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市政管线丨定向钻技术在市政管线工程中的设计要点及应用
2019-07-18 15:44:16
浏览:360

摘要:

论述定向钻技术的适用条件及工艺特点。结合给水管道工程实例,阐述定向钻技术的主要设计参数的选取原则及设计的注意事项、运用效果可供类似工程的设计进行参考。



1. 工程概述


某市政工程为上海临港奉贤园区新四平公路配套给水工程。给水管道直径为DN500,埋地给水管道需穿越园区内现状人民塘河道,河道两侧蓝线宽度为60m,河底高程为-1.0m,河岸高程为4.0m,人民塘河道两侧均为新建生态护坡。现状跨河公路桥的桥墩跨度为35m。该路段交通流量较大,工程范围内有雨水管、污水管、通信管及光缆等各类型管线,土层自上而下以杂填土、粉质黏土及淤泥质粉质黏土为主,地下水水位较高。



当采用自承式平直架空管道跨越河道时,根据相关规范要求,DN500管道的最大允许单跨跨度不足21m,以桥管形式尚需在河道内增设管道支墩,实施难度较大。当采用开挖河道形式敷设管道时,将不可避免对已建成河道护坡造成破坏,且围堰法导流易胜博官网工序较为复杂,易胜博官网降排水费用较高,整体易胜博官网成本较大。为避免对已建成河道护坡造成破坏,保证易胜博官网安全,减少对路段现有交通影响及缩短工期,节约易胜博官网成本,决定采用定向钻技术以非开挖形式穿越该处河道。




2. 设计要点

2.1 前期勘察


市政管线工程采用定向钻技术易胜博官网前,首先要掌握相关穿越公路、河道、管线规划、地形地貌测量资料、地质勘察等资料,并对地下管线及地下障碍物进行探测及复核确认。


结合现场勘察情况及易胜博官网安全性、经济性,对管线采用定向钻进线路的可行性进行复核,并在此基础上进行管线定向钻进方案设计。



2.2 管材比选

通常采用定向钻技术进行管道敷设的单根管线或管束外径不宜超过1m进行比选,以及综合考虑管材除能承受管道内压及管外动、静荷载之外,尚需能承受易胜博官网过程中的回拖力。常用的定向钻管材为柔性管材,主要有钢管、高密度聚乙烯管(HDPE)2种。2种管材的性能比较见表1。


表1 定向钻管材性能比较表



结合本工程实际情况,由于定向钻穿越人民塘河道长度较短,易胜博官网场地有限,易胜博官网工期要求较短,本工程选用高密度聚乙烯管(HDPE)作为定向钻穿越管材。



2.3 导向轨迹设计


定向钻管材选定后,应进行导向孔轨迹设计,以保证管线行进位置的准确性。

导向孔轨迹一般由“斜线段一曲线段一水平直线段一曲线段一斜线段”组成,设计参数主要包括管道覆土埋深、管道水平段长度、管道的出土点及入土点位置、管道出土角及入土角和曲线段的曲率半径等。典型的导向孔轨迹设计图见图1。


图1 典型的导向孔轨迹设计图



1)管道覆土埋深(H)。


管道采用定向钻技术越城市道路、高等级公路、河道时,应满足相关专业规范要求。本工程直孔钻进段管顶距离人民塘规划河底标高为3m。



2)入土角及出土角(a1、a2)。


为保证管道顺利回拖,管道的出土角不应过小或过大。实际应用中,HDPE管材的出土角及入土角可按表1选取。


表1HDPE管材的出土及入土角(。



本工程管线出土角及入土角均为12.3°。



3)曲率半径。


定向钻敷设的最小曲率半径由钻杆的弯曲强度确定,HDPE管的最小曲率半径与管道直径相关。本工程中曲率半径取300倍的管道直径。



4)端部接口。


为保证管道的正常使用,应在出口连接段及入口连接段各设置较大幅度伸缩接头,既可降低因管道强度不足造成破坏,又可减少由于镇墩设置带来的借地或征地现象,节约资源。本工程拟定定向钻进轨迹图见图2。



图2 拟定定向钻进轨迹图(m)



2.4 易胜博官网要点


1)钻孔泥浆配制。


结合本工程淤泥质土层的实际情况,泥浆配制不仅需要考虑维持钻孔稳定性,还需考虑对土层中泥沙的携带性能及对管道钻进的润滑性。造浆材料主要包括膨润土、防滤失剂、润滑剂、防塌剂等。



2)导向孔的钻进。


导向孔易胜博官网最重要的技术环节是钻孔轨迹的监测及控制。易胜博官网时,根据设计好的钻孔轨迹,注入膨润土泥浆,通过易胜博手机上的仪表数据控制导向仪的方位、曲线深度,据此生成精准而平滑的导向孔。



3)扩孔。


扩孔的主要目的是将钻孔孔径扩大至能容纳敷设管线的大小,扩孔直径需结合地层情况及管线的类型确定。一般情况下,扩孔终孔的直径为管道外径的1.2~1.5倍。本工程易胜博官网中采用逐级扩孔方案,即分别用150mm、300mm、400mm、600mm和800mm的扩孔器进行扩孔。


扩孔结束后,采用800mm扩孔器进行清孔,以排除孔内钻屑,并对孔壁进行修复,为下一步管道回拖创造条件。



4)管道回拖。


扩孔完成后,为保障钻孔稳定,使管道在回拉时处于安全拉伸应力范围内,扩孔结束后应立即进行管道回拉]。管道回拖前,首先复核管线接头及管线与扩孔器的连接是否牢固,并预先做好回拖过程中的应急预案。同时,管道发送沟内应进行注水,为沟内管道提供一定的浮托力,减小管道与地表的摩擦因数。



管道回拖入孔角度应尽量与导向孔钻杆的出土角度一致,且回拖过程中应尽量一次性完成,避免发生塌孔现象。在回拖结束后,必须对钻孔进行注浆加固,并对管道两端进行封堵,以防止异物进入管内,对实际轴线进行补充测量,便于今后维护及管理。



在HDPE管道回拉完成后,考虑到管道在回拖力作用下有一定的伸长,热胀冷缩也会产生一定的纵向位移,管材与周边土壤达到热平衡也需要一定时间。因此,HDPE管完成回拉后,应24h后再进行管道切割及连接,防止管道回缩,影响管道连接的稳定性。




3. 工程实际效果


目前,该管道工程采用定向钻形式跨越人民塘河道段已顺利竣工并投入运行,据业主及有关部门反馈,采用定向钻技术易胜博官网工期仅为1周,工期较传统开挖易胜博官网工艺明显缩短;且易胜博官网未对现状河道护岸产生任何破坏,跨河公路桥段交通在易胜博官网期间保持正常,工程范围内的现状雨水管、污水管、通信管及电缆也未受到影响,属环境友好型易胜博官网工艺,有效节约工程投资。管道自运行以来安全稳定,工程实际效果良好。




4. 结语


1)随着我国城镇基础设施建设的不断发展,市政管道工程的易胜博官网技术也在不断提高。定向钻技术作为一种免开槽管道敷设技术,在管线穿越公路、铁路、河道等工程中得到广泛的应用。与传统开槽埋管法相比,定向钻技术具有易胜博官网工期短、不影响城市交通、有利于保护环境等优势,有着良好的经济及社会效益。



2)当市政管线穿越河道段采用定向钻技术时,前期现场勘察、管材选用、定向钻轨迹确定及制订合理的易胜博官网方案是保证工程安全可靠、经济合理的关键。本文对该部分要点进行系统分析,希望能为类似工程提供参考。



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