拉管技术在吹填工程中的应用

杨 涛,韩 超

(1.天津金磊建筑工程有限公司,天津 300450;2.中交一航局第四工程有限公司,天津 300450)

天津港东疆保税港区(二期)用地地基加固工程位于新港八号路 CK段以南、亚洲路与美洲路之间,长度约为 2680 m,宽度为 642 m。地基处理总面积约 171万 m2,工期仅 90天,吹填总方量约 540万 m3,工程量大,工期紧,任务重。根据地理位置可充分利用杂货码头深海区进行船舶停靠,又因施工地点与杂货码头之间有交通干道和绿化带,开挖施工将对公路的正常运行造成影响。该路段为进港的主要干道,车流量较大,重载车较多。且该绿化带下 1～4 m位置布置有多条原城市管线,若明挖施工将破坏原有管网系统。为保证原有管网系统及公路的正常运行,减小对交通的影响以及避免破坏绿化带,综合现场实际情况决定采取非开挖定向拉管技术,使管线穿越美洲路和绿化带,工程不受潮水影响,可以 24小时不间断施工,大大缩短吹砂的工期。

1 拉管设计方法

1.1 顶力计算

推力的理论计算：

式中,F为总推力,F1为迎面阻力,F2为顶进阻力。

式中,D为管外径,P为控制土压力。

式中：K0为静止土压力系数,一般取 0.55;H0为地面至掘进机中心的厚度,取最大值 4 m;V为土的湿重量,取1.9 t/m3。

式中：f为管外表面平均(根据顶进距离平均淤泥土)综合摩阻力,取 0.6 t/m2;D为管外径;L为顶距。

1.2 顶进工作坑设置

根据施工场地与顶进设备操作条件,在施工区两端各设置一个工作坑和接受坑,施工前在管道轴线两端20 m处各挖一个工作坑,东端井位接受坑尺寸为 4 m×6 m×1.5 m。西端工作坑考虑到回收泥浆,将尺寸扩大为 6 m×6 m×1.5 m。施工时钻机从西端工作坑处入钻,东端接受坑出土,将焊接好的管材从接受坑回拉入土到设计位置。

2 施工工艺

2.1 施工流程

施工流程如图1所示。

图1 施工流程图

2.2 放线与挖设

施工前,根据坐标用 GPS放出两端点位置,定出施工管道轴线。放出钻机场地控制线及设备摆放位置线,确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。在线位放出后,在管道两端外 20 m处,挖出工作坑。

2.3 钻孔、扩孔

1)测量控向参数。按操作规程标定控向参数,尽可能多测取参数并做好记录,进行对比,选择最佳参数值。

2)钻机试钻。各系统运转正常后试钻,钻进 1～2根钻杆后检测各部位运行情况,各种参数正常后按次序钻进。

3)钻导向孔。导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键,用 SANYI SDD355水平定向钻机进行本次穿越工程的施工。如图2所示。控向设备采用英国 Sharewell公司生产的 MGS定向系统,在整个穿越过程中采用地面信标系统(Tru-Trucker system)配合 MGS系统进行准确跟踪定位,确保出土位置准确无误、曲线平滑。

图2 钻导向孔示意图

4)预扩孔。为了整个穿越万无一失,整个预扩孔过程采用以下二级扩孔。第一级采用 12"切割刀 16"扩孔器进行第一次预扩孔;第二级采用 18"切割刀 18"扩孔器进行预扩孔。

图3 回扩示意图

2.4 管道回拖

回拖是定向穿越的最后一步,也是最为关键的一步,在回拖时采用的方式是：24"切割刀 18"扩孔器+100T回拖万向节+Φ355穿越管线。如图4。

图4 回拖示意图

2.5 泥浆控制

泥浆是定向穿越中的关键因素,针对不同的地层采用不同的泥浆,由于地质情况比较复杂,对泥浆的要求比较高,为克服对付这种不利因素,可采取以下措施。

1)水源就近取用自来水,在水罐中沉淀、过滤后配浆。

2)按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂,配出合乎要求的泥浆。

3)使用的泥浆添加剂有：降失水剂、提粘剂和防塌润滑剂等。所加添加剂采用进口的环保型添加剂,符合环保要求。

4)为了确保泥浆的性能,使膨润土有足够的水化时间,在用量不改变的情况下,采取增加泥浆储存罐的数量,在此工程中使用 1个配浆罐和 4个泥浆罐。

5)回流泥浆的处理：钻机场地和管线组装场地泥浆通过泥浆泵回收后,再经过泥浆回收系统回收再使用。

6)泥浆在各个阶段所起的作用如下：钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外,同时维持孔壁的稳定,减少推进阻力;预扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁效果,防止地层坍塌,提高泥浆携带能力;扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力;同时还有很好的润滑能力,减少摩阻和扭矩。

7)粘土层容易水化膨胀,引起缩径卡钻的潜在危险。针对该层,泥浆的失水性能是关键。因此,在提高粘度的同时加入定量的改性淀粉来控制失水。

8)砂层成孔性差,易沉砂。应在泥浆中加入正电胶,形成一种“液体套管”。

3 结论

在东疆港的施工中,第一次引入拉管吹砂技术,相对于开槽埋管更具有优越性,实践表明,在特殊地理位置采用拉管法布设吹砂管线的施工方法是可行的,使工期得到了保证。

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[2]颜纯文,D.Stein.非开挖地下管线施工技术及其应用 [M].北京：地震出版社,1999.

[3]袁丁.广州大学城某市政排污工程施工方案技术分析[J].广东土木与建筑,2005,(8).

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