非开挖水平定向钻机拉管相关施工技术探讨

非开挖水平定向钻机拉管相关施工技术探讨

李世民1陈学军2唐伟1

(1.徐州市国家南水北调工程建设领导小组办公室，江苏 徐州221000；

2.徐州市水利建筑设计研究院，江苏 徐州221000)

【摘要】非开挖技术施工对减少和控制河道、堤防、道路等管线重复开挖，改善现场作业环境、加快施工速度、节约工程投资、加快水利发展具有重要意义。本文结合南水北调丰县沛县尾水资源化利用及导流工程——大沙河拉管工程，探讨非开挖水平定向钻施工技术及其应用前景。

【关键词】定向钻机；拉管技术；管线回拖

中图分类号：TV554

Discussion on related construction technology of trenchless horizontal

directional drill tubing

LI Shimin1, CHEN Xuejun2, TANG Wei1

(1.XuzhouNationalSouth-to-northWaterDiversionProjectConstructionLeadingGroupOffice,Xuzhou221000,China;

2.XuzhouWaterConservancyConstructionDesignandResearchInstitute,Xuzhou221000,China)

Abstract:Trenchless technology construction has important significance for reducing and controlling repeated excavation on river channel, embankment, road and other pipelines, improving site working environment, accelerating construction speed, saving project investment, and accelerating the development of water conservancy. In the paper, trenchless horizontal directional drill construction technology and its application prospect are discussed combining with South-to-North water diversion Fengxian County and Peixian County tail water resources utilization and diversion project—Dasha River Tubing Project.

Key words: directional drill; tubing technology; pipeline back dragging

南水北调丰县沛县尾水资源化利用及导流工程大沙河拉管工程，位于沛县境内桩号P9+000处，根据工程设计，资源化利用工程需要穿越大沙河，大沙河滩面高程35.50m，河底高程30.78m，河底宽40m，坡比为1∶4，设计管道直径为500mm，管道中心高程25.53m。由于该段河道断面较大，如采用大开挖埋管施工，堤防拆填、降排水、围堰填筑工作量较大，投资较高，开挖占地多，拆迁难度大，因此，经过综合经济对比分析，采用非开挖水平定向钻、引施工技术。

1施工技术准备

1.1施工准备

a.组织进行技术交底。工程开工前，业主组织技术人员进行图纸会审，参加业主组织的设计技术交底。对所有参建职工进行QHSE教育及培训，对全体员工进行技术交底。根据《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB 50268—2008)，焊工及补口人员通过监理组织的考试合格后方准上岗。针对定向钻穿越工程施工特点，做好各项准备工作，并按监理批准的施工组织设计组织施工。

b.筹备工程使用设备。工程开工前，对该工程所需的机械设备进行维护、保养、购置，有计划地运抵施工现场。

c.核对进场所用材料。熟悉穿越施工图和穿越河流的地质资料。按图纸要求，核对工程需用的各种材料，对号准确率达到100%后，将工程所用材料运至施工现场。

d.勘察穿越处障碍物。开工前，采取调研、走访、调查、探测等手段，详细了解穿越处地下障碍物分布情况，制定相应措施方案，施工中注意避让地下障碍物，以免破坏地下障碍物。

1.2测量放线

施工项目部技术人员，依据穿越施工平面图、设计控制桩、标桩高程，采用全站仪对实地穿越工程进行测量放线。 测定管道穿越的入土点、出土点，根据入土点钻机设备平面布置图，划出占地边界线及出土点回拖管线焊接所需作业带的占地边线，并在边线撒灰标注。当需要穿越地下障碍物或其他隐蔽工程时，在穿越范围两端做出明显标志。测量放线完成后填写测量放线记录表及测量成果表。在放线过程中，当发现需要调整穿越位置时应及时向业主、监理、设计汇报。

1.3布管工序流程

按照“准备工作→布管作业→布管顺序检验→填写布管检查记录→下道工序→布管准备”等工作流程，进行布管施工作业。

为保证安全和保护管口，当采用管端形式吊管时，要采用专用吊杠和尾钓，以保证钢丝绳与管子夹角大于30°。

2定向钻穿越工程阻力计算

该工程采用定向钻工艺施工，具有埋深满足设计要求、施工工期短、质量好等优点。定向钻穿越河流方案成功与否的关键在于钻导向孔方向、扩孔尺寸、回拖管道路经等的正确性、合理性。

2.1穿越主管道主要参数

穿越主管道主要参数见下表。

大沙河拉管工程相关参数

2.2拉管摩擦阻力

拉管摩擦阻力计算公式为

式中Fm——摩擦阻力,kN；

f——泥浆摩擦系数，一般为0.2～0.6；

Ls——穿越管材直线段长度,m；

W——管道单位长度内所受压力,kN/m2;

D——穿越管材的管道外径，m；

d——穿越管材的管道内径，m；

δ——穿越管材的管道壁厚，m；

γs——管道材料重度，该工程为钢管，取77kN/m3；

γ1——泥浆重度，该工程取12kN/m3。

经计算，Fm=22.39~67.17kN。

2.3泥浆黏滞力

泥浆黏滞力计算公式为

式中Fn——泥浆黏滞力,kN；

D——穿越管材的管道外径,m；

L——穿越管材总长度,m；

K——黏滞系数，一般为0.01～0.1kN/m2，该工程埋深较浅，取0.03。

经计算，Fn=12.84kN。

2.4弯曲阻力

弯曲阻力计算公式为

式中Fc——弯曲阻力,kN；

Lθ——弯曲段弧长；

其余符号意义同前。

经计算，入土段Fc入=29.03~91.60kN；出土段Fc出=30.64~98.16kN。

2.5扩孔钻头迎面阻力

扩孔钻头迎面阻力计算公式为

式中Fy—— 扩孔钻头迎面阻力；

Dk——扩孔钻头外径，该工程为0.6m；

Ra——迎面土挤压力，kN/m2，在护孔泥浆中，黏性土为50~60kN/m2，砂性土为80～100kN/m，该工程取60kN/m2。

经计算，Fy=16.96kN。

根据上述计算得

综合计算分析，得出最大非开挖拉管阻力为286.67kN，未超出钻机实际最大拉管阻力范围。

3定向钻进施工

3.1测量放线

用全站仪重新复核设计控制桩及穿越中心线。穿越入土侧钻机场地占地面积40m×30m(不包括泥浆池)；穿越出土侧预扩孔作业场地30m×30m(不包括泥浆池)。出入钻点全部硬化。

3.2场地修筑

对出、入土场地进行排水、平整和压实。在穿越入土、出土侧各修建一个长30m、宽20m、深2m的挖泥浆池。然后，按照长5m、宽7m、深2.10m规格挖钻机地锚坑，底部加500mm碎石垫层夯实。

3.3设备组装调试

将钻机主机就位，并与地锚箱连接好，同时，就位钻机配套的动力源、泥浆系统、控向室、钻杆、辅助动力源、工具房等；连接好各种液压管线、泥浆管线及控制电缆等；全部组装完毕，经仔细检查确认后，设备进行试运转，调试钻机系统，认真观察各表盘指示及各操作手柄是否正常；调、校控向系统，将测量数据存储在计算机内；调试泥浆系统。

3.4钻导向孔

钻导向孔的钻具组合为牙轮钻头+造斜短接钻杆。控向仪表单元总承装在钻铤内并紧固；控制好每根钻杆的斜度和深度值，每3m记录一次导向数据，与设计曲线坐标对比，减小偏差；导向孔钻进按照行业规范达到精度目标，导向孔曲线的上下偏差为±0.5m，横向偏差为±3m，出土点沿设计曲线的纵向偏差为±3m；横向偏差为±3m；导向孔钻进过程中，必要时使用有线控向系统，钻杆内连接的信号线将钻具的位置反馈到控向室便于控向员、司钻手随时掌握方向。

3.5扩孔

完成导向孔钻进工作后，根据穿越管径工程实际情况和水平定向钻穿越施工技术要求进行分级预扩孔，DN500管线分φ400、φ500、φ600、φ700四级扩孔。

4管线回拖

4.1回拖前准备

穿越管段预制完成后，在管端焊上回拖头，同时，沿管线中线挖发送沟或架设管道发送架。按设计和规范要求对管线检漏，按规范规定的检漏电压检漏，以不击穿为合格，管线下沟、入土前及回拖过程中设专人仔细检查处理(管线检漏时，对每条焊接缝均进行超声波检查，对不合格部位及时进行补焊并防腐)。

为减小回拖力，保证钻机的回拖，该工程回拖前采取管线下方垫膨润土的措施，以减少摩擦力；当预制管线地段平坦时，采用发送沟方法回拖管段，发送沟内不得有石块、树根和硬物。

管线和钻具的连接：钻杆+650扩孔器+旋转接头+U型环+成品管线。

4.2管线回拖

一切准备工作就绪后开始回拖，回拖时应一气呵成，中间不得停顿，直至成品管线在钻机侧出土为止(见下图)。完成穿越后对设备进行清洗、调整，并撤离施工现场。

管线回拖图

5结语

拉管施工技术的发展，为管道施工开辟了新的思路，尤其是穿越河床、道路等地下管道工程施工。但目前，拉管施工技术的许多方法、措施还处于实践阶段，要求一线工程技术人员不断总结经验，将拉管施工技术逐步推向成熟。

全球环境基金(GEF)中国小水电增效扩容增值项目准备启动会在杭召开

3月17—18日，全球环境基金(GEF)中国小水电增效扩容增值项目准备启动会在国际小水电中心召开，联合国工业发展组织(UNIDO)可再生能源处处长迭戈·马赛拉先生、水利部水电局付自龙处长和张学进副处长、国际专家古宁女士以及来自浙江省、安徽省水利厅相关领导专家和电站、企业代表出席。会议由国际小水电中心刘恒主任主持。

2014年10月由联合国工发组织与水利部共同申报的“中国小水电增效扩容增值项目”概念书通过GEF理事会批准，该项目进入准备阶段。本次项目准备启动会的目的是讨论部署项目准备阶段的各项工作内容、工作方法和具体计划安排。

会上，马赛拉先生首先介绍了全球环境基金的理念以及申报GEF项目情况，国际专家古宁女士具体介绍了GEF项目的要求、目标、项目活动、预期成果以及工作计划。随后，水利部付自龙处长和张学进副处长分别介绍了中国目前正在实施的农村水电增效扩容改造和绿色小水电试评价等工作进展。会议中专家讨论热烈，就项目建议书的编制、项目准备的路线图以及试点电站原则等进行了讨论，制定了下一步工作计划和路线图。

3月19—20日，马赛拉先生和古宁女士一行在浙江省水电管理中心等相关人员陪同下，赴浙江丽水实地参观考察已改造的雅溪一级电站和未经改造的雅溪二级电站，以及浙江第一座小水电站——太平电站。雅溪一级电站始建于20世纪70年代初，位于瓯江水系干流小安溪支流上游，以发电为主，兼有防洪、水产养殖和电站减水河段环境生态用水等综合利用功能。但由于投产年限已久，原机电设备技术落后，效率和自动化程度低，安全隐患较多，于2006年实施了报废重建，2007年4月新机组并网发电。重建后总装机容量由原来的4×1600千瓦增至4×1800千瓦。整个改造项目投资预算为1722万元人民币，其中70%来自于世行贷款。改造后除装机容量增加800千瓦外，年均发电量由原来的1600万度增长至2000万度，电价提高，运行维护成本降低，机组自动化程度提高，运行安全稳定，运行状况良好，整个厂区环境也得到了改善，成为增效扩容改造的典范。

项目启动会前的3月13日，马赛拉先生和联合国工发组织北京代表处项目官员马健先生访问了水利部，水电局刘仲民副局长、国科司吴浓娣处长等与其就项目准备启动会和示范电站选择等有关问题深入交换了意见，双方希望通过今年的共同努力，为明年项目正式实施打下良好的基础。

来自：国际小水电中心2015年4月22日

http://www.icshp.org/dispArticle.Asp?ID=1226