拉管施工技术在管线穿越道路中的应用

拉管施工技术在管线穿越道路中的应用

杨锦涛1王争光2赫秋国3  蓝平4 

中铁铁工城市建设有限公司

摘要：拉管施工技术作为一种新型地下管线技术手段，在我国城市化建设中发挥重要作用，不需要开挖就能让管线穿越道路，不会对周围建筑物、道路、地下设施等造成损害，施工过程安全性较高。因此，本文主要介绍拉管施工技术原理，探究其在管线穿越道路中的应用，以期为城市道路建设提供一种更加高效、安全、环保的解决方案。

关键词：拉管施工技术；管线穿越；原理；应用

随着城市化建设的不断推进，城市道路的建设也日益发展，在道路建设中，管线的穿越是一个常见的问题，传统的开挖施工方式不仅工期长、成本高，而且还会对道路交通、城市环境造成一定的影响。在这种情况下，拉管施工技术应运而生，这是一种无需开挖、无需暂停交通的管道穿越技术，利用一种特殊的装置，将管道沿着预定的路径拉进地下，从而实现管道的穿越。拉管施工技术可以应用于各种地质环境和管道类型，适用于各种管线的安装和维修，具有工期短、成本低、施工安全、对环境影响小等优点，在穿越道路中应用具有良好优势。

1 拉管施工技术原理

拉管施工技术的原理是通过一种特殊的装置，将管道沿着预定的路径拉进地下，从而实现管道的穿越。该装置由拉管头和钢绳组成，拉管头通过钢绳连接到液压机上，液压机的作用是提供足够的拉力，将管道沿着预定的路径拉进地下[1]。具体而言，通过水平定向钻引导钻头钻进到钻杆中推进，在导向钻头中安装发射棒，进而将地下钻探的深度、角度和走向等信号发给地面，促使地面施工人员结合施工要求对钻机进行操作，导向钻头是鸭掌斜面形，通过应用钻头前部分的水流射孔喷射出来的高压水，在土壤中喷射成孔，然后利用钻头的鸭掌斜面对钻杆的走向进行调节与控制，进而在施工要求位置完成出土操作，在钻杆出土之后进行回扩，再通过钻头对导向孔进行扩大，直到设计标准位置，最后将所需要的各种管材回拖进来，实现管线穿越道路[2]。

2 拉管施工技术在管线穿越道路中的应用

本文在探究拉管施工技术在管线穿越道路中的应用时，选择某供水管网建设工程进行分析，该工程是为了解决乡镇饮水安全问题，使用管径为D600PE管穿越高速公路，为了保证高速公路通行安全，管道穿越深度为6米。根据前期地质勘查资料可以了解到，穿越层的地质主要是粉质粘土，干强度和韧性较低，要在完成拉管施工技术之后进行注浆加固操作。

2.1 准备工作

2.1.1 拉管拉力计算

（1）摩擦力：首先要计算管道内压力W。假设管道长度为L（m）、外径为D（m）、壁厚为t（m）、内径d（m）、重量（聚乙烯管取值9.41-9.71kN/m3，尼龙管取值10kN/m3），泥浆重量（kN/m3），以此计算管道内压力的值，

W=π      （1）

然后再计算管件拉进产生的摩擦力，

                   （2）

其中为摩擦阻力（kN），f为泥浆摩擦系数（取值0.2-0.6）。

（2）泥浆粘滞力：通常在拉管施工技术应用过程中会在管材和孔壁之间注入泥浆，但是流动的泥浆具有一定的粘滞性，会对拉管产生粘滞力（），

=πDLK                 （3）

其中K为粘滞系数（取值0.01-0.1kN/m2）。

（3）弯曲阻力：一般管件入土和出土时会存在曲度角（e），管件通过这段弯曲弧长（）时会产生额外拉管阻力，也就是弯曲阻力（），计算公式如下，

（fW）         （4）

其中为这段弯曲弧长的泥浆摩擦系数（取值0.2-0.6）。

（4）扩孔钻头迎面阻力：拉管施工技术在应用的过程中钻孔头前面会产生一个迎面阻力，计算公式如下：

           （5）

其中为扩孔钻头迎面阻力，为扩孔钻头外径（是D的1.1-1.3倍），为迎面土挤压力（在护孔泥浆粘性土中为50-60kN/m2，在砂性土中为80-100kN/m2）。

根据分析得到最大拉管阻力计算公式：

++        （6）

2.1.2 设备准备

根据上述工具，结合具体数据，即拉管长度180m，入土和出土时弯曲度18°，入土和出土段长度23m，管径D600，管厚22.3mm，泥浆粘度18s，失水量14ml，以此根据公式（6）得出D600的96.40-308.65kN，因此使用的钻机为320kN 的ZT40型，其余施工使用的设备还包括液压机、定位工具、监测仪器、挖掘机、注浆泵、潜水泵、吊车等设备，设备准备数量具体根据工程实施情况和要求进行准备。

2.1.3 场地准备

（1）确定施工地点和路线：在施工前需要确定穿越道路的位置和路线，并进行现场勘察和测量。

（2）清理工作区域：清理施工现场，包括清理垃圾、杂草、沙石等杂物[3]。

（3）土方回填：将穿越道路的两侧进行土方回填，以便在地下形成一条平滑的穿越通道。

（4）标记管线位置：在地面上用涂料或标志物标记管线位置，便于施工时进行定位。

（5）通知相关部门：在进行施工前，需要通知相关部门，如交通管理部门，以确保施工安全，避免影响交通。

（6）制定施工方案：根据现场情况，制定详细的施工方案，包括施工路线、施工时间、施工人员等，以确保施工的顺利进行。

2.1.4 钻液准备

由于拉管施工技术的应用需要钻杆钻探，这一操作需要应用到钻液，因此钻液质量将会直接影响到拉管施工技术的应用良好。通常而言，钻液具有冷却钻头、润滑钻具的效果，而且还能携带出钻屑，让钻屑混合入泥浆中一同排出孔外，不仅能够为回拖管线提供宽阔的环形空间，而且还能降低回拖管线时的阻力[4]。具体来说，要根据穿越地层的特点和钻头的类型，制定钻液配比方案，一般钻液包括泥浆、水和化学药品，在本工程中，钻液配合比为75%的水+20%膨润土+1%转液宝。同时，建立钻液循环系统，包括钻井液循环泵、钻井液储罐、液位计、过滤器、分离器等设备，确保钻液的循环和清洁，并监测钻液的性质，包括密度、黏度、PH值等，保证钻液稳定性和工作效率。此外，还要提前储备足够的钻液，以便在钻井过程中及时补充，确保钻液循环的连续性。

2.1.5 工作坑准备

根据管线的位置和尺寸，确定工作坑的位置和尺寸。一般来说，工作坑的深度应该超过管线的埋深，并考虑到施工设备和人员的安全空间，主工作坑的长度、宽度和深度分别为15米、3米、3米，副工作坑的长度宽度、深度分别为5.5米、4米、3米。

在准备工作坑的过程中，在主工作坑的背后利用140工字钢竖排密打，桩长为10米，其余三侧应用40#工字钢横排咬打，桩长为8米。

在工作坑开挖环节，要采用人机配合开挖模式，一边开挖一边做好支护工作，当开挖到支撑位置时，要先做好支撑工作之后再进行开挖，严禁超挖后支撑。在开挖到距离地面0.8的位置时，要应用双层132工字钢进行第一道支撑，在中间合适的位置增加一道双层工字钢进行横撑，保证框架稳定性。当开挖至距离地面2.4米的位置时，应用单层132工字钢进行第二道支撑，每一道支撑框架的四个角的位置，都应用双层八角进行支撑，并实施满焊操作。在框架和钢板桩之间空隙用刚性材料进行填缝[5]。在完成上述操作之后，在工作坑内设置一座直径为0.6米，深度为0.8米的集水井，然后利用水泵进行排水操作。

2.2 导向钻进

钻机到达施工场地之后，对钻机的导杆高度进行调整，要比设计位置略高，然后从水平位置导入到土中，在钻机前端安装导向系统，包括导向头和导向套管，导向头和导向套管的直径要略大于管道直径，以确保导向的准确性。进而钻机开始向地下钻进，同时通过导向头和导向套管的作用，确保钻孔的直线度和偏差角度不超过规定范围，钻进过程中要及时监测井斜、方位和深度等参数，及时发现偏位问题并纠正。地面接收器具备显示和发射信号的作用，可以显示接收到的孔底信息，施工人员再结合信息反馈对钻机进行控制，引导钻机按照正确的轨迹前行，在这个过程中，施工人员要将所有信息详细记录下来[6]。

为了确保钻机导向头能够按照施工人员发出的指令行走，就需要在管道线路布点之后对控制点进行加密加细操作，每间隔3米设置中线、高程控制点，然后利用木桩进行标记，并且在桩点周围利用混凝土进行保护，施工人员按照点位进行设备操作。结合以上施工经验，PE管内拉动的过程中会受到重力的影响，出现管道下沉的情况，因此在本工程钻进的过程中，选择的钻进点要略高于设计管中线的位置，进而减少管道自重对高程的影响。

2.3 扩孔

在本工程中，扩孔分为两次回扩，第一次扩到管径的1.2倍，最终为管道外径的1.5倍。会拉扩孔铺管的长度为226米，在施工过程中，要避免泥浆中途供应不足出现塌孔的情况，就需要结合施工具体情况，应用两个泥浆池通过钻机泵送系统进行泥浆供应，并结合返浆状况判断泥浆供应是否充足，并且将钻孔中返出来的泥浆及时运走，保证工作坑内的干燥。根据现场实验人员的检测，泥浆粘度为18s，pH值为8-10，这样能够保证孔壁的稳定性，起到泥浆护壁的效果[7]。

2.4 焊接

应用电熔连接机对PE管进行焊接，将待焊接的PE管端面用刮刀刮平，去除表面杂质和氧化物，确保管道端面干净光滑。然后在电熔连接机上安装合适的焊头，并将机器预热到适当的焊接温度，用夹具将管道固定住，然后实施焊接操作，当管道材料熔化后，关闭电熔连接机，使焊头和管道冷却。

2.4 拉管

在进行拉管施工之前，需要先对PE管管道进行清洗、消毒和检查，并选择合适的拉管设备和工具。然后，通过封套将管头密封严实，并将回扩头安装在管头后端。接着，应用分动器在管后进行接管，将管道放入工作井中，然后取出分动器、回扩头、钻杆，堵死堵头。接下来，将拉管器置入钻孔中，并通过控制拉力和方向，将管道从钻孔中拉出。在拉管的过程中，需要注意管道的安全和稳定性，确保管道不发生弯曲、脱落等问题。当管道拉到目标位置后，需要检查管道的位置和质量，确认拉管结束。如果需要，可以进行清洗、消毒等后续工作。总之，在拉管施工过程中，需要严格遵守操作规程，确保施工质量和安全。

2.5  注浆加固

在管道拉通之后，为了避免出现地面沉降等安全问题，需要采用孔内注浆的形式进行加固。孔内注浆是一种常用的加固方法，通过在钻孔孔壁和管道外壁之间注入浆液，形成坚实的注浆体，从而增强管道的支撑力和抗压能力。在进行孔内注浆之前，需要先对钻孔进行清理和处理，确保孔壁干燥、平整和无杂质，然后选择适合的注浆材料，根据注浆体积和孔壁状态，进行合理的注浆方案和操作。在注浆过程中，需要注意浆液的流量、压力和浆液均匀性，确保注浆体密实、均匀和无空隙。

3 结语

拉管施工技术在管线穿越道路中的应用，是一项非常重要的工程技术，可以有效提高管线施工的效率和质量，降低工程成本和风险。通过合理的施工方案、科学的施工管理和严格的安全控制，可以确保管道在道路穿越过程中的稳定性和安全性，有效避免了管道损坏和事故的发生。

参考文献：

[1]吴九红.过路电力排管水平定向钻拖拉管施工技术应用[J].安徽建筑,2023,30(05):56-57.

[2]唐巍.非开挖拖拉管技术在市政排水工程中的应用初探[J].江西建材,2022(12):312-313+316.

[3]杨婧,孟志豪. 拉顶结合式矩形掘进机在顶管施工过程中的关键技术研究[C]//《施工技术》杂志社,亚太建设科技信息研究院有限公司.2022年全国土木工程施工技术交流会论文集（中册）.2022年全国土木工程施工技术交流会论文集（中册）,2022:265-267.

[4]王建新.基于定向钻导向的承插型管道顶拉施工技术[J].广东土木与建筑,2022,29(09):114-116+120.

[5]狄传纲.非开挖水平定向钻机拉管相关施工技术研究[J].中国高新科技,2022(17):57-59.

[6]许盛雄.非开挖拉管施工技术在市政工程给排水项目中的应用探讨[J].江西建材,2021(12):163-164+167.

[7]蔡华模.市政管道工程非开挖水平定向钻进拉管施工技术[J].工程机械与维修,2021(06):272-273.