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关于给排水管道非开挖施工新技术看法

2022-09-27来源:金赛药业关于给排水管道非开挖施工新技术看法

关于给排水管道非开凿施工新技术观点

引言

随着我国城市化进程减缓,市政给排水管道建设量激增。目前,国内大部分城市仍使用开槽埋管的作业方式。开凿路面施工会影响交通、污染环境,给市民生活带来诸多不便,也容易造成路面质量上升,延长使用寿命。政府部门将实施容许开挖政策以消除路面“拉链”现象。城市的给排水管道超期服役,由于管位受限,新管往往要铺设在车道下或穿越构筑物,按传统的施工方式不仅耗资巨大,实施上也有一定的难度,这就使得管道更新改造无法已完成。

非开凿技术的发展为解决问题上述问题获取了有效地的途径。厦门水务集团有限公司在管网的建设中,应用水平定向钻非开凿技术已完成了多项给排水管道穿越工程,均获得较好效果。

非开挖技术概述:

非开凿技术是指在地表不开挖的情况下,利用岩土钻掘手段铺设、修缮和更换地下管线的施工技术。

非开凿技术在给排水工程中有铺设新的管线和修缮移位旧管线二方面的应用。

通常使用铺设管线施工技术还包括:水平定向钻入法、夯管锤法、推挤顶进法、微型隧道法和顶管法等。

修缮旧管线施工技术包括:原位固化法、滑动内插法、变形再造法、原位换管法、局部修复法。

水平定向钻铺管技术

水平定向钻铺管技术作为非开挖技术的一个最重要分支,是将钻井技术与控向技术巧妙融合的现代非开凿施工新技术,近年来应用于给排水管道施工。随着导向定位精度提升、施工设备能力增强、管材业的发展,铺管能力由初期的小口径、短距离、单一钢管,发展到大口径、长距离、多种管材的铺设,成为非开凿领域的发展重点,技术上已日趋成熟期。

1、技术特点

(1) 应用于范围广,适用性能强。适宜在粘土、粉土、砂土等土质条件下使用;可铺设塑料管(PVC、PE等)、钢管或铸铁管,管径在DN40到DN2000之间;大型钻机铺管长度可超过500 m以上。

(2)钻机布置灵活。钻孔过程可在预先挖好的发射坑和接受坑之间展开,也可在加装钻机的场地,以小角度直接从地表钻入。

(3)施工设备的穿越精度高,可满足管道高程的控制要求。

(4) 施工过程不产生噪音、粉尘,不破坏地貌和环境,符合环保的各项拒绝。

(5) 机具进出场灵活便利,对于场地条件要求不高,施工速度快。

(6)适宜于高速路等不允许开挖或管线复杂地区的管道施工,尤其在穿过江河的项目上更展现出其独有的优势。

2、施工工艺

(1)前期准备

了解管道穿越范围内的地质条件、现有地下管线的南北及埋浅等情况,结合设计拒绝规划钻入轨迹,选定施工方案 (主要是指定钻机、确定进出土层的角度、扩孔级数和穿过管材等)。

(2)导向钻入

定向钻头在钻机的发动机作用下,由钻机驱动旋转(或使用泥浆马达造就钻头转动)切削地层,按设计钻孔轨迹行进,已完成整个导向孔的钻孔作业。钻入过程中,钻头内信号棒发出的信号被接受处置后,显示出有钻头的深度、方位、角度等信息,据此及时调整钻头方向,确保所完成的导向孔曲线合乎设计要求。

(3)分级扩孔

    已完成导向孔施工后,采取分级扩孔的方式将钻孔扩至合适的直径。同时将钻液泵入钻孔中,确保孔洞原始和不塌方,并将工件下的土屑带回到地面,为回拉管道建构适宜的环境。

(4)回拉管道

扩孔完成立即将待铺设的管道与回拉头、扩孔头及钻杆连接,由钻机牵引将管线拖入已扩钻孔中,完成管道铺设。

3、设备包含

定向铁环设备由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及辅助机具构成,它们的结构及功能如下。

(1)钻机系统:由钻机主机、转盘等组成。钻机是穿过设备钻进及回扯作业的主体;吧台装在钻机主机前端,相连钻杆,并通过改变转盘改向和输出扭矩以及扭矩大小,符合有所不同施工作业的拒绝。

(2)动力系统:由液压动力源和发电机组成。液压动力源为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力,发电机为配套的电气设备及施工现场灯光提供电力。

(3)导向控制系统:通过计算机监控钻头方位,引导钻头正确钻入的方向性设备。

(4)泥浆系统:由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及管路构成,为钻机系统提供合适钻入工况的泥浆。

(5) 钻具及辅助机具:钻机钻孔和扩孔过程中所用于的各种机具。钻具主要有钻杆,钻头、泥浆马达、扩孔器,切割刀等。辅助机具还包括卡环、转动活接头和各种管径的拖拉头。

应用于实例

1、 同安轻工食品工业园排污腊管工程

(1)工程概况

该工程设计将轻工食品工业园生产污水引入同安污水处理厂,其中有一段DN800污水管需穿过官浔溪。官浔溪河面宽130m,河床表面为中砂层、下部为黏土层。管道设计高程为4.00-4.40,排水坡度3‰,仅次于埋深6m,距河床大于覆土深度2m,管材为DN820*10的钢管。

(2)施工方案的选择

官浔溪不通航,施工季节正处于河流的枯水期,水深在2.5 m左右。采用分段围堰、大开凿的施工方法,不存在阻断交通和防洪方面的问题,水流和水深条件也较适宜,从技术上讲不失为不切实际方案之一。但是河面上有大量的围网养殖,围堰施工不可避免要拆毁养殖设施,必然要支付数量可观的补偿费用,同时改变河水水质,影响到下游村民正常的生产生活。从工期、环境、工程量、造价等方面考虑,经技术经济比较(下表),决定使用水平定向钻技术来构建管道穿越。

施工方案的综合比较

   可选方案

计划工期

管材费用

施工

费用

征用补偿

施 工 特 点

围堰法(采用钢管)

60天

968

元/m

27

万元

22

万元

须征用田地修筑施工便道;挖运土方和灌溉工程量大;在围堰上运送、吊装管道有一定难度;施工周期长,对养殖生产和环境影响大;会毁坏河底及堤岸结构。

顶管法(使用钢管)

30天

968

元/m

34

万元

6

万元

须征用田地设置顶管工作井和接受井;管道现场逐节焊接和防腐,工期较长;适宜水下施工的管道覆以入设备较较少。

水平定向钻(采用HDPE管)

10天

1080

元/m

30

万元

设备占地面积范围小,场地可灵活性调整,环境影响小;自动化程度高,施工安全很快;管道可预先相连成长管,一次性回拉;对于河底或陆上穿越施工均适用。

(3)钻进的实行及效果

铺设钢管必须较大的曲率半径,减少了钻孔距离;模块焊接和防腐不会导致回拉作业的中断,有利于穿过河流施工。同意甲方、设计部门同意转用HDPE缠绕管作为穿越管材。融合设计挖出深和管材、钻杆的曲率半径定出钻进轨迹及造斜段长度(L=18m)以及进出土角度( 8°~9°)。经计算管道所需回拉力为220KN,确认采用土行孙DDW320型定向钻机系统(最大回拉力320KN,扭距12KN.M),同时配有一台容量3m3的撬装式泥浆搅拌站,为钻进工程提供充裕的钻液。钻孔分DN500、DN700、DN800、DN1000四级扩孔超过设计管径1.3倍后,在钻机机车下将预先相连好的150 m长DN800 HDPE缠绕管纳入孔洞中。

管道穿越施工在10天已完成,保证工期目标构建。施工期间对村民的生产生活并无影响,不利于环境保护,节省工程投资,社会效益和经济效益明显。

2、文化宫自来水管道工程

该管道工程设计铺设DN300的钢管横穿公园南路后与用户内部管道连接。现场情况为:(1)地下管线密集,设计高程同原先的DN1000雨水管冲突,管道须要加深到路面以下3m。(2)地处杨家市区且车流量大,破路施工似乎无法实施。(3)管道须要穿越公交站台及路灯基础,开挖管槽有一定的危险。鉴于上述施工条件,经方案比较后确定采用水平定向铁环技术,铺设DN300的钢管30m。施工过程中不须切断交通,不产生粉尘,快速便利,将施工对环境的影响降到低于,管道经压力试验符合规范拒绝。

施工中不应注意风险的防范:

相比传统的施工方法,采用水平定向钻铺管技术的优越性是显而易见的。地下施工的复杂性和不可视性使得管道穿越面临失败的风险,主要表现为管孔的出厂、返拖的告终以及钻坏现有设施造成的损失。实践表明:根据有所不同的工程情况采取相应的风险防范措施,是保证管道穿越顺利的关键。

1、提供详细准确的地下资料

施工单位常因为主观疏忽和一些客观的因素,对钻孔沿途土层结构和管线情况了解过于精确,钻入轨迹上遇到障碍物而导致钻进告终,甚至发生损毁现有设施的事故。一般可使用查阅相关资料、实地开凿和钻探方法提供有关地层和地下水的情况,主要是土层的标准分类、孔隙率、不含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等信息,为评估施工风险、自由选择钻入方法和提炼钻液提供依据。在老城区施工,取得有关地下管线和其它布设物的详细资料尤为重要。现存资料可能不够准确原始,为确保钻进施工安全,在对场地周围各管线井室、标志以及相关资料有初步了解的基础上,使用物探的技术手段展开观测,避免发生事故。

2、 搭配合适钻机

钻机是定向铁环的核心设备,依赖其产生的引拉力、转动扭矩已完成钻入、扩孔和回拉管道。在钻机的自由选择上考虑不周是造成工程失败的重要因素。

引拉力和仅次于输出扭矩是钻机最重要的性能参数,也是钻机选定时首先要考虑的。钻机的回拖力必须充足克服管道、钻杆与地层之间产生的摩擦阻力。好的地质条件,成孔质量好,返拖力小;管径越大、长度越宽,返拖力越大。一般情况下,钻机仅次于返拉力应大于返拖管段自重的1/2。另外采行较小的扩孔直径,回拉过程确保泥浆流顺畅等措施,可有效地减小返拖力。预扩孔的扭矩主要与地质条件、扩孔器直径、扩孔速度和上一级扩孔的质量有关。土质的硬度和扩孔器的直径越大,扩孔速度越快时,扭矩越大。上一级扩孔的质量越好,扭矩越小。

其次,钻机具备较好的倒数工作性能,可避免施工中途停铁环而再次发生危险,提升工程成功率,这对于较小口径、长距离的钻进施工有最重要意义。同时应注意钻机检查维修工作,保持良好使用状态。

3、钻进监控手段

导向孔钻入过程中,为了防止钻头偏离设计轨迹发生事故,必须对其展开有效监控。通过随钻测量技术获取孔内钻头的有关参数,发现偏差做出适当的调整,确保钻进的精确度。对系统信息的准确性是精确定位和及时控向的基础,传递信息的手段主要有电磁波法和电缆法两种。电磁波法有效地范围在300m以内,测量深度在15m左右,缺点是需要随铁环追踪,所接受的信号质量不会受周围磁场干扰,影响信息的准确性,一般用作中小型工程。电缆法依靠缆线作为传输信息的手段,缆线在增加操作者复杂性的同时,抗干扰能力大为提高,也不需随铁环跟踪,适宜在长距离和地形简单的项目中采用。

4、保证成孔的质量

      导向孔是扩孔的基础。在导向孔的基本掌控指标中,出、入土角度较更容易控制,只要确保钻机就位即可;造斜段的曲率半径与管材和钻杆容许倾斜半径有关,使用随钻测量来控制穿过曲线的精确性。由于穿越线路地质不均匀或单根钻杆转变角度过大,容易造成成孔曲线成波浪型,不仅无法满足管道高程偏差的控制要求,而且减少返拖阻力导致工程失败。主要防范措施是使用准确的控向技术和娴熟的司钻操作者,根据地层自由选择合理的钻具和钻具组合,展开较大的扩孔时相结合扶正器能较好地解决此类问题。

5、重视泥浆的起到

钻液是定向钻施工的“血液”,具备加热钻头、润滑剂钻具、提升施工效率的功能。钻液与钻屑混合后以流动泥浆的形式排出孔外,起着漂浮和携带钻屑的起到,为回扯管线提供出足够的环形空间,减少回扯阻力。部分残留在孔中的泥浆也起到固壁、避免塌孔的起到,确保了孔洞的原始。

水是钻液的主要成份,膨润土和聚合物通常称为钻液添加剂。钻液的配备取决于钻孔土壤状况。没有一种钻液在任何土质中都适应环境,不能是配备合适的钻液。大致的原则是:在粗土中用于膨润土,在细土中使用聚合物。通过添加化学处理剂可提高泥浆性能,例如:投入适量烧碱(或纯碱)可增粘、增静切力、调节 PH 值。一个工程中可能会穿过不同性质的地层,须要及时调整钻液的配置以适应施工要求。

钻液添加剂与水混合次序对于钻液性能起着重要起到。一般情况下,混合系统中添加钻液的顺序最差是:1、烧碱  2、膨润土  3、干燥的聚合物  4、液态聚合物  5、其它添加剂。

HDPE管材定向铁环牵引施工要点

    高密度聚乙烯管具有内外壁平滑、耐腐蚀、单位重量小、柔韧性好、材质延伸率大的优点,并可预先焊接茁壮管,是定向钻穿过的理想管材。适应定向铁环施工的HDPE卷曲排水管被认识拒绝接受并且逐步推广,现就我们在同安官浔溪穿过工程中的应用于,谈谈HDPE管定向钻机车施工的要点:

1、管材抗拉强度必须满足返拉力的拒绝,热熔带选用加厚型板材。场地条件允许的情况下,尽可能使用较长规格的管道,减少现场焊数量。

2、现场须要将管材堆放在阴凉处或采取遮挡,不应长期曝晒。

3、焊接时管道两端口应干燥、洗手,并维持电流和电压的稳定,模块未完全冷却时不要移开管道。

4、管道焊接完成后不应立即展开拉管,间隔时间一般不大于一小时。

5、回拉过程中,在管道下铺钢板可以增加摩擦力,不应及时调整管道,确保入孔洞自然顺畅。

6、做好回拉锥头与管道的相连。先于管道前端焊接热熔带,用螺栓、钢板同回拉锥头相同,管尾钢挡板通过钢丝绳与管头拉紧,防止泥浆流入管内。

7、对于距离较长穿越工程,为保证回拉管道的整体性,需要采取一定修整措施(沿管道均扎4根钢筋,间隔一定距离用环向筒筋焊接)。

6.8管道同检查井的连接,必须在管材端部安装止水的环后用水泥浆密封。

结论

水平定向钻铺管技术应用于给排水工程施工,具有施工周期短、精度高、环境影响小、综合成本低等显著的优点,显露出良好的社会效益和经济效益,必将成为在高速公路、铁路等不容许开挖或管线简单地区管道施工的首选方法,尤其应用在穿过河流项目更有其技术优势。同时对于水平定向铁环施工特点和面对的风险有一定的认识,施工时应采取相应措施加以防范,提升成功率。

  高密度聚乙烯管具备独特性能,是定向钻施工的理想管材。应用定向铁环技术铺设HDPE排水管,实现两者完美结合,符合国家推广塑料排水管材的产业政策,值得推广应用。