水平定向钻进拉管施工技术在市政管网工程中的应用研究

水平定向钻进拉管施工技术在市政管网工程中的应用研究

王宇昕

中国铁建港航局集团有限公司总承包分公司 广东珠海 519000

摘要：市政管网工程施工虽然对整个城市来说具有重要的意义,但是其受施工条件的限制,无法大规模施工。在一些交通枢纽中,为了在满足交通畅通的基础上进行管网工程施工,可以应用水平定向钻进拉管施工技术,该技术不需要开槽埋管,除了可以减少对交通的影响,对施工地层结构的破坏程度也比较小,施工更安全可靠,且几乎不会对环境造成污染。基于此,文章从水平定向钻进拉管施工技术的原理、特点以及适用范围出发,探究了其在市政管网工程中的应用。

关键词：水平定向钻进拉管施工技术; 市政管网工程; 质量通病;

1 水平定向钻进拉管施工技术概述

1.1 工作原理

水平定向钻进拉管施工技术是一种需要进行工作井的挖掘就可以快速、高效地完成地下管线钻进的施工方法。在使用的过程中,通常会通过定向钻机、导向钻头以及导向仪等设备来完成。具体来说,施工人员需要按照提前设计好的轨迹来进行钻孔操作,先设置先导孔,在该钻头在穿越到障碍物的另一端并露出之后,需要将导向钻头换成扩孔钻头,同时铺上相应的管线,进行反向扩孔,并将这些管线拉入钻孔中。在这个过程中,还可以根据钻机的能力和管线的直径,先进行扩孔之后再拉管线,这样可以使后续的操作变得更加方便,同时也可以避免铺设管线因为空间不足或者与钻榍摩擦而损坏的问题。待所有的钻孔都被拉回之后,铺管的工作就可以完成。

1.2 工艺特点

与普通的管网施工技术相比,水平定向钻进拉管施工技术在以下三个方面具有明显的优势。第一是它的施工工艺比较简单,施工人员可以更好地进行操作。在实际施工的时候,只需要做好现场勘查、设计好具体的穿越线路,然后使钻头与管道相互连接并使钻机就位就可以完成施工。第二是大部分的作业流程都是在地面上操作的,有时候也需要进行深基坑作业,也不会面临着不良的施工条件,这对施工人员来说具有较高的安全性。与此同时,在管道连接的过程中,接头也比较直观,拉管可以一致性铺成,连接的质量也比较高。第三是这种技术的施工时间比较短,它可以实现对施工周期的减缩。同时,周围环境对施工效果的影响较小,施工流程对地层、交通等的影响也比较小,因此可以产生更为显著的社会和经济效益。

1.3 适用范围

水平定向钻进拉管施工技术的适用范围比较广阔,对需要穿越河流和障碍物的管道铺设都具有较强的适用性,对那些不适合进行开挖的管网工程也都适用。从地层的角度来说,该技术的适应力比较强,除砾石层之外,都比较适用。无论是含水层还是软土层,该技术都可以展现出较强的优势。

2 水平定向钻进拉管施工技术在市政管网工程中的主要应用流程

2.1 泥浆配置

在水平定向钻进拉管施工的过程中,泥浆是最主要的要素,它不仅可以润滑和冷却钻具,同时还可以使孔壁结构变得更加稳定。在回拖铺管的时候,泥浆还可以使管线与孔壁之间的摩擦阻力降低,以此来实现对管线外壁保护层的保护。在施工过程中所使用的泥浆主要是由水、膨润土构成,为了增强应用效果,施工人员还会在其中加入少量的聚合物。为了使泥浆的性能得到充分发挥,在使用之前还需要使膨润土充分水化,除了要预留足够的水化时间,还可以使用快速水化装置。除此之外,为了实现资源的合理利用,还可以通过泥浆收集池来实现对泥浆的二次回收。

2.2 导向管施工

导向施工前,需对拟施工地段进行地下管线排查,邀请各单位管线巡查员进行现场交底,交底需要明确管线位置、管线高程或我方水平定向钻安全的施工区域。

在做好对轴线分段位置进行合理设计之后,施工人员需要开挖工作坑和接收坑。在钻机可以正常运行之后,施工人员需要按照设计图纸中的轴线轨迹进行钻进施工。具体来说,在开钻的时候需要轻压慢转,进入直线段之后就要轻压快转,提高施工效率,并以此来提高钻具的导向性和稳定性。在这个过程中,导向仪会发挥作用,对钻头的位置进行实时监测,同时做好对钻杆编号、钻头深度以及具体平面位置等信息的监测和记录。通过将这些信息与设计轨迹相对比,可以判断钻井施工是否与原轨迹相偏离,如果发生了偏离的话,则可以通过调整钻头方向的方式进行纠正。与此同时,在这个过程中还需要关注钻机的运行情况,确保钻机无扭矩、没有出现钻压突变等情况,如果发现问题的话需要立刻停止施工,采取相应的措施进行改善。

2.3 扩孔施工

在完成导向孔施工之后,施工人员需要将起始杆和导向钻头卸下,然后使用扩钻头,沿着导向孔的轴线完成回扩的操作。通常来说,孔径需要达到铺管线路管径的1.2倍左右才能确保管线的顺利铺入。实践证明,回扩的过程容易出现泥浆漏失的问题,为了使整个钻进的过程都能持续返浆,工作人员需要对泥浆的性能参数进行检查,同时还要结合实际情况来控制回扩钻井的速度,这样可以使排渣的过程变得更加顺利。除此之外,在扩孔施工的过程中,工作人员还需要做好对施工记录的保留,通过数据对比的方式来了解钻进时间、扭矩、拉力等要素的情况,如果存在异常的话需要做好相应的处理。

2.4 回拖铺管

在水平定向钻进拉网施工的过程,使用的管道主要是PE管,该管道需要通过电热熔的方式进行铺设。具体来说,需要将PE管的生产长度熔接成与施工能管线一致的长度,然后安装拉管头,确保各个部件之间牢固连接。在这之后,施工人员需要带动钻杆旋转和后退,在扩孔的同时将管道线路回拖到工作坑中。在这个过程中,要保持作业的平稳、顺利以及连续,尽量一次性地完成作业,如果中途停工的话会导致阻力增加、回拖困难的情况。

3 水平定向钻进拉管施工技术在市政管网工程中的质量通病及其预防

3.1 卡钻

如果市政管网工程的施工土层含有较多的砂砾,或者为钙质土层的话,就可能会出现卡钻的情况。面对这样的情况,施工人员需要重新配比泥浆的量,然后使用泥浆泵与挖掘机将钻杆撤到卡钻区。与此同时,工作人员还需要对卡钻的原因进行总结,通过调整泥浆配比的方式来使泥浆的切力与黏度都不断增加。在这之后,还需要使用推力更大的钻机和与其相匹配的钻头来钻进导向孔。

3.2 钻孔塌方

在市政管网工程中,钻孔液的合理使用是十分有必要的,其作用的发挥与钻孔、回拖等操作都具有直接的关系。在钻孔的过程中,如果地质比较松软的话,很难形成孔洞结构,容易出现塌方的问题。为了避免这一问题的出现,要提高施工用泥浆的护壁性。只有提高泥饼的控水性和使用质量才能确保钻进的性能。除此之外,在面对不同的地层结构,所需要的泥浆性能也是不相同的。

在工程中,泥浆是重要的钻进冲洗液,对钻孔的质量起到了重要的影响。在泥浆配置的过程中,需要使用优质的膨润土,并将其按照比例加入泥浆中,最终经过搅拌系统的搅拌注入洞中,可以使钻具更为润滑、孔壁也变得更为稳定,钻进过程中的回转扭矩和回拉力都可以进一步降低。

4 结束语

水平定向钻进拉网施工技术已经在很多工程中得到了应用,并展现出了明显的优势和广阔的应用前景。笔者参与实施的宜兴市城乡管网(第二批)EPC工程中的新中路污水工程、太湖大道支管工程等,均采用了水平定向钻施工工艺。

在现代化市政管网工程中,该技术的应用受到了越来越多人的青睐。在施工的过程中,工作人员需要做好充足的调查和定位工作,然后需要做好对泥浆的配置,同时要重视导线管施工和扩管施工这两个环节,并做好铺管的回拖工作。除此之外,还需要做好对卡钻和钻孔塌方这两个常见质量通病的防治,并关注长距离穿越施工。

参考文献

[1]高立新,金谦,林文卓,等.2012年“华夏建设科学技术奖”获奖项目(二等奖)城市市政新型管网系统关键技术研究与开发[J].建设科技,2018(Z1):126-128+132.

[2]李炳平,叶成明,李小杰,等.水平定向钻进技术在浅层低渗透性含水层地下水开采中的试验研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2018,37 (10):65-69.