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摘 要： 摘要:介紹了燃氣工程中采用的地下管道導向鉆進非開挖敷設技術基本原理、施工工藝及優缺點 。 關鍵詞 :燃氣管網;管道敷設;非開挖敷設 ;導向鉆進 1 概 述 隨著城市建設不斷擴大, 城市道路等級越來越高, 新建道路越來越多, 加上交通量的不斷上升, 許多建成區內已無法采用
摘要:介紹了燃氣工程中采用的地下管道導向鉆進非開挖敷設技術基本原理、施工工藝及優缺點 。
關鍵詞 :燃氣管網;管道敷設;非開挖敷設 ;導向鉆進
1 概 述
隨著城市建設不斷擴大, 城市道路等級越來越高, 新建道路越來越多, 加上交通量的不斷上升, 許多建成區內已無法采用開槽埋管施工工藝, 另外, 原建成的鐵路、公路和高速公路, 以及許多過路管不允許采用開槽施工 。這就促使非開挖敷設地下管線技術迅速發展。非開挖技術是以最小的地表開挖量來完成各種地下管線的敷設、修復和更換的工程施工技術 。我國非開挖施工技術和設備的開發和研制工作起步較晚, 進入 20 世紀 90 年代, 非開挖技術的引進和開發應用的速度明顯加快, 用于非開挖施工的設備逐漸普及, 由于施工速度快、施工精度高、適應土質范圍廣而深受業主與施工單位的歡迎[ 1 —4] 。
新管道非開挖敷設主要的施工方法有導向鉆進、定向鉆進、微型隧道掘進 、氣動矛 、夯管法等, 主要適應于粘土、亞粘土、粉砂土 、回填土 、流砂層等松軟地層。根據不同的地質 、環境條件, 選用不同的施工工藝敷設直徑 40 ～ 2 500 mm 的各種地下管道, 距離可達十幾米至數百米。燃氣管道的管材多為鋼管 ( 主要是無縫鋼管和焊接鋼管) , 其次是機械接口鑄鐵管( 用于低壓煤氣) 和聚乙烯塑料管( PE 管) 。燃氣管道的直徑一般為 15 ～ 1 500 mm 。非開挖管線敷設的各種施工方法均適用燃氣管道的敷設[ 5 —10] 。
2 非開挖敷設技術的應用
我公司的環島路橫穿管工程橫跨廈門市環島路 K5 +225 m處, 該段有效路面寬60 m, 共敷設 7 根套管, 內穿 18 條管線 。用直徑D219 ×8的無縫鋼管作為鋼套管, 敷設一根D108 ×4 .5的燃氣中壓管, 總長 70 m。為不影響交通及不破壞新建路面的前提下, 確保環島路這一新型游覽勝地環境不受破壞, 而采用非開挖技術 。據地質勘察資料表明, 施工地段在地表下1 .2 ～ 2 .5 m以上為填筑土, 由砂土 、粉土、粘性土等組成的素填土。其下部均為細粒土質粗砂, 地下水位偏高, 而管道埋深大約2 .0 m, 采用導向鉆進鋪管施工完全能滿足該地段的施工要求 。
2 .1 技術原理
導向鉆進非開挖施工技術主要包括導向孔鉆進和擴孔拉管兩部分 。先利用導向鉆機、隨鉆測量儀以及有關鉆具沿欲敷設管道的設計軌跡鉆進一個導向孔, 然后回拉擴孔, 將孔徑擴大到鋪管所要求的口徑, 并將管道同步或分步拉入孔內, 實現不開挖鋪設管線( 見圖 1) 。鉆進成孔方式有干式和濕式 。干式鉆具由擠壓鉆頭、探頭和沖擊錘組成, 靠沖擊擠壓成孔, 不排土。濕式鉆具由射流鉆頭和探頭室組成, 以高壓水射流切割土層, 有時輔以驅式沖擊動力頭以破碎大塊軟礫石和硬土層, 是目前使用最多的成孔方式。
2 .2 施工工藝
( 1) 工作坑的構筑
工作坑包括起始工作坑和目標工作坑 。起始工作坑是設備操作的場所, 目標工作坑是擴孔和敷管時的工作場所。工作坑的選址需經地表測量和地下勘察, 盡量避開地下各種管線及地下構筑物。該工程應用管線探測儀對該地段地下管網進行勘察, 將工作坑的位置選擇在道路兩側的綠化帶上, 采用人工挖土的辦法進行挖掘。一般起始坑坑底長為管段長度 +1 m, 坑底寬為管徑 +1 m 。目標坑坑底可挖成正方形, 邊長為管徑+1 m 。
( 2) 導向孔軌跡的設計
導向鉆進的關鍵是導向孔的設計和施工 。導向孔的軌跡一般有三段 :第一造斜段、直線段、第二造斜段( 見圖 2) 。直線長度是管線穿越障礙物的實際長度, 第一造斜段是鉆桿進入敷管位置的過渡段, 第二造斜段是鉆桿出露地表的過渡段。因此, 對典型的導向鉆進敷管施工, 其導向孔的軌跡由以下幾個基本參數決定 :①穿越起點 B′;② 穿越終點 C ′; ③敷管深度 h ;④第一造斜段的曲率半徑 ρ1 ;⑤ 第二造斜段的曲率半徑 ρ2 ;ρ1 和 ρ2 主要由鉆桿的曲率半徑和待敷設管線的允許彎曲半徑決定 。
使導向孔距離增長, 另一方面也浪費管材, 因此一般用工作坑來代替第二造斜段 。該工程大部分使用的鋼管, 接頭是焊接的, 呈剛性, 則所需的水平精度要求高, 又受環境條件的限制, 第一造斜段也用工作坑來代替, 這樣只需考慮直線段( 見圖 3) 。當然, 設計導向孔時要綜合考慮工程要求、地層條件 、鉆桿的最小曲率半徑 、管線的允許曲率半徑、施工場地的條件 、敷管深度等多方面的因素, 最后優化設計出最佳的軌跡曲線 。
( 3) 導向孔的鉆進
導向孔鉆進時采用帶斜面的非對稱鉆頭。若回轉和給進同時進行, 鉆孔呈直線延伸, 即導向鉆頭進行直線鉆進 ;若只給進不回轉, 由于受斜面反力的作用, 鉆頭朝斜面法線的反方向鉆進, 即實現造斜鉆進 。因此, 鉆機操作人員可根據地表接收器探測出的鉆進參數( 鉆頭的位置、深度、頂角等) , 判斷鉆孔位置與設計軌跡的偏差, 并隨時進行調整, 以確保沿鉆孔的設計軌跡鉆進。本工程由于鋼管的導航精度高, 只需考慮直線段軌跡, 則采用給進加回轉的直線鉆進方法即可。
( 4) 擴孔
導向孔鉆進完成后, 在目標工作坑內卸下導向鉆頭, 換上擴孔鉆頭和旋轉接頭。利用施工土層為填筑土這一有利條件而采用三級擴孔( DN 100 mm, DN 200 mm, DN 300 mm) , 并最后進行一次干拉出土, 將導向孔孔徑擴大至所鋪設的管徑以上, 同時采用高分子聚合物優質泥漿輔助施工, 以冷卻鉆頭, 潤滑鉆具, 不使孔內多余土板結, 從而減少阻力, 使管道順利敷設 。
( 5) 鋼套管敷設
擴孔鉆進完成后, 在目標坑內下管, 將旋轉接頭后接上拉管頭和當前第一根待敷設的鋼管進行反擴敷管 。此鋼管前端制成尖錐型, 以防沙土進入, 再焊一U 型拉耳連接拉管頭 。當第一根鋼管拖入孔內, 然后焊接另一段鋼管, 再拖入 。直至擴孔鉆頭到達起始工作坑時, 完成敷管工作 。套管外壁進行與燃氣管道相同等級的防腐絕緣, 兩節套管焊接并檢驗合格后, 焊口作防腐絕緣層, 待防腐層實干后再開始進行拉管, 以免損傷防腐層 。敷管好時要保證管道焊接的同軸度 , 一方面有利于管道的順利敷設 ;另一方面可以減少敷設時的阻力 。
( 6) 燃氣管的安裝
安裝在套管內的燃氣管道需采用特殊加強防腐蝕層 。為了防止燃氣管道進入套管時損壞防腐絕緣層, 每隔一定長度, 在橫斷面上每 120°焊接一個管耳作為滑動支座, 用來支撐燃氣管 。焊接處用環氧煤瀝青進行防腐。當第一根燃氣管通過拉管頭拉入套管內, 留出管端在套管外與第二根管子組對焊接, 外觀檢查合格后, 立即用射線檢驗( 焊縫應 100 %射線檢查) 。合格后, 將焊口除銹, 作防腐層。待完全干透并用電火花檢漏儀檢驗合格后, 再往套管內送第二根管子 。周而復始, 直至完成。
3 結 語
( 1) 非開挖敷管施工開挖量少, 對地表干擾少 ; 施工過程中可控制施工方向, 精度較高( 偏差為3 % ～ 5 %) ;施工速度快, 半自動化操作 ;施工周期短 、成本低;適應土質范圍廣 。這些顯著優點使微控導向鉆進成為發展速度最快的一種非開挖施工技術, 近來廣泛用于燃氣、自來水、熱力、市政 、電信 、電力等管線工程部門。
( 2) 非開挖敷管施工也有不足之處, 不適用于砂層和礫石層 ;深度受到限制( 視探測器的能力而定, 一般在 10 m 以內) ;地下資料不明時, 施工時有觸電和損壞鄰近管線的危險 ;過于松軟的土質, 地道易坍塌等均不適宜導向鉆進操作 。——論文作者：劉 藝
參考文獻:
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