牵引管施工及常见问题的预防与处理

张晓鹏，王 雷

（1.山东水务众兴建设发展有限公司，山东 济南 250014；2.山东水利工程总公司，山东 济南 250014）

某市城市污水管网、泵站及城市防汛应急治理工程采用BT模式由山东水务众兴建设发展有限公司负责融资投资建设，工程内容包括75 km的污水管网、2座污水提升泵站及城市防汛应急工程等，工程总投资1.3亿元，其中建安投资7 500万元。本项目污水管网铺设采用了直埋式、顶管法和牵引管法施工，基本综合了市政管网施工常见的施工方法。本文主要介绍牵引管法施工方法及常见问题的预防与处理。本工程中牵引管采用PE管接头熔接形式，管径D400～600 mm，总长度5.8 km。由于该处地下水位较高，管线轴线位于道路两侧的绿化带内且地面已附着各种树木，采用此法可不用降排地下水和破坏地面附着物，能充分体现其优越性；其次该处设计管径为D600PE管，是本工程牵引管施工中管径最大的，具有代表性；第三此处地质情况比较简单，主要是粉质黏土，适合牵引管法施工，所以选用此段进行施工。

1 牵引管法施工原理

牵引管法也称水平导向钻进法，适用于地面有障碍物、地下有管线不宜开挖等情况，其施工原理是：依据设计图纸和地勘报告，计算符合设计要求并能满足设备运行的钻孔轴线，必要时也可在管线轴线上设置工作坑，用装有特制钻头的钻杆直接从地面或从工作坑钻入，地面仪器接收安装在钻头内的传感器探寻到的信息，通过操作平台上的仪器控制钻头按照预先指定的方向绕过地下障碍物直达目的地，然后卸下特制钻头换上回程扩孔钻头，使其能在回拖钻杆的同时将钻孔扩大至设计直径，并将铺设的管线回拖至钻孔入口处完成整个管道的铺设工作。

2 施工过程

1）准备工作。准备阶段工作非常重要，必须高度重视。如准备不充分，很容易埋下质量和安全隐患。因此，施工前一定要摸清施工范围内是否有电缆、煤气及热力管道等市政管线，减少施工过程中质量和安全事故的发生，确保施工顺利进行。

2）管线轴线放样。根据设计图纸，对拟施工管道进行轴线放样，并根据地勘报告，确定一次牵引管道长度，并计算牵引法施工中的两个重要轨迹参数——导向段L（或称曲线段）距离和钻杆入射角α。参照《水平定向钻进管线铺设工程技术规范（试行）》及类似工程施工经验和经验公式，本段牵引管轨迹参数计算如下：

（1）导向段距离L：

L＝[h×(2R-h)]0.5＝9.96 m，本段工程导向段取 10 m。

式中：h为管道埋深，本段地面平均标高51.5 m，管道埋深4 m；R为导向段曲率半径，取决于钻杆的弯曲强度，经验数据不小于1 200 d。

（2）钻杆入射角 α：

通过对施工过程的观察和施工质量的检查，上述参数基本能满足施工要求。

3）导向孔。导向孔施工质量的好坏直接影响到管线的质量，必须对其质量严格控制。导向孔采用特制的楔形钻头进行钻进，钻进过程中向孔内不间断地注入预先配制的泥浆 （膨润土或黏土和水根据地层情况配制，泥浆具有护壁、润滑等作用），钻压通过操作平台上的液压系统在钻杆尾部施加。

4）扩孔。导向孔施工完毕后，将钻头卸下，根据地质地层情况，换上比导向孔直径大1.2~1.5倍扩孔钻头，然后将钻头旋转回拖，达到扩孔的目的。若一次扩孔未达到设计要求，可重复上述过程。

5）回拖PE管。钻孔完成后，将预先熔接好的PE管材制作成需要的长度，将管道的一端与钻头相连，将其拖入施工完毕的孔洞中，启动设备对管道进行回拖，直至孔洞的起始位置，即完成了埋管工序。

6）闭水试验。管道施工完毕后按照规范要求进行闭水试验，检查管道的密闭性，对闭水试验合格的管道进行外部注浆填充。

7）施工设备。本工程采用配有导向控制仪的国产DDW-350型钻机，辅助设备有泥浆搅拌机和注浆泵，可快速制备和注入钻进过程中所需的各种比重泥浆。该套设备具有运行稳定、施工质量可靠、施工速度快、造价低廉、占用场地少、噪声小等优点。

3 施工过程中常见问题的预防与处理

3.1 轨迹设计

轨迹设计是牵引管法施工过程中必须重点控制的工序，合理设计轨迹对保证施工质量、降低难度、加快进度和提高工程效益起着决定性的作用。如果为了缩短钻进距离和降低施工难度，可以均将导向段、出土段设计为曲线段，但实际情况不允许将导向段或者出土段做成曲线段，可以在导向段起始处做一深度与拟铺设管道底部标高相当的工作坑，将设备置于坑内直接水平牵引管道。这种方式虽然解决了上述问题，但带来的问题是设备需要起吊在坑内作业，地下水位高时还需要降排地下水，需要特别注意的是如果地层地质情况较差，工作坑要进行边坡支护处理，以保证施工过程中人员和设备的安全。

3.2 减少回拖管线阻力

回拖管线过程中阻力来自三个方面：1）管道在孔内的摩擦力；2）PE管为软管，在回拖过程中尤其在导向孔段管道易产生弹性变形，对孔壁产生一个附加的阻力；3）回拖过程中堆积在管道端部泥渣产生的阻力，而且这种阻力随着回拖管道长度的增大而增加。为解决这个问题，可采取如下措施：1）用一个比铺设管道直径略小的排渣管将孔内的沉渣清理一遍，可以降低回拖阻力；2）如果在黏土地层钻孔，孔内泥浆比重必然会很大，回拖阻力也就大，此时可采用开口托管，降低回拖阻力，铺设完毕再用水冲洗管道。

3.3 钻孔时出现卡钻现象

卡钻是施工中比较常见的孔内事故，孔壁泥皮过厚、孔内泥浆比重过大、地层地质情况突变等因素都可以导致卡钻事故的发生。此类事故多以预防为主，主要措施有：1）保持泥浆性能良好、均匀、稳定，孔壁泥皮要薄而致密；2）必要时加入润滑剂，提高泥浆和泥皮的润滑性，降低摩擦系数；3）控制泥浆比重，清除泥浆中如沙等有害物质，依据类似工程施工经验，泥浆含沙量不宜超过0.5%。

3.4 钻头脱落和钻杆折断问题

钻头脱落和钻杆折断是施工过程中常见的孔内事故，多为孔内地质情况复杂、回转阻力大以及人员操作不当等多种原因引起。出现如下情况可断定钻头脱落和钻杆折断：1）钻进时扭力或回拖力突然降低；2）泵压明显下降；3）探测仪器接收信号无明显变化或信号消失。解决此类问题以预防为主，施工作业时则可减少此类事故的发生，可采取的预防措施有：1）孔内泥浆比重要根据地质情况及时调整，避免比重过大，减少钻进阻力；2）钻杆加杆时及时检查钻具磨损弯曲情况，出现问题及时更换；3）施工时要掌握操作要领，钻进及扩孔时扭力或回拖力要保持适中，随着钻孔深度及地层变化及时调整；4）钻具和其后部的钻杆宜采用刚性连接方式，以便钻具损坏后能顺利退出孔外。

本项目至工程结束时，未发生一起卡钻、钻头脱落和钻杆折断等施工事故，看似有些“运气”，但总结得之，施工前的缜密准备和施工过程中的精心管理以及采取的“预防为主，控防结合”的控制措施起到了非常重要的作用。如在施工区域内钻进、回拖时对有可能产生类似情况的地层预先采取控制进尺速度、加强观察泵压变化、记录分析施工数据、根据泥浆比重及泥浆中携带出孔的沉渣判断地质变化情况并主动调整泥浆性能等技术措施；为有效避免因人员操作不当造成上述施工事故，采取岗前培训、班前设备状况检查及建立交接班管理制度等组织管理措施都为降低事故发生起到了关键性的作用。

4 结语

本文是根据该工程施工过程中取得的施工经验完成的，因项目工期紧，时间仓促，没有对具体地层适合何种配比的泥浆比重以及对施工质量和施工安全比较有利、何种地层该用何种钻压、何种转速对钻进或回拖管道比较有利等进行详细的分析研究，略显不足，需在以后工作中不断的完善，以便更好地发挥该技术在城市管网建设中的优越性。