浅谈定向钻牵引管在海底管道中的应用

林瑞润　翁晓波

【摘 要】本文以长峙岛至临城跨海污水管道工程作为工程实例，分析定向钻牵引管在短距离海底管道施工中的优势，供类似工程设计中参考。

【关键词】定向钻牵引管；海底管道

0.工程概况

长峙岛至临城跨海污水管道工程排污管道设计规模3.46万m3/d，根据《城市污水处理工程项目建设标准》（2001年），确定本工程属Ⅳ类建设规模类别。工程起始接入点位于长峙岛东部居住区马鞍村东侧东环一路的排污管网，管道沿东北向穿越长峙岛标准海塘，从海底横穿南水道和门口港水道，在临城万丈塘标准海塘登陆，接入临城污水管网。海底管线长1588.85m。

1.工程地质

a、根据《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》，工程区地震动峰值加速度<0.05g，地震动反应谱特征周期为0.65s（软弱场地），相应地震基本烈度Ⅵ度。

b、海域地层

①层淤泥质粘土灰色，饱和，流塑状，干强度中等，韧性中等，高灵敏度，高压缩性，轻微摇振反应，顶部灰黄色浮泥，层厚4.40～15.00m；②层粘土灰黄、黄褐、青灰色，饱和，可塑状，局部软塑状，干强度高，韧性好，具有较好的稳定性，对管道施工较为有利，层厚1.80～10.60m；③层粘土蓝灰色，饱和，可至硬塑状，干强度较高，韧性好，对管道施工较为有利，层厚5.20～5.20m。

2.海底管道施工工艺比选

海底管道主要有开挖式敷管施工和定向钻牵引管施工两种施工工艺。

长峙岛至临城跨海污水管道工程设计规模为3.46万m3/d，设计流量为0.4m3/s，工程海底管线长1588.85m，根据有关规范、规程要求，参照类似工程经验，排污管道的经济流速宜为1.2～2.4m/s，因此可选用单管dn710 和双管dn500布置。根据类似工程经验，采用dn710PE管单管敷设时，由于管径较大，宜用开挖式埋管敷设；采用dn500PE管双管敷设时，通过经济、技术、施工等综合比较，宜用定向钻牵引管施工。

2.1 dn500PE管双管定向钻牵引管施工方案

为避免大面积开挖，减少施工过程中对环境的影响，宜采用定向钻牵引管施工。定向钻牵引管入土点位置需平整出一块20m×15m的空地作为钻机场地，施工经过导向钻进、预扩孔、回拉铺管及管道接头等工序，完成管道敷设施工。根据已建类似工程经验，如"临城新区至小干污水厂排污管道工程"跨海段采用PE100dn630SDR13.6定向钻牵引管施工，牵引长度约600m，由于管道管径较大，管道在回拖过程中，所受的回拖力较大，出现管道拉裂情况，给施工造成很大的困难。根据定向钻穿越施工设计经验公式计算和已建类似工程情况，若采用PE100dn710SDR11管定向钻牵引穿越海底段，以目前的施工技术和设备很难完成长度750m以上的管道牵引。因此，本次设计定向钻牵引管管径采用PE100dn500SDR11管。

长峙岛～临城海底管线长为1588.85m，定向钻牵引管不能一次性穿越海底，须采取分段施工，自长峙岛和临城相向顶进，在蛇山岛北面草滩上进行管道对接，完成海底管道敷设。长峙岛和临城海底管道定向钻牵引管入土点分别位于长峙岛马鞍村盐田边上和临城万丈塘内侧，出土点位于蛇山岛北面草滩。长峙岛～蛇山海底管道长2×775.96m，蛇山～临城海底管道长2×762.89m，蛇山岛高滩对接段长2×50m。

海底排污管道定向钻牵引管工程土建施工方案投资为1328.41万元。

2.2 dn710PE管单管开挖式敷管施工方案

长峙岛～临城海底管道全程采用PE100dn710SDR17开挖式埋管敷设，破塘两处，分别为长峙岛海塘和临城万丈塘。

海底开挖式敷管按先开挖、后敷管、再回填的顺序施工。基槽开挖深度和底宽需满足埋管要求，开挖边坡为涂面自然坍塌形成，开挖泥土运至指定的倾倒区进行倾倒。PE管敷设时先在船上进行热熔连接，安装好配重块后注水沉放至基槽，沉管完成后进行回填。管顶覆土厚度不小于2.5m。

海底排污管道需进行配重设计，每延米长度管道配重块重量按下式计算。

F=

式中：F—抗浮安全系数，取1.2；

ΣG抗—管道、水体及配重块抗浮作用力之和（kg）；

ΣG抗—管道及配重块浮托力之和（kg）。

海水容重取10.3kN/m3，沉管时管道中考虑充有50%管道断面面积的水。经计算，海底和养殖塘段排污管道沿线布置铸铁配重块，每对铸铁配重块165kg，间距1.0m，共需铸铁配重块1590对，总重262t。

海底管道开挖式敷管施工方案工程土建投资1230.43万元。

2.3综合比选

上述两种施工方法在海底管道施工中均采用比较普遍，施工技术均较成熟。投资方面，开挖式敷管方案较定向钻顶管方案土建投资节省97.98万元；施工方面，定向钻顶管施工较开挖式敷管施工进度快，干扰小，对周边环境影响小。

本工程海底管道两处登陆点都建有海塘，管道需穿越海塘。管道穿越南水道和门口港，小型船只泊锚较多。为避免管槽海底施工开挖对周边构筑物、养殖产生不利影响，避免破塘施工，以降低政策处理难度，保护管道免受停泊船只抛锚影响，经综合技术经济分析比较，推荐穿越海底污水管道采用定向钻牵引管敷设的施工工艺，以确保管顶埋深，保护污水管道安全。

定向钻牵引管和开挖式敷管施工方案优缺点比较表

a、运用条件：定向钻牵引管适用于穿越海塘（基础采用爆炸挤淤置换法和桩基处理除外）和短距离的海底管道，开挖式敷管施工适用于水深25 m以上的海底施工。

b、施工条件：定向钻牵引管入土侧一般位于海塘内侧，海上风浪不影响管道施工，开挖式敷管施工受海上天气影响较大。

c、施工工期：定向钻牵引管施工工期较快，而开挖式敷管施工工期较长，受台风天气，还需弃管后进港避风。

3.结论

长峙岛至临城跨海污水管道工程采用定向钻牵引管施工具有投资省、施工进度快，施工安全等优点，故本工程海底施工采用定向钻牵引管施工方案。

【参考文献】

[1]水平定向钻进管线铺设工程技术规范（试行）2001.

[2]城市污水处理工程项目建设标准.

[3]室外排水设计规划（2011年版GB50014-2006）.

[4]城市排水工程规划规范（GB50318-2000）.