上海北横河段拖拉管道采用DN1000球墨铸铁管施工技术的探讨

李为科

上海南汇水利市政工程有限公司，上海 200000

1 工程概况

该工程位于上海市浦东新区G1501东南环高速，施工地层为粉质黏土、砂质粉土地层，从业主提供的地下管线资料及施工地段现场勘探结果来看，拟排管线附近发现有电力、自来水管、通信、煤气现有管线等，距离拟排给水管道较近，施工中过程中需采取必要的保护措施。

2 球墨铸铁拖拉管产品性能参数

球墨铸铁拖拉管是采用自锚接口，利用承口挡环与插口焊环相互作用产生可靠的自锚效果来传递轴向拖拉力，并利用承插接口的偏转角来适应钻孔弯曲段的一种自锚接口球墨铸铁管。该工程所使用的球墨铸铁管接口示意图如图1所示，球墨铸铁管尺寸参数如表1所示。

图1 球墨铸铁管接口示意图

表1 球墨铸铁管参数

3 技术可行性评估

计算方法采用美国ASTM材料协会标准《Standard Guide for Use of Maxi-Horizontal Directional Drilling for Placement of Polyethylene Pipe or Conduit Under Obstacles,Including River Crossing》中的计算模型，该算法的优点是考虑全面，所建模型与球墨铸铁拖拉管实际受力较为符合。

评估计算公式如下：

式中：TA、TB、TC、TD分别为A、B、C、D点处的管道所受回拖力，kN；L1为管道入土端曲线段所对应的水平长度，m；L2为管道最大埋深处水平延伸距离，m；L3为管道出土端曲线段所对应的水平长度，m；H为管道埋深，m；fg为球墨铸铁管与地面之间的摩擦系数；fh为球墨铸铁管与钻孔孔壁之间的摩擦系数；wp为单位长度管道重力，kN/m；wf为单位长度管道所受的净浮力，kN/m；γm为钻孔泥浆重度；α为入土角，°；β为出土角，°；K为泥浆的黏滞系数，kN/m2。

上海北横河拖拉管参数如表2所示；计算结果如表3所示。

表2 上海北横河拖拉管参数

表3 上海北横河拖拉管计算结果

在上述计算条件下，如果施工过程中能够保证钻孔成孔性，则DN1000球墨铸铁管一次性拖拉241m的最大回拖阻力为834kN，而K9级DN1000球墨铸铁拖拉管的最大允许回拖力为2587kN，因此该工程在技术上是可行的。

4 施工机械选择

该工程选用的钻通95型号水平定向钻钻机。该机器具有以下优点：（1）动力强劲，该机器最大扭矩为36000N·m；最大推力为950kN；（2）给进速度快，最大推进速度可以达到60m/min；（3）操作方便，操作杆上手轮调节泥浆泵排量，施工时节约泥浆，防止钻头堵塞；（4）该水平定向钻钻机的入射角度为10°～18°；最大扩孔钻头为1200mm。该工程所选用的球墨铸铁管直径为DN1000mm，故选用该型号施工机械。

5 施工工艺流程

球墨铸铁拖拉管的施工工艺流程如下：先导孔钻进→回拉扩孔→管道安装→预试压→接口防护→回拖铺管→打压验收等。

5.1 先导孔钻进

先导孔钻进是采用导向仪器和导向钻头，按照设计的钻孔轨迹进行钻进的施工过程。该工程的设计钻进轨迹是结合管道的设计埋度、现场障碍物、地下管线、球墨铸铁管的弯曲半径进行最终定位。

5.2 回拉扩孔

利用扩孔钻头由出土端至入土端进行回拉扩孔的施工过程。此次施工所选用的管道为DN1000mm的球墨铸铁管，管道直径较大，回拖扩孔分成3次进行。第一次回拖扩孔采用DN500的钻头进行回拖，可以有效保护孔壁，不至于扩孔过大导致塌孔；第二次采用DN800的钻头进行回拖，在确保孔壁稳定的同时，对导向孔进一步扩大；第三次采用DN1000的钻头进行回拖，使得孔径达到管道敷设的要求，为管道敷设提供有利条件。

5.3 管道安装

管道安装主要包括水平定向钻机与球墨铸铁拖拉管安装、球墨铸铁拖拉管之间安装等两个部分内容，应由公司专业售后服务人员在施工现场进行指导安装。

（1）水平定向钻机与球墨铸铁拖拉管之间的安装应通过钻机分动器、弓形卸扣、拖拉头进行连接。拖拉管牵引连接现场图如图2所示。

图2 拖拉管牵引连接现场图

（2）球墨铸铁拖拉管采用自锚接口，安装步骤及示意图如表4所示。

表4 球墨铸铁管连接安装步骤及示意图

5.4 回拖前预试压

回拖施工前，应在地面进行预试压，确保接口安装质量，试压合格后方可进行施工；回拖施工后，应进行正式试压工作，确保回拖施工质量。在管道尾部连接SIA Wb盘插管件及打压盲板，连接好打压装置及压力表，注满水后即可打压。

5.5 接口防护

预试压合格后，应对管道接头进行防护。一般采用HDD热收缩套，HDD热收缩套具有较强的耐高温能力强，热收缩快，黏结强度高，密封性能好，施工方便等优点。在HDDP热收缩套施工中应注意四个方面的内容：（1）对球墨铸铁管接口进行清理，保证连接部位清洁；（2）施工过程中，应做好防护，作业时应保证现场至少有2人以上共同完成作业。严禁在密闭场所进行作业，施工场所应保证通风；（3）在对PDD热收缩套管进行加热时，不可进行集中加热，避免烧穿收缩套；（4）施工完成后，严禁立即移动管材，待冷却后方可进行移动。

5.6 回拖铺管

通过水平定向钻机利用钻杆和回扩头由出土端至入土端进行回拉铺设管道的施工过程。回拖施工时，入土角建议控制在10°～18°，出土角建议控制在4°～12°。DN1000拖拉管单个接口的最大允许偏转角为1.2°，对应最小曲率半径为282m，钻孔曲率半径取值建议不低于2倍管道最小曲率半径。DN1000拖拉管的终孔直径建议控制在1500～ 1700mm。

K9级DN1000 SIA Wb接口球管的最大允许拖拉力为2587kN，回拖施工时，钻机施加的最大回拖力不得超过管道最大允许拖拉力。根据现场工况条件，采用开挖发送沟或V形支架等减阻措施。

5.7 打压验收

以浦东新区2017年度原南汇区域老旧供水管网改造工程为例，试验日期为2020年12月17日，桩号及地段为G1501北横河段，施工完毕后，根据GB50268标准进行打压验收工作，压力管道水压试验（注水法）参数如表5所示，压力管道水压试验（注水法）渗水量测定记录表如表6所示。此次试验的恒定试验压力为1.2MPa，试验允许渗水量为0.003L/（min•m），此次试验的折合平均实测渗水量为0.0026L/（min•m），故此次球墨铸铁管拖拉管施工试验合格。

表5 压力管道水压试验（注水法）参数

表6 压力管道水压试验（注水法）渗水量测定记录表

6 结束语

球墨铸铁管具有强度高、抗压强度高、密封性能好、耐腐蚀性好等特点，在城市给水管道工程施工中的使用越来越多，一般球墨铸铁管多采用明挖法进行施工。但是在城镇施工中需要穿过建筑物、构筑物、道路、河流、高架桥、地下管线等各种障碍物，采用拖拉管施工工艺能很好地避开地上、地下的各类障碍物。因此，如何有效将球墨铸铁管施工与拖拉管道施工工艺相结合，是解决城市给水管道球墨铸铁管施工遇到障碍物时的最优解决方案。文章针对球墨铸铁管与拖拉管道施工工艺相结合进行了实际工程施工验证，为后续同类型工程施工提供了参考及依据。