非开挖定向钻进技术在污水管道工程中的应用

第13卷第2期2014年3月漂河职业技术学院学报Vol.13No.2M盯.2014JournalofLuoheVocationalTechnologyCollegedoi:10.3969/j.issn.1671-7864.2014.02.002非开挖(定向钻进)技术在污水管道工程中的应用王维(苏州建设交通高等职业技术学校，江苏苏州215104)?!月?斗H唁.??斗.????争·‘?.令·‘?号.?‘令.号.争..号.号.‘?.号.????斗目??令.?!月????争.??!日斗.‘争·斗0摘要:介绍了一种新型的管道铺设技术一一-非开挖拖拉牵引管道技术在城市管网工程中的应用，通过某工程实例，详细论述了工程设计和施工中的一些关键问题。关键词:管道非开挖;污水管道工程;施工中固分类号:TU992.05文献标识码:A文章编号:1671-7864(2014)02咽03-04?????斗.号.号，...号.????!月??!月4日斗..!日4月??唁.!日斗.??????!月寺..??O争.?????号.?o号.!日1工程概述先进的施工技术与优质的施工环境是人们所青睐的，明管开挖技术越来越多地受到人们的质疑。在城市建设中，经常看到大量的路面开挖造成的交通拥挤、噪声大、周围环境破坏严重等现象，给人们的生活、出行带来不便。因此，一种新的非开挖技术应运而生，此技术能够经济、准确、安全、快速、可靠地解决这些问题[IJ。非开挖技术的出现，为创造都市的安宁环境提供了良好的条件。1.1工程概况及地质条件萧林路改造工程为昆山市玉山镇老城区改造工程，本工程东段起始桩号Kl+460.∞，终点为萧林路、柏庐路交④叉口，终点桩号K2+291.11，全长831.11m。本项工程包括道路工程、沿线雨污水管道工程。萧林路南侧Kl+930到北侧Kl+944段为新建DN4∞、污水管道过路管，南侧Kl+930处污水检查井高程为-2.94m，北侧Kl+944处污水检查井高程为-3.0m。该段污水管道全长30m，管材为PE管，管线平面图见图l。萧林路实行半封闭施工，交通流量大，管线错综复杂，经调查工程范围内有雨水臂、自来水管、煤气管。土层自上而下主要为:粉质粘土、淤泥粉土、帖土。通过从施工方式、施工成本、施工管理、施工的安全性以及对现有交通的影响分析，本段污水管道采用定向钻进拖拉法进行施工。由川llIII困山国IU._店主~.1苦圄1施拉管施工平面布置图1.2设备及仪器非开挖拖拉牵引管道技术的主要设备是如图2所示的非开挖铺管钻机(XT-25型)。工程涉及的设备和仪器见表1。1.3定向钻孔轨迹的设计定向钻孔轨迹的设计是非开挖管道施工的依据和质收稿日期:2013-11-27作者简介:王维(1985-)女，江苏徐州人，硕士，助教。量检查的标准，设计水平直接影响施工的安全和戚本[2J。进行定向钻孔轨迹设计时要综合考虑工程地质条件、钻杆的最小曲率半径、管线允许的曲率半径、施工现场的条件、铺管深度、地下管线以及障碍物的位置等多方面的因素。如果对于地下管线不熟悉，就应进行试探，确保开钻时原有地下管线不受影响。4i京河职业技术学院学报2014年走向钻孔主要考虑钻机位置、入土点、tll土点及选斜段l关}Jf等。同时综合考虑管道的材质和外径、管道的敷设深度，以且选用的钻杆1巳号等，制定:4H主轨迹/11]线。本工程过路段倒虹岱钻孔轨迹1111钱如图3所尽。\L\\136/lN400(PE'I'l)111./15000419001(;)下吃饱.Fl叶飞叫价·25000价.ii1人L]l'，.$'1段'irm千f放段1\~1且入J:.ì1i3，↓段囹3萧林路改造工程(东段)过路段倒虹管轨迹曲线表l设备及仪器曲线和l应对施工方案。机械名称jl'开挖铺管钻yl电~Mfr~iJl导向扩fL钻头皮向扩fL钻头俐导忏导航仪』止探测悴向压ìhI浆&.水箱l.4施工流程图电L且盐j1]途台1JTI于定1;'1钻孔及拖拉管ill台1Jljf两PE'tì'的应按个l用于同次成fL定向钻乱组1m于运级扩孔批l根据钻进氏度确定钢导忏的数M组1111于测导。l扩fL头的地深及.IïI~古1Jlrf施E巾向钻头供给高压泥浆斗1.:1:租施t流担Þn罔4J沂示，具体施工步骤按前面~)I边的过程ill行施E。I.S施工控制要点[Jl(1)收集拟施t段所有地下障碍物及已建管i盖(线)峻工|每|纸。有IIJJJ也F附仰物放己佳节迫(线)的性质、水平位匠、埋源、走li'J、尺、J1是所市&小Ýf~空等ìltrifo信息同时还需在施工前.(lJF综介竹线施t交底会，边的涉及到的所有相关啪位部门现场附↓引I}Jt-交底，特别是那些施E位置和l深度记录不洁、不元1年，1lf档资料不仓的竹.ìIi(线)，做好I~1而记录并在地面做好标it.:.施五时穿越有币;大危险源的障lí吁物或怡'迫(线)必须有相关1'J'i.{直部门现场II(î1干，确保有效迦让。(2)认J'J:-阅i却也i功报件，分析将要定向钻孔纵向上质类川、结构、含水flt、透水'陀、合筒、{j比例等，编制定向钻进轨迹图4非开挖施工流程第2期王维:非开挖(定向钻进)技术在污水管道工程中的应用5(3)机械设备提前试运行，确保无误后再进行施工。(4)在钻孔结束回扩过程中由扩孔头自重引起的管道高程误差控制尤为重要，根据工程实践经验和土质情况，预先设置变量以保证高程准确。(5)对于土质塑性较大地段，要根据拖拉管机械的最大牵引力选择管材的等级，PE管采用电热熔焊接。(6)由于钻机钢导杆和回拖PE管有一定挠度，一般采取直线钻进;每根钢导杆间的角度变化要严格控制，确保导向孔高质量完成。(7)根据各级扩孔的情况，可用清水和钻头扩孔自然造浆，利用膨润土、水、处理剂按比例配制泥浆，进行泥浆护壁处理。(8)工作坑、接收坑视深度确定是否需围护施工，以确保施工安全。坑内处理好排出的泥浆，以免影响周边环境。非开挖技术施工应用广泛，燃气、强(弱)电、供热、给(排)水等管道均可利用此技术施工，道路、河道、障碍物等都能进行穿越。有流沙、杂填土的地段使用该技术有一定的难度，但通过泥浆护壁及多次扩孔等方法也可以进行施工。2非开挖施工与明挖施工成本比较明挖施工流程为:沟槽开挖→基础垫层→安管→检查井砌筑→沟槽回填。适用于无市民居住、交通影响且施工场地开阔的新建工程。若为改造工程，施工流程前后需分别进行道路路面(基)拆除、外运及修复。明挖施工工序复杂、工期长，在老城区内势必对交通、商业、环境等造成影响。且老路拆除、修复后也会减少其使用寿命。既能安全施工又能降低成本的新技术必将替代老的施工工艺而得到推广，本文选取了昆山老城区污水管道改造工程中部分决算数据进行综合成本分析。该工程设计部门根据沟槽深度采用半明挖、半非开挖进行设计，考虑安全施工，沟槽及基坑利用钢板桩进行支撑。施工过程中为避免阻断、影响交通，采取交通管制方式半封闭施工。2.1管道施工成本该工程的基本情况及管道施工成本如表2所示。可以看出，管道施工平均成本取决于管道的管径大小及埋深。本工程非开挖管仅大于开挖管1∞m，成本比例却超出70'7毛。DN4∞非开挖管平均成本1128元1m，开挖管158元1m，平均成本相差较大，主要因素为管道材质与施工机械。表2非开挖与朋挖管道修复工程基本情况及管道施工成本比较项目非开挖明挖长度(m)6626458838埋深(m)3.33.62.72.1管径(mm)4003∞400300平均成本(元)1128700158141管道施工总成本(元)管道施工成本比例(%)7467364480092904535889112.2拆除工程、回填工程、支撑围护工程、道路修复工程成本开挖管道施工只需在入土点、出土点及砌筑检查井位置进行施工，而明挖却是整段管道各工序施工。不同之处见表3，成本比例相差10%，主要是因为非开挖施工法钻孔及扩孔过程中产生的泥浆需外运处理，这是明挖施工法所没有的。管道明挖施工法戚本包括拆除工程、回填工程、支撑围护工程、道路修复工程等。如表3-表6所示，虽然非开挖施工法也包含上述施工内容，但戚本比例大相径庭。非表3拆除工程成本项目路面(m2)拆除成本(兀)路基(m3)拆除成本(兀)侧石(m)拆除成本(元)合计拆除成本(元)拆除成本比例(%)非开挖761318136241210516438948明挖187432518788139802533974689592表4开挖工程及外运工程成本项目开挖土方开挖土方余方弃余方弃置泥浆外运泥浆外运小计成开挖、外量(m3)成本(元)置(m3)成本(元)方量(m3)成本(元)本(元)运比例(%)非开挖20014403203613922322703732345明挖1684121252852322∞。。4432555表5固填工程及支撑、固护工程成本项目囚填方回填成回填比支撑长支撑成支撑比支撑长围护成支撑比成本小量(m3)本(元)例(%)度(m)本(元)例(%)度(m)本(元)例(%)计(元)非开挖105l货而5874243467741376457115明挖1130却453092IOC而33ω74931C阻隔187116937222ω表6非开挖与明挖修复工程成本项目C30险路路面成C20殆基基层成路面钢钢筋成成本小修复比面(m2)本(元)层(m2)本(元)筋(t)本(元)计(元)例(%)非开挖1121388811216688O.1612311885明挖232528830023253464252.213464648169956漂河职业技术学院学报2014年2.3综合成本表7是对表2-表6的汇总，非开挖施工戚本为921056元，明挖施工戚本为1559911元，相似长度的两种施工方法成本比例相差269毛，可见非开挖施工技术的优越性。随着非开挖技术的成熟，表2中其管材价格将会逐渐降低，表4中泥浆外运费用也会因泥浆配比优化而减少;且明挖施工法造成的交通阻塞、道路破坏、既有设施损坏、沿街商业的营业损失、公共安全等社会戚本是远远超出非开挖施工法的。老城区管道埋深逐渐增加，明挖施工对于埋深存在临界值，安全施工决定一切。而非开挖施工对于埋深影响几乎没有，这也是非开挖施工法最终会替代明挖施工法的原因所在。表7非开挖与明挖管道修复工程综合成本比较项目管道敷设拆除工程开挖及外运成本(元)成本(元)成本(元)非开挖791536389437323明挖9826246895443253非开挖技术存在的不足非开挖技术作为一种新型的施工工艺，同传统的施工方法相比，具有明显的优势。但是，在具体使用过程中也存在一些不足之处。(1)非开挖技术对于地质条件有一定的限制。例如，在转进的过程中遇到流砂层如何处理。因此，使用之前应进行严格的地质勘察。(2)非开挖技术应用于活水管道工程中没有统一的验收标准，很难运用排水管道的验收标准。因此，施工之前，业主、监理单位、质检站以及设计院要拟定好验收标准、验收次数以及验收方法。(3)管道在拖拉时由于拖拉速度过快或没有利用控制井泄压，会导致管道变形和热熔接口断裂。(4)施工完毕后PE管和回扩孔之间的孔隙不能像开挖施工那样回填密实。对于横穿道路的管道，孔内泥浆固结后，道路可能随之下沉。4结语非开挖管道施工作为一种新型的技术与传统的大开挖相比占有很大的优势，解决了传统施工工艺带来的烦因填、支撑、国护道路修复成本合所占比成本(元)成本(元)计(元)例(%)571153118892105637722260648169155991163恼。非开挖技术不仅对周围环境污染小、交通干扰小，而且成本低、工期短。此技术在市政工程中的应用将越来越广泛，尤其是埋深临界、明挖施工代价较大的工程。非开挖技术最主要的部分是进行钻进轨迹的设计，设计之前应进行大量的现场考察，分析钻进土质情况，选择合适的入土点和出土点以及工作坑的设置;施工时，根据现场实际情况对设计轨迹的参数进行及时调整，确保其它管线安全，同时根据应对方案对现场出现的特殊情况进行处理。非开挖施工