双密封自锁承插式小口径管道定向钻拉顶管施工工法.docx

双密封自锁承插式小口径管道定向钻拉顶管施工工法1 .前言公路改建中管道敷设经常遇到场地狭窄、影响交通、紧邻建筑等问题，为了减少施工影响，一般采取非开挖施工。在公路工程中管线敷设，常用的非开挖施工方式有大口径顶管施工、小口径螺旋二次顶管和水平定向钻工艺等。两种工艺还存在共同的缺点：公路管线是多节短管承插连接整体性不强，顶管遇见障碍物时必须开天窗处理，容易产生交通、环境及次生灾害影响。针对公路工程中管网常见的施工条件，综合现有非开挖工艺的优缺点，在工程实际应用上提出一种双密封自锁承插式小口径管道定向钻拉顶管施工技术，既具有定向钻的地质适应广、障碍处理能力强、次生灾害小等特点，又具有顶管标高控制准的优点。该技术介于定向钻工艺和泥水平衡顶管技术之间，配合自锁式承插接口短管，将传统的公路管线回拖施工改为拉顶工艺，在末端井下安装管节，利用钻杆穿过管道中心，在管道尾端拉顶管道，实现管道非开挖敷设。管道整体性连接，密封性好，工程质量高，一次性拉管距离长，施工快速，解决了在排水管道应用中存在的问题，取得了明显的社会和经济效益。2 .特点2.0.1水平钻机先导施工，无须纠偏，动力外置，无机头、配管，无维修及更换机头的风险。既有定向钻进的便利性，又没有管道拉伸径向变形的风险，同时拥有泥水平衡顶进的优点，又没有人为操控的困难性，在公路管线跨越障碍施工有不可替代的优势。2.0.2自锁式接口。管材接头为一体式加工成型，呈齿状勾扣自锁死，通过顶拉进行挤压安装，接口有橡胶圈密封且允许有偏转角，材料防腐防锈，具有抗拉弹性，无论是在不良土层或受动荷载的影响，都能保证接口密封连接不渗漏，在回填和拔桩高频扰动下也不会脱节和渗漏。2.0.3可水下作业。在管井作业过程中不需要用电，顶拉阶段允许泥浆进入管道内，在井下有水环境也可以施工，管道轻便，在小空间也方便安装，管道连接后整体具有柔性，可以适应不均匀沉降。2.0.4顶拉管道敷设。水平钻机先导作业后，通过在井内钻头的回扩掘进拉顶施工，前方钻头承受迎面阻力，管道本身只承受外壁摩擦力，施工更安全。管道敷设为平行推进，无伸变形，压力自平衡，能确保成品管道的设计使用寿命。2.0.5场地灵活应变。可在井内摆放设备或在井外放置水平钻机，位置灵活多变，以定向钻机作为动力拉顶动力源，可根据条件需要，一次性导向钻孔数百米，然后分井段回拉,施工灵活，适用空间有限、地址不良、房屋较多的管网敷设作业。3 .适用范围本工法适用于DN300-DN1000的管线非开挖敷设施工，尤其适用于在空间有限、地质不良、靠近房屋、跨越交通干线、桥涵、构筑物等诸多不便的情况下的公路管线铺设工程。4 .工艺原理本工法配合自锁式承插接口短管，将传统的管道回拖改为顶拉工艺，通过井外的水平定向钻机，从另一端造斜导向钻孔至装管井，然后从装管井内放置自锁式承插短管，在管道尾部加装后端顶板，以定向钻机为动力，将500-IOOOCm长的管节一节节顶入，利用掘进钻头掘进扩孔，设备余力通过机头后分动装置和连接拉杆传到管尾，实现管道顶进回拉的目的。既有定向钻进的便利性，又没有管道拉伸径向变形的风险，同时拥有泥水平衡顶进的优点，在顶管施工中有不可替代的优势，确保了管道顶进质量，适应多种场景下施工。具体见图K水平定向钻机的导向钻杆按照设计轨迹钻入到检查井位置后，卸下导向钻头更换为掘进钻头，分动装置分别与掘进钻头和连接拉杆连接，防止管道底部连接的连接拉杆在顶拉过程中发生旋转，且回拉钻头与短管之间并不锁死，从而达到泥水平衡中继间功能。通过管道底部的后端顶板和连接拉杆，使管材顶入过程中只承受顶进的摩擦阻力，确保了管道顶入质量。具体示意见图2。图1双密封自锁承插式小口径管道定向钻拉顶管施工示意图道路自锁承插管特制连检查井管头连接罩反向掘进钻头、钻杆分动传力连接杆锚环接短钻杆才管道后端顶板图2管道顶拉结构示意图5 .工艺流程及操作要点5.1 工艺流程施工操作流程如图5.1-1所示。施工巾备.井位BHt一导向站孔*复测隙判I%网IrIeja1fi拉卜Ww道网人1，*甘W连接*4管道清理、依测图5.1-1双密封自锁承插式小口径管道定向钻拉顶管施工流程图5.2操作要点5.2.1 施工准备先按施工区域及路径范围初步定出钻孔中线和地表走向，测量中心线地面的海拔高度或相对高度，并根据要求的铺管深度初步确定导向孔的造斜长度和钻入深度，铺管长度、下管位置，检查井开挖范围及数量等。勘察或复核施工场地地下管线和设施的平面位置、走向、埋深（或高程）、规格、性质、材质等情况，并编绘地下管线走向图，设置安全距离，以防止施工对管线和设施的影响。按现场环境制定施工方案，定好坑道机井位，装管井位，并与有一定影响的部分居民作相应协调，解决用水及相关设备，渣土临时存放问题。图5.2.1导向钻杆勘探定点5.2.2 井位设计根据管道敷设现场的环境情况，确定水平定向钻机采用井内作业或井外作业。钻机在井内作业时，在检查井或管道敷设位置挖设坑式设备工作井（不小于2.5m内空），通过设备在井内将导向钻杆水平顶进。钻机在井外作业时，在管道中心线延伸的起始位置上安装水平定向钻机，调整机架方位值设计的钻孔轴线，钻机倾角对准轨迹设计的入土角。根据管道敷设路线，并与有一定影响的部分居民作相应协调，定好操作井、检查井、装管井位置后，在水平钻机导向钻入前预先将井道开挖制作完成。当进出洞位置位于透水层时（如砂层），必须在井外注浆或止水桩，止水材料采用水泥和土混合物，一般混合物采用蒙托石产品为宜，即膨润土，固化后呈胶凝状，土体压强控制在粘土强度，并且需要在井体进出洞方向增加密封板，其它不透水层不需要该措施。图5.2.2带密封仓密封板图5.2.3 导向钻孔1、钻机安装后，起钻前应用锚杆锚固，满足钻机回拖力支撑要求。土层坚硬和含水率低时，宜用直锚杆；土层较软时，宜采用螺旋锚杆。2、设备安装好导向钻杆，入钻方向井位开中心位小洞或安装定位轮，以保证管道的流水标高。地面放若干绝对标高点，导向时在井内复合标高并计算出误差值，修正数据后继续施工至下一井位。3、导向孔轨迹一般由二段组成，第一段为单侧造斜段、第二段为位敷设直线段，第一单侧造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二敷设直线段是管线穿越障碍物的实际长度。4、导向钻头方向控制：通过导向钻头高压水射流或泥浆冲蚀破碎，旋转切削成孔，在钻具不回转钻进时，斜面对钻头有个偏斜力，使钻头向着斜面的反方向偏转，钻具在回转顶进时，由于斜面在旋转中方向不断改变，斜面周向各方向受力均等，使钻头沿其轴向的原有趋势直线前进，达到钻头偏斜钻进的效果。5.2.45.2.5 复测预判复测每次到位检查井的导向杆标高，根据土层的承载力决定是否预扩孔，并确定是否安装止泥环、机头，流沙流塑土层用专用压力仓机头（保证洞内压力自平衡，自卸压，自闭合）。导向钻杆钻入后，安装在钻头腔室内的信号发射器发出导向钻头的准确位置状态和造斜面方向参数，手提式地面跟踪仪进行跟踪测定。操作人员应根据探测的数据比对设计钻进轨迹并对偏离值进行修正，在钻至装管井位置后，完成钻机先导施工。钻头在装管井处露出后，测量实际出口是否在误差范围之内。如果钻孔的一部分超出误差范围，应拉回钻杆，重新钻进钻孔的偏斜部分。当出口位置、标高符合设计要求时，取下导向钻头和相关钻具，开始回扩掘进顶拉。5.2.4施工中管道内图5.2.6 回扩掘进顶拉1、把导向钻杆上的钻头更换为掘进钻头，对导向孔进行回拉旋转掘进扩孔，扩孔次数可根据钻机回转压力及回拖压力以及土层工况条件分数次进行。根据土层选定相对应化学泥浆，施工时应配备真空泥浆车配合，环境不充许时配备泥浆箱临时存放处理。2、掘进钻头（扩孔器）小眼孔正常喷浆时，方能开始扩孔，严禁干扩。由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，边扩孔边打入泥浆。在扩孔过程中应严格控制扩孔速度，扩孔速度应控制在830mmmin以内。3、在掘进钻头另一端连接分动装置，分动装置另外一端连接拉管帽、连接拉杆和自锁式承插短管，在连接拉杆尾部设有后端顶板，在钻机钻杆回拉过程中，掘进钻头负责掘进扭矩和迎面阻力，设备余力通过机头后分动装置和连接拉杆的后端顶板传到管尾部，形成前拉后顶的顶管作业，使管材只承受顶进的摩擦阻力。4、顶拉阶段掘进头与后方的管道并不锁死，达到了泥水平衡中继间功能，允许泥浆进入管道内部，起到配重降阻的效果，所需终孔孔径与管道外径接近，基本不存在环隙。图5.2.5顶拉管道底部后端顶板安装5.2.7 管节连接管材采用双密封自锁式承插接头，连接处成齿状勾扣，两端设有密封橡胶，通过积压安装后，利用勾扣齿状的接口和橡胶的弹力将管道锁死密封。将管节和连接拉杆吊入装管井内，连接拉杆穿过管道，与分动装置连接，把管节固定在分离器上的拉管帽上，在管节底部安装后端顶板，用连接拉杆螺旋拧紧固定。钻机带动钻杆旋转回拉时，分离器牵引连接拉杆底部的后端顶板，将管节顶入管道轨道内。管节顶入井壁位置后，停止钻机回拉，卸下管道底部的后端顶板，将新的管节和连接拉杆吊入装管井内，把连接拉杆进行续接后，人工扶稳管节对准上节管道插口进行顶入，插口全部没入管节内后安装管节底部的后端顶板，固定完成后松开吊钩。开启钻机钻杆旋转回拉，将管节顶入后停止回拉，重复上述步骤，直到管节全部顶入完成。图5.2.6-1管道回顶施工图5.2.6-2管道接口自锁连接示意5.2.8 管道清理、检测管道顶入完成过后，在管井内拆除连接拉杆、拉管帽、分离器和掘进钻头，钻机拉回所有的导向钻杆，把在管井内的导向孔和管口缝隙处用水泥砂浆进行封堵，往地面上的导向孔灌入水泥浆，将导向孔填补密实，最后破凿的路面修补完成。清理进内的钻进液和管道内的泥浆，对管道进行CCtV管道检测、闭水试验。6 图5.2.7完工后管道图7 .材料与设备7.1 材料表6.1主要材料序号材料牌号/规格单位备注1复合实壁短管DN300-IOOOcm节管道主材2橡胶圈同管径个密封橡胶圈3钻进泥浆/M3扩孔喷浆4吊带IOcm宽套管道吊运5抽水带15cm米抽坑内积水6水泥砂浆/M3封堵、修复7.2 施工机械设备双密封自锁承插式小口径管道定向钻拉顶管施工机械如表6.2所示。表6.2主要施工机械设备序号设备名称规格型号单位数量1定向钻机中、小型(45t内)台12导向钻杆同钻机套23导向仪手持套24掘进钻头同管径个15拉管帽同管径个16分动装置与拉管帽配套个17连接拉杆同钻机套28后端顶板同管径台19起重机25t台18 .质量控制8.1 工程质量控制标准本工法主要遵照执行的现行规范、规程、标准主要有：1 .公路路基施工技术规范(JTG/T3610-2019)2 .起重机械安全规程(GB6067.1-2010)3 .水平定向钻法管道穿越工程技术规程CECS382-2014)4 .顶管工程施工规程(附条文说明)(DG/TJ08-2049-2008)8.2 质量保证措施8.2.1 定向钻机先导施工质量检验标准，如表721-1所示。表7.2.1定向钻施工管道的允许偏差标准检查项目允许偏差(mm)检测频率检查方法范围点数1入土点位置平面轴