注浆加固时，间距不宜过大。

注浆结束后，应选择3处进行钻孔取芯，检验注浆的质量，如发现注浆加固质量有缺陷，则应进行补喷。

3结论与展望
牵引管施工方法在市政工程中已广泛应用，并不断呈现出大直径、长距离的趋势。

文章结合江苏某市雷公岛市政工程管道穿越长江夹江段牵引管设计施工实例，介绍了牵引管技术在大型河道管线穿越工程中应注意的主要问题和一些具体做法。

在该工程实施过程中，各技术环节均全面考虑，各项技术措施使用得当，该工程实施过程顺利，目前运行稳定，为类似工程提供了一种可行的结构设计方案，可供借鉴。

参考文献：
[11CECS382-2014,水平定向钻法管道穿越工程技术规程[S].
[2] SY/T6968-2013,油气输送管道工程水平定向钻穿越设计
规范[S]
[3] GB50268-200&给水排水管道工程施工及验收规范[S].
[4]范民权.浅谈非开挖管道工程设计和施工的关键技术[J].
特种结构，2011,28(4)
:83-84+54.。