国内最大直径DN1200PE拖拉管工程施工应用

汪永兴

（上海市市政工程建设发展有限公司，上海市200120）

1 概述

1.1 工程概况

武宁路给水管排管（北石路过桃浦河）非开挖铺设DN 1200HDPE管，该工程位于北石路南侧、桃浦河、兰溪路（见图1）。据设计，拟沿北石路南侧穿越桃浦河、兰溪路进行水平定向穿越铺设DN 1200HDPE管一段，穿越长度为384 m。

据收集到的资料，桃浦河规划河宽为20 m，规划河床底部高程为-1.0 m，设计两岸有驳岸桩，驳岸桩桩底高程为-5.0 m。该工程设计穿越深度为吴淞高程-10 m，西侧入土点距桃浦河西侧桥头130.5 m，东侧出土点距桃浦河东侧桥头237 m。在桃浦河下的穿越深度为吴淞高程-10 m[1-4]。

1.2 地质条件

根据地质勘察报告，该工程施工区域由上至下土层类型为：

①1-1杂填土、①2浜填土、②1褐黄～灰黄色粉质黏土；②3-1灰色黏质粉土夹淤泥质粉质黏土；②3-2灰色砂质粉土；③灰色淤泥质粉质黏土；④灰色淤泥质黏土；⑤1-1灰色黏土、⑤1-2灰色粉质黏土；⑤3灰色粉质黏土；⑤4灰绿色粉质黏土；⑥暗绿～草黄色粉质黏土；⑦1草黄～灰黄色粉砂；⑦2灰黄～灰色粉砂；⑧1灰色粉质黏土；⑧1t灰色粉砂；⑧2-1灰色粉质黏土夹粉土；⑧2-2灰色砂质粉土夹粉质黏土；⑧2-3灰色粉质黏土夹粉土；⑨1青灰色粉砂。上述土层②、③、④、⑤层为全新世Q4沉积物，⑥、⑦、⑧、⑨层为上更新世Q3沉积物。

工程地质情况详见图2基坑地质纵剖面图。

1.3 施工工艺选择

该项目DN 1200上水管原方案考虑采用桥管形式穿越桃浦河，2018年4月，上海市岩土地质研究院有限公司完成了武宁路DN 1200（北石路—桃浦）给水管桥管工程的勘察工作。最终由于老城区征地拆迁难度大及武宁路下管线众多等问题，管桥基础桩基无法施工，从而改为非开挖拖拉管穿越。

2018年8 月，项目建设单位组织施工单位完成了DN 1200上水管非开挖穿越河道主要施工方案编制，并组织专家进行方案评审。

2 施工工艺介绍

2.1 施工工艺流程（见图3）

2.2 施工前准备工作

在穿越施工前，根据设计资料，应测量放线定出穿越轨迹和两侧工作坑位置，并用油漆标出管道轴线位置，在轴线上每间隔3 m做好原地面标高标记，以便导向施工时精确控制高程。

在两侧工作坑附近采用人工开挖样沟之后，再使用挖机开挖工作坑。钻机就位后，附属设备围绕钻机放置，设备占地面积50 m×5 m。入土坑及出土坑均采用20槽钢围护，槽钢长度为6 m。

2.3 管道布置、组装焊接

据现场踏勘，拟在兰溪路东侧组装焊管。为了防止管道表面受损，管道布置和焊接在其下面垫上专用的地滑轮。

图1 DN1200上水管非开挖铺设平剖面图

图2 地质纵剖面图

图3 施工工艺流程图

PE管的焊接采用热熔对接技术，管材经相应机具切削、加热，使PE管断面熔化，在一定的压力作用下，使熔化表面接触，且在焊接过程中形成双环焊缝，形成加强圈，其焊缝强度可超过本体。

焊接的操作步骤如下：

（1）按塑管特性设定熔接温度；

（2）启动电源，对电热板加热，当温度上升到设定点时，会自动把调温范围控制在设定点±3℃以内；

（3）将对接塑管放入对接架，并固定好，此时油缸位置在最左端，两管口间距应以能放入铣刀盘且铣削后又能对接为准；

（4）插入铣刀盘并固定好。先启动铣刀盘，然后启动动力源油泵，逐渐进入切削状态，最终达到两端面铣平的目的（铣削时的油压不大于3 MPa）；

（5）取出铣刀推进活动架，检查两管面是否吻接，如有高低偏差，需高速夹具进行校正并重复（4）、（5）动作，直到满意为止；

（6）退回油缸，取出铣刀盘，换入电热板；

（7）再次启动油泵，推进管道于电热板两面，稍稍加压，当电热板二侧管端熔出合适熔缝时，停止进给动作，继续加热，待达到加热时间总和后，迅速退回活动架取出电热板；

（8）一旦电热板取出，应迅速合拢对接，并加大压力，直至接口有适当的翻边，一般情况下，翻边的宽度应该相当于管子的壁厚；

（9）停止油泵，待管子熔缝冷却至环境温度；

（10）除固定夹具，取出对接好的管材，对接结束。

管道全部焊接完成后，通过外观检查合格后，等待拖管（见图4）。

2.4 定向钻进轨迹

桃浦河两岸有驳岸桩，驳岸桩桩底高程为-5.0 m，设计穿越管最深处高程为-10 m，入土角为 -17.6%（10°），出土角为 17.6%（10°），中间水平钻进96.12 m，路径总长384 m。

图4 管道焊接完成等待拖管之实景

2.5 工作坑的开挖和钻机放置

在桃浦河北石路南侧非机动车道上，距桃浦河桥西侧桥头130.5 m，距人行道边往北2.2 m处，开挖一个长×宽×深为15 m×3 m×2.5 m的工作坑，作为钻杆入土坑。另一侧工作坑定于桃浦河东侧北石路南侧非机动车道上，距桃浦河桥东侧桥头237 m，距北石路南侧人行道边1.5 m处，开挖一个长×宽×深为25 m×3 m×2.5 m的工作坑，以便于钻具装卸和铺设管道进入。

钻机位置：钻机就位于西侧工作坑以西，由西向东钻进施工。

2.6 泥浆的配制

泥浆配制是非开挖拉管技术施工的重要环节。在进行施工时，选用的泥浆材料主要是由优质膨润土制成的加强性泥浆。在扩孔拖拉施工中，也选用同样配比的泥浆。这种泥浆具有良好的造壁性和润滑性，起到较好的抗扭矩效果，能够防止塌陷的发生。

施工中涉及的泥浆材料主要以聚合物加强型泥浆为主，配置过程中要求引入少量聚合物，以及膨润土，一般可使两者比重占泥浆总量2%最为适宜。这样可使润滑性能，以及抗扭矩能力等方面得以提高，降低塌陷问题发生的概率。

2.7 试钻

启动钻机，钻入一、两根钻杆，检查机器设置是否运转良好，发现问题及时处理。试钻时，还应检查泥浆混浆系统是否渗漏。

2.8 钻导向孔

开钻时采用轻压慢转，进入水平段采用轻压快转，以保持钻具的导向性和稳定性。根据地层变化和钻进深度，适时调整钻进参数。

在导向过程中，密切注意钻进过程中有无扭矩、钻压突变、泥浆漏失等异常情况，发现问题立即停止施工。待查明原因，并采取相应措施后，方可施工。在导向过程中，要做好深度和角度、方向角的记录。

2.9 反向扩孔及孔的改善

在导向孔完成后，卸下导向钻头，换上扩孔钻头进行逐级扩孔。

要铺设DN1200mm的聚乙烯管，最大扩孔孔径为DN1450mm。要扩DN1450mm的孔，在完成导向孔后，采用扩孔孔径分别为DN400 mm、DN600 mm、DN800 mm、DN900 mm、DN1 000 mm、DN1100 mm、DN1 200 mm、DN1300 mm、DN1 450 mm。

为防止地面沉降，扩孔采用均匀旋转回拉和泥浆射流相结合的方法。这样，既能保证扩孔孔壁的厚度，又能排出过多的泥土；既能达到顺利回拉铺管的目的，又能保证铺管之后被挤压的泥土在应力的作用下自然回填，使孔内不留下空隙，地面不发生沉降。扩孔时，应使用根据地层实际情况配置的泥浆，确保孔壁稳定，泥浆流动顺畅。当第一级扩孔时，减慢扩孔速度，同时减小泵压，增大转速。

扩孔完成后，再用DN1450清孔器对孔进行一次清孔处理，以排出孔内多余渣土，对成孔内壁做进一步稳固。

在回扩过程中，要做好施工原始记录。记录内容包括：钻进时间，扭矩、拉力，泥浆泵压力、土质情况等。在回扩过程中，还要密切注意钻进过程中无扭矩、钻压突变等异常情况，发现问题即停止施工，待查明原因，并采取相应措施后，方可施工。

2.10 回拉铺管

管道焊接好后，将连接好的管材沿出土工作坑坡道安放好，依次连接接头、分动器、钻杆。回拖前再检查管道是否已经在地滑轮上安放好。控制回拖速度，完成回拉铺管。

拉管头和管子的连接必须密封，防止泥浆和其他物质进入管道内。连接方式见图5所示。

图5 拉管头与管子连接示意图

在回拖过程中（见图6），密切注意孔内情况，钻机操作手应密切注意钻机回拖力、扭矩的变化。回拖应平稳、顺利，禁止蛮拖。管材要一次性拖入已成形的孔洞中，中途尽量避免停顿，减少回拖的阻力。并做好回拖拉力、扭矩等原始数据的记录工作。回拖结束后及时把资料上交给监理。

图6 拖管作业之实景

2.11 泥浆排放及工作坑的清理

为了保证泥浆在施工过程中不外溢，在施工过程中，应将出入土点的泥浆用泥浆泵抽到泥浆罐内，及时用泥浆车排放至环保部门指定的排放地点，并将废浆清理干净。

2.12 水压试验

（1）穿越完成后，进行一次水压试验。该项目共计穿越1条，泵验1次，泵验长度为384 m。水源：自来水。

（2）强度试验：管道的试验压力为1 MPa，10 min内降压≤0.02 MPa，可免去严密性试验，即认为合格。

（3）严密性试验：管道的实验压力为0.8 MPa，30 min内降压≤0.03 MPa，可免去校验渗水量，即认为合格。

（4）水压试验时，必须使用经计量部门校验合格，且在有限期限内的1.5级压力表、秒表测量。该项目采用双表。即自己准备一只，分所准备一只，以保证试验的准确性。

（5）在管道水压试验时，必须按现行标准和试验方案规定操作，并加强安全监护。管道后背、管件临时加固需要达到技术措施要求，管件的支墩、锚固设施管梁的混凝土强度要符合设计文件规定。管道中的安全阀、伸缩补偿装置、水锤消除装置、消火栓等管道设备位置已按规定用临时设施替换处理，阀门处于全开状态，并严禁用阀门做堵板。

（6）管道升压时，管道的气体应排除。在升压过程中，当发现表针摆动不稳，且升压较慢时，应重新排气后再升压。

（7）应分级升压，每升一级应检查后背、支墩、管道及接口，当无异常现象时，再继续升压。

（8）水压试验过程中，后背顶撑、管道两端严禁站人。水压试验时，严禁对管身、接口进行敲打或修补缺陷，遇到缺陷时，应作出标记，卸压后修补。

（9）水压试验不合格应查明原因，问题消除后应重新进行水压试验直至合格。管道水压试验合格后，应及时进行沟槽回填。

3 监测措施

管线的非开挖敷设对河道护岸的安全影响能否尽量减小和及时消除隐患的另一个重要方面是监测工作是否及时到位、有效。

根据有限元计算结果，管道施工时对管线中心线两侧15 m范围内影响较大。因此，在管线推进中心线两侧各15 m范围内布设监测点，测点间距2.5 m左右。

监测内容：水平和沉降位移。

监测时间：在管线施工开始穿越之前（距河道护岸30 m左右）至地面沉降达到稳定为止（最近两月监测的累计沉降量差值不大于1 mm）。

监测频率：在管道穿越过程中，至少保证每天5次，以后可逐渐降低频次：从每天1次、三天1次、一周1次……最后直到每月1次。

报警点：除了每次监测数据及时反馈施工控制中心，当出现下列情况时应向有关部门报警：累计沉降量≥10 mm、一天沉降量≥2 mm。

4 非开挖拖拉管施工的沉降影响

监测点沿拖拉管主线，每5 m设置一处地面沉降监测点，每30 m沿垂直拖拉管主线方向设置间隔5 m的地面沉降监测点，桃浦河沿防汛墙设置建筑沉降监测点（见图7、表1）。

图7 监测点布设图

根据拖拉管施工期间及后续的监测结果，拖拉管主线沿线最大累积沉降为-4.01 mm，桃浦河防汛墙最大累计沉降为-3.60 mm，非开挖拖拉管施工工艺周边的沉降量很小，周边的沉降影响得到有效控制。

5 结 语

综上所述，非开挖拉管技术在给水工程中的应用是保证工程质量得以提高的关键所在。在实际应用过程中，应正视该技术的内涵与应用优势，做好前期准备工作与相关技术要点分析，保证各施工工序包括导向孔施工、扩孔及管材回拖不存在问题，并对管线轨迹、成孔质量及路面沉降预防等方面采取相应的控制措施，这样才可使拉管工艺优势得到充分发挥。

表1 地表点建构筑物垂直位移监测结果一览表

通过本文对武宁路给水管排管（北石路过桃浦河）非开挖铺设DN 1 200 HDPE管施工实例的介绍，为今后类似工程提供宝贵的经验。