MicrosoftInternetExplorer402DocumentNotSpecified7.8 磅Normal0先进的非开挖铺管技术具有不影响企业光荣而神圣的历史使命。随着我国城镇建设的高速推进,我国城市管网建设及旧城区管网改造工程大幅度增加,非开挖 技术作为一种绿色建筑技术,限度地使施工活动减少对环境负面影响,有效的实现四节一环保(节能、节地、节水、节材和环境保护)。非开挖技术在推广绿色 环保施工的大环境下,由北京、上海、广州、深圳等城市迅速向内地大、中城市辐射。 非开挖铺管技术,是利用岩土钻掘手段,在地表不开挖的情况下,铺设、修复和更换各种地下管线的施工技术。

其主要的施工方法包括以下四种:

1、水平导向钻进法。它是一种无需建造工作井,就能够快速铺装地下管线的钻进方法。主要特点是,可根据预先设计的铺管路线,驱动装有楔形钻头的钻杆从地面 钻入,钻进过程受三维控制,通过钻杆和一个特殊设计的楔形钻头按设计好的三维线形旋转钻进。当需要改变钻进方向时,只需要暂停钻杆的旋转并将钻头的楔形固 定在相应的位置上推进即可,按照设计的轨迹绕过地下障碍抵达目的地。然后,卸下钻头换装适当尺寸和特殊类型的回程扩孔器,使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔 扩大至所需直径,并将需要铺装的管线同时返程拖回钻孔入口处。水平导向钻进法根据土质条件的不同一次钻进的距离可达100～600m不等,能够铺装管线的 直径可达1m左右。适用于铺装PVC管、PE管、HDPE管、钢管、电缆、光缆等各种不同材质的工程管线。目前,这种方法已广泛用于通讯、电力、化 工、燃气、石油、给、排水以及交通、市政等不同行业和部门的地下管线安装工程。

2、锤管法。它是利用气动穿梭矛在钢管(空心套管)的后面,将钢管顶进至终点来完成铺管任务的方法。这种方法需要在进口和出口各挖一个工作坑。在进口坑 内,用一个特殊的管夹将穿梭矛置于钢管后部,靠压缩空气通过气动矛推动钢管,无需设置后座。当节钢套筒全部进入地层后,拆除管夹,将第二节钢管焊接就 位。继续上述过程,直至全部钢管安装完为止。当钢管抵达出口坑后,用强大的空气压力推动管中的泥土一次性排出。此方法通常使用各种型号的穿梭矛,适宜于铺 设各种孔径和长度距离的钢管或铸铁管。由于此法对土层扰动极少,特别适合于运输繁忙的铁路、公路、机场等地铺设管道,实现“零沉降、零开挖、不限速”施 工。同时由于避免了钻进法扰动土堤,造成漏水管涌等严重后果(2005年5月浏阳河大堤发生钻孔形成管涌,淹没农田,动用了数千名武警抢险的特大事故), 所以此法在水利工程穿越河堤、水库大坝中发挥独特优势。

3、拉管法。是用气动穿梭矛从一个较小的进口坑钻进,在压缩空气不断推进下,穿越 地层,牵引紧锁在穿梭矛尾 部的新管到达终点。若铺设的管线口径较小,距离不太长,穿越处为碎石、沙土或松土等易于塌陷的地质时,或者要安装的是PE管、PVC管、热塑胶管,使用此 法最为有效。

4、胀管法。它主要用来更换、修复和扩大城市各种地下旧有管线。 随着我国全面建设小康社会步伐的加快,城市建设规模逐渐扩大,许多始建于上世纪七八十年代甚至更早的供水、排水、天然气等管道锈蚀破损严重,况且旧管道尺 寸是按当时需求而设计的,都在超期服役,远远不能满足目前城市逐年开发增长扩大容量的需求,需要及时更换和扩孔。如果采用传统开挖方式进行管道的更换、扩 孔,不但工期长,造价昂贵,更主要对市政、商业、交通以及城市居民生活造成极大干扰和影响。而如果采用一般的非开挖工艺重新铺设管线,则由于近年来各种新 铺地下管线迅速增加,各种管线纵横交错,再插新管恐怕十分困难,而且风险太大。因此,利用先进的胀管技术在原有管线路径不变的情况下进行地下管线的更换、 扩孔,已经成为当今城市管线建设的必要手段。

给排水管道中水平定向钻技术的选择与设计

设计方案及参数的确定主要包括管材的选择与穿越曲线的设计。水平定向钻拖拉法的常用管材为钢管与PE管,这两种管材使用水平定向钻拖拉法的技术、经济比较见表1。

　根据钢管与PE管在水平定向钻拖拉法应用中的各自特点,一般情况下两种管材主要的适用场合如下:钢管一般用于施工场地开阔、拖拉距离长的场合;PE管适用于施工场地相对受客观条件限制、拖拉过程中要求更加灵活的场合。相比较而言,PE管在水平定向钻拖拉法中更为常用。

2.3　穿越曲线的设计

穿越曲线的设计是水平定向钻拖拉法设计的核心,通俗地讲就是寻找最理想的钻进路径。拖拉管的穿越曲线由造斜段与水平段组成,图1为水平定向钻拖拉管穿越曲线示意。

 水平定向钻拖拉法穿越曲线的设计过程主要如下:

(1)通过对管道的技术、经济比较与论证,并对工程特点进行分析,选择最为适宜的管材。

(2)根据流量及试验压力确定管道的壁厚和管道外径D(m)。

(3)确定拖拉管水平段的埋深h(m)及长度l3(m)。l3一般是穿越障碍物的实际需要长度。拖拉管的覆土需满足以下要求:①穿越公路、铁路、河流时,其覆土厚度满足有关部门专业规

范的要求,当无特别要求时,应符合表2的要求,以及有关专业规范和主管部门的要求;②敷设在建筑物基础一侧时,管道与建筑物基础的水平净距必须在持力层扩散角范围以外,尚应考虑土层扰动后的变化,扩散角不得小于45°;③敷设在建筑物基础以下时,必须经过验算对建筑物基础不会产生影响后方可确定埋深;④与现有地下管线平行敷设时,扩孔与地下管线水平净距不得小于0.6 m;⑤与现有地下管线交叉敷设时,扩孔与地下管线垂直净距在粘性土中不得小于0.5 m,在砂性土不得小于1.0 m;⑥遇可燃性管道、特种管线,应考虑加大水平净距和垂直

净距。当达不到上述距离要求时,应增设有效的技术安全防护措施。

(4)确定拖拉管的曲率半径。拖拉管的曲率半径包括造斜段(钻杆进入敷管位置的过度段)曲率半径R1及第二造斜段(钻杆钻出地表的过度段)曲率半径R2。拖拉管的曲率半径R通常是由钻杆的曲率半径与管材的曲率半径共同确定的。钻杆的曲率半径Rz由钻杆的弯曲强度所确定,因钻杆制造厂家不同也有差异,通常根据经验取Rz≥1 200Dz(Dz为钻杆外径),这是保证钻杆不至于过载的转弯限制。

拖拉PE管的曲率半径Rmin(m)为:Rmin=1 000ED/(2σp) (1)式中E———管道弹性模量,MPa;D———管径,m;σp———管道弯曲应力,MPa。通常拖拉PE管的曲率半径大于管材外径的40倍即可,故其曲率半径通常是由钻杆确定。钢管弹性模量较大,拖拉钢管的曲率半径通常是由钢管本身确定。根据经验,拖拉PE管的曲率半径通常取R≥800D～1 200D,拖拉钢管的曲率半径取R≥1 200D～1 500D。

(5)造斜段水平长度l1与l2的确定。造斜段水平长度是由水平段管道埋深h与R确定的。造

斜段水平长度值太大则导致拖拉管总长度增加,进而增加总投资;太小则导致难以达到要求的施工精度,且施工难度、风险增加。根据国内经验,造斜段水平长度值一般为h的8～10倍,国外则高达11倍以上。

(6)入土角α与出土角β的确定。入土角α不宜超过15°,出土角β由导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大者确定,一般不宜超过20°。

(7)确定入土点A与出土点B。根据水平段埋深h、曲率半径R及入土角α与出土角β等参数可确定距障碍物最近的可能入土点与出土点,得到拖拉管总水平长度L(m),进而得到拖拉管穿越曲线的实际长度L′(m)。L′可以根据穿越曲线计算,也可以采用经验值L′=(1.02～1.04)L。

(8)拖拉管段回拉力Pt的计算。根据拖拉管的回拉力复核管道壁厚是否满足拖拉要求。拖拉管段的回拉力Pt为:Pt=Py+Pf(2)Py=πD2kRa/4(3)Pf=πDL′f(4)式中Pt———拖拉管段的回拉力,kN;Py———扩孔钻头迎面阻力,kN;Dk———扩孔钻头外径,m,一般为管道外径的1.1～1.4倍;Ra———迎面土积压力,kPa,根据各地土质状况取值不同,如上海地区在护孔泥浆中粘性土Ra取50～60 kPa,砂性土Ra取80～100 kPa;Pf———管周摩阻力,kN;f———管周与土的单位侧壁摩擦力,kPa,根据各地土质状况取值不同,如上海地区粘性土f取0.3～0.4 kPa,砂性土f取0.5～0.7 kPa。拖拉管应进行必要的压力试验,通常包括拖拉管材连接完成后的压力试验以及拖拉管施工完毕后的压力试验,这是确保拖拉管施工质量的重要手段。

3　结语

水平定向钻拖拉法是近年来开始逐渐得到广泛应用的一种非开挖管道施工技术,目前国内尚无相应的国家规范和标准,其技术仍在不断地摸索与完善之中。水平定向钻拖拉法对于