水平定向钻进拉管施工工法

水平定向钻进拉管施工工法

工法编号：FJGFEJ14-2011

1 前言

随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国地下管线的需求量也在逐年增加。加之现代文明意识和环保意识的逐渐加强，开挖路面进行地下管线施工导至的社会问题、交通问题和环境污染问题已越来越受到人们的关注，城市限制开挖施工的法规将陆续出台。非开挖技术地下管线施工具有不污染环境，不影响交通，施工周期短，综合成本低等优点。在地下管线施工中获得广泛应用。作为非开挖技术之一的水平定向钻进拉管施工，近几年来取得长足发展，在城市地下管网施工中得到越来越多的应用。在福建省泉州晋江市乌边港截污管道工程等地下管网施工中，采用该工法取得明显的社会和经济效益。

2 特点

2.0.1施工工艺简单，可操作性强，容易组织实施；通过对现场勘察，设计好穿越线路，连接钻头和管道，钻机就位，即可开始施工。

2.0.2不污染环境，不影响交通，对地层地面破坏小，能满足城市地下管网施工高环保的要求。

2.0.3成本低，社会效益与经济效益显著，可减少开挖行政审批，便于施工组织，综合成本低。

2.0.4安全性好，由于采用拉管施工，施工人员操作均在地面上进行，避免了深基坑作业等不良施工条件的影响，提高安全系数。

2.0.5管道连接质量好，因管道连接均在地面上进行，单段管道连接合格后一次拉管铺成，提高了管道连接质量。

2.0.6施工周期短，与传统“挖槽埋管法”相比，大大缩短了施工周期，无须运输和堆放土，只须运输少量泥浆。

3 适用范围

3.0.1本工法适用于市政给水排水施工。

3.0.2本工法是一种非开挖铺管技术，适用于穿越河流、湖泊、建筑等障碍的管道铺设以及不适合开挖的城市市政地下管网施工。

3.0.3适用于不含大卵石的各种地层，包括含水地层，不适用于砾石层，一般用于软土层。

3.0.4适用管材为钢管和PE管，管径为200—1200mm，管线长最大可达1500m。

3.0.5因受到探测器的探测深度限制，导向钻进深度最大15m。

4 工艺原理

定向钻进拉管技术是利用定向钻机、导向钻头和导向仪等施工设备，按照设计的钻孔轨迹(一般近似弧形)，采用定向钻进技术先施工一个近似水平的先导孔，待先导孔钻头在被穿越障碍物（河流、公路）的另一侧露出后，卸下导向钻头换上大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺管线，然后进行反向扩孔，同时将待铺设管线拉入钻孔。有时根据钻机的能力和待铺设管线的直径大小可先专门进行一次或多次扩孔后再回拉管线，等全部的钻杆被拉回时，铺管工作同时完成。如图4

图4 工艺原理图

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

水平定向钻进拉管施工工艺流程见图5.1

图5.1 水平定向钻进拉管施工工艺流程图

5.2 操作要点

5.2.1施工准备

1应取得管线工程平面图和相应施工图纸。

2既有管线和地下管网图。

3相关技术规范。

4设计单位的技术交底。

5.2.2现场勘察

1根据有关部门提供的审批内容，对管线工程周围的地形进行测量，按施工要求初步定

出钻孔中线和地表走向；测量中心线高程，并根据要求的铺管深度初步确定导向孔的倾斜长度和入土点位置、铺管长度、下管位置，还应考虑施工用的钻机、泵站及卸管用吊车等设备布置所占用的场地和空间。

2 穿越河底的铺管工程应测量河道周围的地形地貌，河床底部形态和水位情况，穿越公路的铺管工程应考虑车辆往来情况，确保施工安全。

3 现有地下管线探测应不小于穿越路线两侧5m ，并查明现有地下管线的性质类型及所在的空间位置，可采用管线探测仪进行探测，为管线铺设轨迹设计提供参考数据，以便导向孔设计时避开这些设施，并保持一定安全距离。 5.2.3 导向孔轨迹施工设计

1 确定钻孔类型和钻孔轨迹的形式：钻孔类型和钻孔轨迹形式取决于拟铺设管线材料的性质和铺设要求、钻孔地质条件、施工单位设备的性能、现有地下管线的分布、地上地下障碍物的分布、水域覆盖面积和深度、施工安全性和经济性等条件。

2 确定出入土点和造斜段：出入土点是钻头始钻和出土的位置；造斜段是指同一孔身中由直线段变为曲线段的地段，造斜段宜选择在较硬土层中的孔段，同时要使后续轨迹避开现有管线和地下障碍物。如图5.2.3-3

3 确定钻孔孔身轨迹参数：参数包括各孔段的长度，各孔段起点和各点的倾角，采用计算法比较准确。

1）导向孔轨迹一般由三段组成，第一造斜段、直线段和第二造斜段,直线段是管线穿越障碍物的实际长度，第一造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二斜段是钻杆出露地表的过渡段。如图5.2.3-3

图5.2.3-3

2）计算公式： L 1=)2(1h R h -

1α=2arctg

h

R h

-12

（入土点）

段轨迹变化点）

C （直线段和第二曲线

段轨迹变化点

L 2

L

1

第二造斜段

第一造斜段

直线段

L 2=)2(2h R h -

2α=2arctg

h

R h

-22

式中 h —铺管m

L —定向钻铺管水平长度

R 1—第一造斜段曲率半径，由钻杆曲半径决定，一般为R 1≧1200d(钻杆直径mm) R 2—第二造斜段曲率半径，由待铺设管线允许弯曲半径决定，一般为R 2≧1200d(待

铺设管线直径mm)

1α—入土倾角 2α—出土倾角

2）由计算法得出各参数后，还应考虑其它因素对入口倾角和出口倾角的限制，其中钻机倾角可调节范围是限制入口倾角的主要因素，一般可在100

—450

之间调节，出口倾角对于PE 管一般控制在00

—300

，对于小口径钢管控制在00

—150

以内，大口径管材一般用下管工作坑来代替第二造斜段。

5.2.4 回拉力计算：水平定向钻进回拉力计算是一个关键,直接关系到钻机与管材的选型，正确估算回拉力至关重要。

估算公式

F=()DL K D d Lf πδδπ+⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡--112 γ4D 式中：F —计算的拉力（T ）

L —穿越长度（m ） F —摩擦系数0.1～0.3 D —生产管直径（m ）

γ—泥浆密度（T/m 3）

1δ—生产管壁厚（m ）

K —粘滞系数（0.01～0.03）

定向钻机选择宜根据上式计算值1.5～3倍来选择 5.2.5 定向钻机选择

1 根据已经计算出的回拉力等参数选择水平定向钻进铺管钻机，回拉力是其主要参数，它们是根据工程大小要求选择钻机的重要依据；回拉力20T 以下为小型钻机，20～45T 为中型钻机45T 以上为大型钻机。

2 钻头是钻进的重要工具之一，对于不同土层须采用不同种类的钻头。