水平定向钻拖拉管技术在城镇污水管网工程中的应用和探讨

杨早 李铭 冯梅

摘要：本文通过对水平定向钻拖拉管技术的工作原理、技术特点、适用范围进行了详细阐述，并通过工程实例，对拖拉管技术在污水管道中的应用和问题进行了介绍和分析，希望能为该技术在污水管网工程中的推广应用提供参考借鉴。

关键词：非开挖铺管;污水管道;导向钻进;泥浆配比

1 背景与概况

随着我国近年来陆续出台“水十条”、“提质增效三年计划”等水污染防治政策，各地城镇纷纷开始兴建污水处理厂和污水收集管网。开挖路面进行地下污水管线施工导致的各类交通问题、社会问题和环境污染问题已经越来越受到人们的关注。非开挖地下管线施工技术因具有不影响交通、不污染环境、施工周期短、综合成本低等优点，近年来在市政管道设计施工中获得广泛应用。

2 水平定向钻拖拉管简介

2.1  工作原理

水平定向钻拖拉管技术是利用定向钻机、导向钻头、扩孔钻头和导向仪等施工设备，按照设计的钻孔弧形轨迹，采用定向钻先施工一个近似水平的先导孔，待先导孔钻头在障碍物（河流、道路等）的另一端露出后，将导向钻头更换为大直径的扩孔钻头进行反向扩孔，最后将待铺设管线拉入钻孔，待全部钻杆被拉回时，铺管完毕[1]。

2.2 技术特点

（1）施工不影响地上功能正常使用;（2）减少地面开挖、恢复造成的投资浪费;（3）施工速度快，缩短工期，节约工程成本;（4）节省劳力，安全可靠。

2.3 适用范围

（1）水平定向钻拖拉管技术是一种非开挖铺管技术，适用于穿越建筑、道路、河流湖泊等障碍的管道敷设以及不适合明挖开槽的市政地下管线施工;（2）适用于各种地层，包括黏土、淤泥、砂层、含水层等，不适用于砾石层、风化岩层;（3）适用管材一般为PE管、PVC管和钢管等，管径为DN200-DN1200，管线最长可达1500m[1]。

3应用实例

3.1 工程概况

麻城市某污水管网工程，工程位于麻城市河东集镇，周边房屋密集，交通运输繁重，且地下管线复杂。工程目标：污水管网沿城镇主干道和次干道两侧辅路或人行道铺设，收集道路两侧的生活污水，输送至污水厂处理排放。污水管道设计采用DN300、DN400、DN500和DN800四种管径，埋深2.5m～8.0m，铺设总长约17.34km，设计污水量3.0万m3/d。为了最大程度地减少对周边居民生活的影响，污水管道广泛采用了水平定向钻拖拉管技术，缩短了施工工期，减少了对周边居民的影响，取得显著的经济效益和社会效益。

3.2 前期调查

水平定向钻拖拉管施工前，应对预埋管施工区域的地上和地下地质情况进行全面的调查，结合污水管设计要求，合理确定管线走向和进出洞位置，在满足拖拉管施工需要的同时，应尽量减小对周边企业、居民正常生产生活的影响。

3.3 污水管道采用拖拉管实施的影响因素

影响水平定向钻拖拉管铺管的主要因素是地质情况、污水管设计坡度、水力学特征以及所期望的施工精度。根据经验，成功进行水平定向钻拖拉管施工的理想地质条件一般是均匀的土层，例如粉土层、粘土层、粉砂层和中细砂层等，在含有大量砾石的地质情况下必须进行特殊设计，否则难以成功[2]。

设计管道坡度与管道水力学设计需保证污水管道的长期运行，设计既要考虑水平定向钻拖拉管技术所能达到的坡度，也要考虑合理的污水管流速，避免淤积。

3.4 拖拉管施工技术要点

（1）导向孔轨迹的设计。导向孔是扩孔拉管的母线，也是最终成形的管线孔，与其他压力流管道不同，污水管道对应坡度、埋深允许误差有严格的要求，施工难度较大。污水管线设计既要考虑现场实际情况，又要满足施工基本条件，确保管线有较小的入土角度，一般不宜超过10度，出土角按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定，一般不宜超过20度。（2）管道回拉力计算。水平定向钻回拉力计算是一个关键环节，直接关系钻机和管材的选型，正确计算回拉力至关重要，回拉力计算可参考CECS 382：2014技术规程。（3）定向钻的选型。定向钻选型宜根据回拉及计算值1.5～3倍选择。（4）管材的选用。根据设计文件，本工程管材采用HDPE平壁拖拉管，该管具有如下特点：a. 韧性高，抗拉能力强，抗刮痕能力强;b. 采用热熔连接，密封性好，连接强度高于管道本身强度，适用于拖拉工艺;c. 管道可挠性能好，管道走向容易调整;d. 快速裂纹传递抵抗能力好。（5）泥浆的配置。在定向钻进施工中，泥浆是工程的血液，当钻进中遇到流砂或松散土层时，可采用PH值8.9的水配置膨润土，使泥浆达到最佳状态，而维持PH值的一种方法是加入适量纯碱提高PH值。另外，保持合适的粘度可使泥浆有效地悬浮固相和稳定钻孔，可采用改性聚合物提高粘度，减少钻孔的失水量。（6）导向孔施工。根据测量定位轴线，操作水平定向钻机按设计轨迹钻进，地面上采用控向仪等设备控制钻头的方向和深度，严格按设计轨迹轴线形成一条DN100的圆孔通道，通道中心即为所需铺设污水管道的中心线[1]。第一根钻杆入土钻进时，采用轻压慢转的方式，进入平直段后采用轻压快转方式钻进。施工过程中，应密切注意有无扭矩、钻压突变、泥浆泄漏等异常情况，发现问题应立即停止施工，查明原因并采取相应措施后再施工。（7）扩孔施工。导向孔施工完成后，卸下导向钻头和起始钻杆，更换回扩钻头进行回扩施工，施工钻进扩孔的直径应为设计管道直径的1.3～1.5倍。以DN500污水管为例进行说明：DN500管道的最大扩孔直径为Φ700，扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁、润滑效果，在首道扩孔时须做到高转速、低拉力的情况下进行。在Φ700回扩结束时，采用冲洗方法检查扩孔有没有垮塌现象，孔径收敛应小于2%。（8）回拖铺管。以上程序全部完毕后，将焊接好的待铺管道连接到钢制连接头上，连接头连接到分动器上。回拖管道時应匀速前进，中间严禁停顿。回拖管材应坚持管道热熔焊接质量，待焊接自然冷却后检查合格方可进行拖管。

4施工中遇到的问题

因本工程污水管线所处地层主要为较松散细砂层和粗砂层，在拖拉管施工初期出现过泥浆泄漏到路面、拖管上浮等问题，后通过调整泥浆配比、压力，缩短一次拖管的距离等措施解决了这些问题。

5结语

水平定向钻拖拉管技术作为一种新型的地下管线施工方法，近年来在我国得到了广泛应用。本文通过对工程实例的介绍和分析，说明了水平定向钻拖拉管技术在市政污水管道中的应用和问题，该项技术对施工单位的技术要求较高，尤其是遇到松散砂层时对泥浆配比调整尤为重要。

参考文献：

[1] 郭锡明. 非开挖水平定向钻进拉管施工技术应用[J]. 福建建筑， 2013（08）：57-59.

（作者单位：中南建筑设计院股份有限公司1

武汉森泰环保股份有限公司2）