定向鉆管道非開挖技術及施工用于舊晉祠路改造
定向鉆管道非開挖技術及施工用于舊晉祠路改造
一、定向水平鉆管道非開挖技術及施工的目的及意義
目前,市政工程建設中,在城市繁華區和地下、水文地質情況復雜或者臨近鄰街建筑的情況下,排水管道或者其他管線的施工,不能明開挖施工時,需要采取非開挖技術解決問題。定向水平鉆在非開挖技術行業中,具有不開挖路面、不阻斷交通,不影響環境等優點,具有明顯的經濟效益和環境效益。本課題結合舊晉祠路改造工程項目研究定向水平鉆施工在實際施工中的應用,為以后的管道施工提供非開挖參考資料和經驗。
二、舊晉祠路改造工程定向水平鉆工程概況
舊晉祠路改造工程,污水管線施工過程中發現,①施工降水、鋼板樁支撐開挖后,溝槽兩側土體嚴重裂縫,對周邊建筑物產生不良影響,且存在安全隱患;②在局部段落因地下管線復雜、老舊,位置、走向、材質不明;③化工排洪渠常年流水不可明開挖等情況;④在局部段落管線臨近建筑物;⑤工期要求緊。上述段落,明挖施工存在如下不利因素:①安全隱患和環境影響;②功效低下;③施工周期長;④存在經濟賠償損失的可能。考慮在K0+472~K0+670,長204m;1+280~1+975,長700.5m兩段采用水平定向鉆(非開挖)施工污水。
三、施工方案及過程控制
1、沉井定位井
2、沉井定位井作用
非開挖水平定向鉆施工首先要符合設計要求的高程控制,為保證設計高程,在定向鉆施工之前先要布設沉井定位井。定位井應位于水平定向鉆的起始位置,并且最好在設計檢查井位置。沉井定位井的定位很關鍵,其作用如下:①將已完管道與拖管段在井位處準確連通;②定位井的封底高程即為設計過水面高程;③沉井定位井同時也是污水管道檢查井。
3、沉井定位井施工
沉井現場預制C25鋼筋砼矩形沉井,為定位井,內徑均為3.3m×1.5m,壁厚30cm。沉井與管道正交的每側壁預留D=1.2m的2個預留孔,作為管道穿越用。沉井封底時要符合設計高程。
沉井的定位要考慮如下因素:要將設計好的預留孔對準已完管頭,待沉井下沉到已完管頂時,將預留孔下混凝土鑿除,使管頭卡進預留孔,實現已完管道和拖管段落的連通。
4、水平定向鉆施工
本次穿越從樁號0+472處至樁號0+670處,在過橋鋪設管道時,采取繞橋基礎以外畫弧形穿越。采用管材為Φ800mmPE管,設計鋪管長度約204m,穿越長度約265m。
5、施工準備
6、技術準備
組織全體施工人員進行技術交底和安全交底,進行施工方案要點交底,要求所有施工人員熟悉本工程特點及技術要求。現場進行管線交底和摸查。
7、施工機具準備
要對鉆機、泥漿系統、控向系統、熱熔焊機等所有機具進行檢測保養到位,配備易損件。
8、定向鉆穿越過程
現場三通一平—→開挖工作坑(3m*5m鉆機側深度按高程)開挖泥漿池(3m×4m×2m出土點)—→鉆機調試安裝拖拉頭制作(φ800mm)—→泥漿調配—→鉆導向孔—→預擴孔Ф450mm—→預擴孔Ф600mm—→預擴孔Ф750mm—→預擴孔Ф900mm—→預擴孔Ф1050mm—→預擴孔Ф1200mm—→清孔Ф1050mm—→管材焊接—→拖管—→泥漿清運—→鉆機撤場、地貌恢復
9、關鍵過程控制
10、測量放線
根據施工圖、設計控制樁進行測量放線,放出線路軸線和施工作業帶邊界線。用經緯儀放出各個井位并給出各井位及沿途重要控制點的高程,作好記錄供導向孔鉆進時使用,用經緯儀放出鉆進路線,每隔20m標記樁供鉆進時使用。
11、泥漿控制
12、泥漿是定向穿越中的關鍵因素
(1)按照事先確定好的泥漿配比用一級鈉基膨潤土加上泥漿添加劑,配出符合要求的泥漿。
(2)使用的泥漿添加劑有:降失水劑、固壁劑、黏土分散劑等。
(3)為確保泥漿的性能,保證膨潤土有足夠的水化時間,我們采取兩套加料配漿系統,延長泥漿循環周期。
13、水源的采用
水源采用自來水,抽入水罐內加堿軟化,降低Ca、Mg離子含量,改善水質,同時提高水的pH值,水的pH值為9~10時最適合膨潤土的水化。
14、強化各施工過程泥漿性能調整
(1)斜孔段:泥漿的流動性能要好,結構性要強,保證鉆屑攜帶和孔眼清潔;控制泥漿的失水,防止塌孔。需增大固壁劑、降失水劑含量。
(2)水平孔段:要及時提高潤滑劑劑量,適當降低粘度和切力,保證泥漿的流變性能良好,使鉆屑順利返出地面;增強泥漿的潤滑性,減小鉆機旋轉及推進阻力。
(3)擴孔段:增強泥漿的造壁性能,防止孔壁塌陷,防止縮徑;需增大固壁劑、降水水劑劑量。
(4)回拖段:提高泥漿的潤滑性,降低摩擦阻力。增強攜屑效果,需提高潤滑劑劑量。
15、泥漿的黏度
根椐穿越段地層情況,在鉆導向孔階段,泥漿黏度控制在45s~
50s在預擴孔和回拖階段泥漿粘度提高5s~10s即達到50s~55s。
16、定向鉆穿越
17、鉆導向孔
(1)鉆導向孔的鉆具組合為:鉆頭+造斜短接+鉆桿。控向傳感器裝在鉆頭后艙內并緊固。
(2)把好控向關。在導向孔鉆進過程中使用無線控向系統,在出入土兩側地面布置地面信標系統,鉆頭內傳感器發射的信號將鉆具的位置反饋到控向室便于司鉆隨時掌握方向,利用地面信標系統可以準確找出穿越中心線的方位角,同時可以記錄鉆頭與地平面的夾角值。
18、預擴孔
(1)完成導向孔工作后,擴孔分五級進行,依次選用φ450mm、φ600mm、φ750mm、φ900mm、φ1050mm、φ1200mm的擴孔器進行預擴孔,然后進行清孔。導向孔鉆通后將鉆頭卸下,將鉆桿與Ф450mm擴孔器相連進行第一次預擴孔,回擴完成后把Ф450mm擴孔器斷開卸下,再將鉆桿推回至出土點后連接Ф600mm擴孔器回擴,循環操作直至預擴孔和清孔工序完成。
(2)擴孔過程應平穩緩慢,監視鉆機各項參數并做好記錄。
(3)根據出土點返漿情況調整泥漿量,保證孔內鉆屑能夠順利被泥漿帶到孔外。
(4)遇有地質情況發生變化鉆機參數不穩時應分析情況,調整擴孔速度。
(5)擴孔過程中產生的泥漿要及時處理。
19、回拖管線
(1)擴孔和清孔完成后將鉆桿推回至出土點,安裝上Ф1050mm擴孔器并與焊接好的管線連接,檢查擴孔器水眼是否通暢,確認無誤后開始回拖。
(2)管線回拖前,檢查管線沿線情況并設專人看護,防止管線在前進過程中出現意外。
(3)管線和鉆具的連接:鉆桿+Ф1050mm擴孔器+80t旋轉接頭+25tU型環+回拖頭,總體連接完成一起回拖。
(4)準備工作就緒后,回拖應一氣呵成,中間不得停頓,直至成品管線在鉆機側出土為止。
20、沉井內管頭預留孔封堵及造斜段處理
21、沉井內管頭預留孔封堵
管線回拖到位后,由于管頭與沉井預留孔洞間有空隙,需要及時防水封堵,避免管道周圍的泥漿從該空隙間流出,造成地質擾動,影響已完路面工程質量。
22、造斜段處理
在水平定向鉆施工回拖管線到位后,沉井兩端造斜段形成空管段,且其中是泥漿,是路基重大質量隱患,需要徹底換填處理。方案:對東側慢車道拖管擾動土體的造斜段深度范圍內進行泥漿挖除外運,換填片石至穩定后,再用水泥穩定碎石逐層回填碾壓密實至土路基高程。
四、經驗總結與探討
1、技術總結
(1)定位井位置和高程的控制直接影響到水平定向鉆是否能達到設計和規范要求。
(2)管材必須符合國家規范標準要求,否則會出現焊口拖裂。
(3)設計好出入點和鉆桿鉆進角度,保證高程和質量。
(4)管線回拖完畢后,沉井內管頭封堵要及時嚴密,否則泥漿的持續流出和清除會造成地質擾動,影響到周圍結構和建筑的質量、安全。
(5)造斜段必須進行專門換填壓實處理。
2、水平定向鉆施工總結
(1)水平定向鉆施工對于大管徑管道,因其預擴孔直徑達到
1200mm,如果管道埋深淺或地質易流沙時,易造成塌孔而影響整個定向穿越施工。舊晉祠路水位高、土質差,沉井定位井內管頭周圍空隙的及時封堵直接影響到周邊建筑質量安全。
(2)舊晉祠路改造工程,原方案為明開挖,深井降水,鋼板樁支護,溝槽換填級配碎石,工序繁多,周期長,且因為地下水位高,地質條件差易塌方,降水施工過程中,對周邊建筑和地面形成不同程度的拉裂、擾動,產生了額外的經濟補償損失。相對而言,水平定向鉆施工具有不開挖路面、不阻斷交通,不影響環境,周期短等優點,具有明顯的經濟效益和環境效益。
榮山水平定向鉆施工技術在非開挖領域極具潛能,尤其在城市繁華區、穿越河道、路口和地下、水文地質情況復雜或者臨近建筑的情況下,排水管道或者其他管線的施工,不能明開挖施工時,可以采取非開挖方式——水平定向鉆施工技術。
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