CN107687176B - 一种聚乙烯管非开挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚乙烯管非开挖施工方法，包括以下步骤，设计导向孔轨迹；沿建筑物墙体对地基土层进行压密注浆，对建筑物墙体进行支撑并设置监测装置进行实时监控；在钻机的导向钻头连接导航探头，钻进时进行数据分析并调整参数完成导向孔轨迹的钻进；扩孔并通过扩孔钻头往孔内不断加入钻井液直至达到目标孔径，清除孔内钻屑形成光滑孔道；重复匀速回拉钻杆和接管作业直至聚乙烯管铺满光滑孔道；在聚乙烯管与光滑孔道之间的间隙注浆防止沉降。采用本发明技术方案的聚乙烯管非开挖施工方法，该施工方法能够保护文物建筑免受损坏，确保钻头沿设定轨迹完成钻孔作业，避免在施工过程中发生管道表面划伤、管道断裂及地表沉降。

Description

一种聚乙烯管非开挖施工方法

技术领域

本发明涉及管道铺设技术领域，具体涉及一种聚乙烯管非开挖施工方法。

背景技术

非开挖技术是指利用岩土钻掘、定向测控等技术手段，在地表不挖槽和地层结构破坏极小的情况下，穿越河流、湖泊、重要交通干线、重要建筑物，实现对诸如供水、煤气、天然气、污水、电信电缆等公用管线的检测、铺设、修复与更换的施工技术。非开挖技术是极为重要的一种都市铺设管道的施工手段，而聚乙烯管具有其强度高、耐高温、抗腐蚀、无毒等特点，被广泛应用于给水管道和燃气管道，采用非开挖技术铺设聚乙烯管道逐渐成为主流的城市管道铺设方式。

随着城市化建设的需要，一些古都城市也需要进行地下管道铺设，而这些城市保留有许多文物建筑，在进行聚乙烯管非开掘施工时，由于文物建筑历史悠久，在施工过程中容易导致文物建筑受到损坏。进一步地，由于地层内复杂多变，施工过程中可能会穿越粉土层、黏土层、砂层和岩石层等，在钻孔过程中很容易导致钻进发生偏差，由此造成施工不便。此外，现有技术中聚乙烯管非开挖施工过程中也常会发生管道表面划伤、管道断裂及地表沉降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乙烯管非开挖施工方法，该施工方法能够保护文物建筑免受损坏，确保钻头沿设定轨迹完成钻孔作业，避免在施工过程中发生管道表面划伤、管道断裂及地表沉降。

基于此，本发明提出了一种聚乙烯管非开挖施工方法，包括以下步骤：

1)设计导向孔轨迹，所述导向孔轨迹包括依次连通的第一倾斜段、水平段和第二倾斜段；

2)沿建筑物墙体对地基土层进行压密注浆，使用支撑机构对所述建筑物墙体进行支撑，在所述建筑物内设置沉降监测装置和倾斜监测装置，在施工过程中进行实时监控；

3)在钻机的导向钻头连接导航探头，所述导向钻头从所述第一倾斜段的起点进入地层并沿所述导向孔轨迹进行钻进，并在与所述导航探头电连接的数据显示器进行数据分析，及时调整钻机的参数进而完成所述导向孔轨迹的钻进；

4)将导向钻头更换为扩孔钻头，并在钻杆一端连接卷扬机，进行扩孔的同时采用上述卷扬机拉紧所述钻杆保证所述扩孔钻头保持悬空，并通过所述扩孔钻头往孔内不断加入钻井液，此后进行多次回拉扩孔直至达到目标孔径，然后清除孔内钻屑进而形成光滑孔道；

5)采用拉管头将第一聚乙烯管与所述钻杆连接，匀速回拉所述钻杆将所述第一聚乙烯管拉入孔内，此后将其与第二聚乙烯管连接，重复匀速回拉所述钻杆和接管作业直至聚乙烯管铺满所述光滑孔道；

6)在所述聚乙烯管与所述光滑孔道之间的间隙注入水泥浆液直至水泥浆液填充满所述间隙。

作为优选方案，在步骤1)设计导向孔轨迹时需勘测地质情况，所述第一倾斜段与地面形成的夹角为入土倾角，所述第二倾斜段与地面形成的夹角为出土倾角，且所述入土倾角和所述出土倾角的取值范围为12°－25°。

作为优选方案，步骤1)中确认所述导向孔轨迹后，在所述第一倾斜段的一侧挖掘第一施工坑，在所述第二倾斜段的一侧挖掘第二施工坑。

作为优选方案，所述支撑机构包括用于支撑所述建筑物墙体的支撑板，所述支撑板连接有多根连接柱，各所述连接柱一端与地面固定连接。

作为优选方案，在步骤3)中所述导向钻头每钻进10－20cm时所述导航探头便测量一次数据，并将测得的数据与所述导向孔轨迹进行比较，控制所述导向钻头的延伸方向与所述导向孔轨迹的设计值偏小于4cm。

作为优选方案，步骤4)中所述钻井液为含有膨润土的混合物，且所述钻井液的含砂量≤5％，所述钻井液的胶体率≥85％。

作为优选方案，步骤4)中所述目标孔径为所述聚乙烯管管体直径的1.2－1.5倍。

作为优选方案，步骤5)中所述拉管头包括用于与所述钻杆连接的第一连接部和用于与所述第一聚乙烯管连接的第二连接部，所述第一聚乙烯管套接于所述第二连接部，且所述第二连接部与所述第一聚乙烯管通过螺栓固定连接。

作为优选方案，步骤5)中所述第一聚乙烯管与所述拉管头连接的一端设置有堵块，所述堵块内嵌于所述第一聚乙烯管，且所述堵块与所述第一聚乙烯管内壁形成的间隙涂布有防水胶。

作为优选方案，所述第一聚乙烯管与所述第二聚乙烯管采用热熔方式连接。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在聚乙烯管非开挖施工之前，沿建筑物墙体对地基土层进行压密注浆，将文物建筑的墙体周围土层加密，进而保护文物建筑，并在施工时对文物建筑的墙体进行支撑，在文物建筑内设置沉降监测装置和倾斜监测装置，在施工过程中进行实时监控确保文物建筑安全保留；采用卷扬机拉紧钻杆保证扩孔钻头保持悬空，由此避免出现扩孔钻头因其自重原因发生下沉导致扩得的孔呈现椭圆形，保证扩孔顺利完成，并通过扩孔钻头往孔内不断加入钻井液，注入钻井液能够平衡地层压力，稳定孔壁，防止孔内发生坍塌及泄漏事故；清除孔内钻屑进而形成光滑孔道，由此将孔内的一些岩石等硬物残渣进一步清理，避免在聚乙烯管拉管作业中划伤管道表面；匀速缓慢拉动聚乙烯管道，由此避免管道因受力突变发生断裂，在聚乙烯管与光滑孔道之间的间隙注入水泥浆液直至水泥浆液填充满间隙，由此避免因聚乙烯管道上的覆土层太松散进而导致地表发生沉降。

2、确认导向孔轨迹后，在第一倾斜段的一侧挖掘第一施工坑，由此钻机可以设置在第一施工坑内，在第二倾斜段的一侧挖掘第二施工坑，两个施工坑可以用于制取和存放施工过程所需的钻井液和泥浆，使得施工顺利进行。

3、在步骤3)中导向钻头每钻进10－20cm时导航探头便测量一次数据，并将测得的数据与导向孔轨迹进行比较，控制导向钻头的延伸方向与导向孔轨迹的设计值偏小于4cm，由此保证导向钻头在钻孔中得到准确的导向孔轨迹，便于施工的顺利进行。

4、钻井液为含有膨润土的混合物，且钻井液的含砂量≤5％，钻井液的胶体率≥85％，膨润土具有良好的增稠性、悬浮稳定性、润滑性、成膜性，上述的钻井液更加稳定且粘稠，使得扩孔过程中孔壁具有更好的稳定性。

5、第一聚乙烯管与拉管头连接的一端设置有堵块，堵块内嵌于第一聚乙烯管，且堵块与第一聚乙烯管内壁形成的间隙涂布有防水胶，由此在整个施工过程中光滑孔道内的水或泥浆不会进入聚乙烯管内造成管道内部污染。

6、第一聚乙烯管与聚乙烯管采用热熔方式连接，热熔连接是用专用加热工具，在压力下加热聚乙烯管材或管件的待连接部位，施压将两个熔融面连在一起，在稳定的压力下保持一段时间，直至接头冷却，连接稳定且施工简便。

附图说明

图1为本发明实施例的聚乙烯管非开挖施工方法的工序流程图。

图2为本发明实施例中土层及设备的结构示意图。

图3为本发明实施例中拉管头与第一聚乙烯管的连接结构示意图。

图中：1－导向孔轨迹，2－建筑物，3－支撑机构，4－钻机，5－第一施工坑，6－第二施工坑，7－拉管头，8－第一聚乙烯管，9－第二聚乙烯管，10－螺栓，11－堵块；1a－第一倾斜段，1b－水平段，1c－第二倾斜段，3a－支撑板，3b－连接柱，7a－第一连接部，7b－第二连接部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示：本实施例提供了一种聚乙烯管非开挖施工方法，包括以下步骤：

1)设计导向孔轨迹1，导向孔轨迹1包括依次连通的第一倾斜段1a、水平段1b和第二倾斜段1c；

2)沿建筑物2墙体对地基土层进行压密注浆，需要指出的是，本实施例中的建筑物2为一些需要保护的文物建筑，而压密注浆指用很稠的浆液灌入地基土层内钻进的孔中并挤向土体，在注浆处形成浆泡，浆液的扩散对周围的土体产生压缩。浆体完全取代了注浆范围的土体，在注浆邻近区存在大的塑性变形区，离浆泡较远的区域土体发生弹性变形，因而土的密度明显增加，由此将文物建筑的墙体周围土层加密，进而保护文物建筑，使用支撑机构3对建筑物2墙体进行支撑，在建筑物2内设置沉降监测装置和倾斜监测装置，在施工过程中进行实时监控；

3)在钻机4的导向钻头连接导航探头，导向钻头从所述第一倾斜段1a的起点进入地层并沿导向孔轨迹1进行钻进，并在与导航探头电连接的数据显示器进行数据分析，及时调整钻机4的参数进而完成导向孔轨迹1的钻进，由此在钻进过程中对导向钻头进行分析，当导向孔发生偏差时及时通过改变导向钻头的面向角，从而保证钻孔的平直度；

4)将导向钻头更换为扩孔钻头，并在钻杆一端连接卷扬机，进行扩孔的同时采用卷扬机拉紧钻杆保证扩孔钻头保持悬空，由此避免出现扩孔钻头因其自重原因发生下沉导致扩得的孔呈现椭圆形，保证扩孔顺利完成，并通过扩孔钻头往孔内不断加入钻井液，注入钻井液能够平衡地层压力，稳定孔壁，防止孔内发生坍塌及泄漏事故，此后进行多次回拉扩孔直至达到目标孔径，然后清除孔内钻屑进而形成光滑孔道，由此将孔内的一些岩石等硬物残渣进一步清理，避免在聚乙烯管拉管作业中划伤管道表面；

5)采用拉管头7将第一聚乙烯管8与所述钻杆连接，匀速回拉钻杆将第一聚乙烯管8拉入孔内，此后将其与第二聚乙烯管9连接，重复匀速回拉所述钻杆和接管作业直至聚乙烯管铺满所述光滑孔道，匀速回拉钻杆可以保证聚乙烯管受力均匀，避免受力突变导致管道断裂，需要指出的是，聚乙烯管道由多根管体连接而成，在拉动聚乙烯管道时需要慢慢拉动，根据实际状况进行评估管道的拉动速度；

6)在聚乙烯管与光滑孔道之间的间隙注入水泥浆液直至水泥浆液填充满间隙，由此避免因聚乙烯管道上的覆土层太松散进而导致地表发生沉降。

基于以上技术方案，在聚乙烯管非开挖施工之前，沿建筑物2墙体对地基土层进行压密注浆，将文物建筑的墙体周围土层加密，进而保护文物建筑，并在施工时对文物建筑的墙体进行支撑，在文物建筑内设置沉降监测装置和倾斜监测装置，在施工过程中进行实时监控确保文物建筑安全保留；采用卷扬机拉紧钻杆保证扩孔钻头保持悬空，由此避免出现扩孔钻头因其自重原因发生下沉导致扩得的孔呈现椭圆形，保证扩孔顺利完成，并通过扩孔钻头往孔内不断加入钻井液，注入钻井液能够平衡地层压力，稳定孔壁，防止孔内发生坍塌及泄漏事故；清除孔内钻屑进而形成光滑孔道，由此将孔内的一些岩石等硬物残渣进一步清理，避免在聚乙烯管拉管作业中划伤管道表面；匀速缓慢拉动聚乙烯管道，由此避免管道因受力突变发生断裂，在聚乙烯管与光滑孔道之间的间隙注入水泥浆液直至水泥浆液填充满间隙，由此避免因聚乙烯管道上的覆土层太松散进而导致地表发生沉降。

本实施例中在步骤1)设计导向孔轨迹1时需勘测地质情况，在勘测地质情况时需要考察地层内的土层分布进而选择合适的导向钻头进行作业，第一倾斜段1a与地面形成的夹角为入土倾角，第二倾斜段1c与地面形成的夹角为出土倾角，且入土倾角和出土倾角的取值范围为12°－25°。需要指出的是，当入土倾角和出土倾角过大时会使得斜度过大进而导致钻杆无法通过，而当入土倾角和出土倾角过小时则使得聚乙烯管道过长，从而提高施工难度并增加施工成本，由此上述的入土倾角和出土倾角的取值范围为优选方案。

进一步地，为了便于此后的施工进行，步骤1)中确认导向孔轨迹1后，在第一倾斜段1a的一侧挖掘第一施工坑5，由此钻机4可以设置在第一施工坑5内，在第二倾斜段1c的一侧挖掘第二施工坑6，两个施工坑可以用于制取和存放施工过程所需的钻井液和泥浆，使得施工顺利进行。

此外，支撑机构3包括用于支撑建筑物2墙体的支撑板3a，支撑板3a连接有多根连接柱3b，各连接柱3b一端与地面固定连接，由此将建筑物2墙体稳定支撑，上述结构简单且易于拆卸。

其中，由于地层复杂多变，为了保证导向钻头在钻孔中得到准确的导向孔轨迹1，在步骤3)中导向钻头每钻进10－20cm时导航探头便测量一次数据，并将测得的数据与导向孔轨迹1进行比较，控制导向钻头的延伸方向与导向孔轨迹1的设计值偏小于4cm。

本实施例中，步骤4)中钻井液为含有膨润土的混合物，膨润土具有良好的增稠性、悬浮稳定性、润滑性、成膜性，由此钻井液更加稳定且粘稠，使得扩孔过程中孔壁具有更好的稳定性，且钻井液的含砂量≤5％，钻井液的胶体率≥85％。

优选地，步骤4)中目标孔径为聚乙烯管管体直径的1.2－1.5倍，由此使得在拉动聚乙烯管时更加简便，过大的目标孔径容易导致孔壁坍塌，而过小的目标孔径则使得聚乙烯管很难拉动，从而造成施工受阻，故上述的目标孔径为优选方案。

进一步地，参见图3，步骤5)中拉管头7包括用于与钻杆连接的第一连接部7a和用于与第一聚乙烯管8连接的第二连接部7b，第一聚乙烯管8套接于第二连接部7b，且第二连接部7b与聚乙烯管通过螺栓10固定连接，上述的连接结构使得第一聚乙烯管8与拉管头7稳固连接，而第一聚乙烯管8与第二连接部7b采用螺栓10固定连接，连接稳定且易于拆卸，需要指出的是，除了采用螺栓10固定第一聚乙烯管8和第二连接部7b外，采用插销固定或者卡接也是可以的。

在本实施例中，步骤5)中第一聚乙烯管8与拉管头7连接的一端设置有堵块11，堵块11内嵌于第一聚乙烯管8，且堵块11与第一聚乙烯管8内壁形成的间隙涂布有防水胶，由此在整个施工过程中光滑孔道内的水或泥浆不会进入聚乙烯管内造成管道内部污染。

此外，第一聚乙烯管8与第二聚乙烯管9采用热熔方式连接，热熔连接是用专用加热工具，在压力下加热聚乙烯管材或管件的待连接部位，待其熔融后，移走加热工具，施压将两个熔融面连在一起，在稳定的压力下保持一段时间，直至接头冷却，连接稳定且施工简便。

综上，在聚乙烯管非开挖施工之前，沿建筑物2墙体对地基土层进行压密注浆，将文物建筑的墙体周围土层加密，进而保护文物建筑，并在施工时对文物建筑的墙体进行支撑，在文物建筑内设置沉降监测装置和倾斜监测装置，在施工过程中进行实时监控确保文物建筑安全保留；采用卷扬机拉紧钻杆保证扩孔钻头保持悬空，由此避免出现扩孔钻头因其自重原因发生下沉导致扩得的孔呈现椭圆形，保证扩孔顺利完成，并通过扩孔钻头往孔内不断加入钻井液，注入钻井液能够平衡地层压力，稳定孔壁，防止孔内发生坍塌及泄漏事故；清除孔内钻屑进而形成光滑孔道，由此将孔内的一些岩石等硬物残渣进一步清理，避免在聚乙烯管拉管作业中划伤管道表面；匀速缓慢拉动聚乙烯管道，由此避免管道因受力突变发生断裂，在聚乙烯管与光滑孔道之间的间隙注入水泥浆液直至水泥浆液填充满间隙，由此避免因聚乙烯管道上的覆土层太松散进而导致地表发生沉降。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种聚乙烯管非开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设计导向孔轨迹，所述导向孔轨迹包括依次连通的第一倾斜段、水平段和第二倾斜段，在所述第一倾斜段的一侧挖掘第一施工坑，在所述第二倾斜段的一侧挖掘第二施工坑；

2)沿建筑物墙体对地基土层进行压密注浆，使用支撑机构对所述建筑物墙体进行支撑，在所述建筑物内设置沉降监测装置和倾斜监测装置，在施工过程中进行实时监控；所述支撑机构包括用于支撑所述建筑物墙体的支撑板，所述支撑板连接有多根连接柱，各所述连接柱一端与地面固定连接；

3)在钻机的导向钻头连接导航探头，所述导向钻头从所述第一倾斜段的起点进入地层并沿所述导向孔轨迹进行钻进，并在与所述导航探头电连接的数据显示器进行数据分析，及时调整钻机的参数进而完成所述导向孔轨迹的钻进；所述导向钻头每钻进10－20cm时所述导航探头便测量一次数据，并将测得的数据与所述导向孔轨迹进行比较，控制所述导向钻头的延伸方向与所述导向孔轨迹之间的偏差值小于4cm；

4)将导向钻头更换为扩孔钻头，并在钻杆一端连接卷扬机，进行扩孔的同时采用上述卷扬机拉紧所述钻杆保证所述扩孔钻头保持悬空，并通过所述扩孔钻头往孔内不断加入钻井液，所述钻井液为含有膨润土的混合物，且所述钻井液的含砂量≤5％，所述钻井液的胶体率≥85％，此后进行多次回拉扩孔直至达到目标孔径，然后清除孔内钻屑进而形成光滑孔道；

5)采用拉管头将第一聚乙烯管与所述钻杆连接，匀速回拉所述钻杆将所述第一聚乙烯管拉入孔内，此后将其与第二聚乙烯管连接，重复匀速回拉所述钻杆和接管作业直至聚乙烯管铺满所述光滑孔道；所述第一聚乙烯管与所述拉管头连接的一端设置有堵块，所述堵块内嵌于所述第一聚乙烯管，且所述堵块与所述第一聚乙烯管内壁形成的间隙涂布有防水胶；

6)在所述聚乙烯管与所述光滑孔道之间的间隙注入水泥浆液直至水泥浆液填充满所述间隙。

2.根据权利要求1所述的聚乙烯管非开挖施工方法，其特征在于：在步骤1)设计导向孔轨迹时需勘测地质情况，所述第一倾斜段与地面形成的夹角为入土倾角，所述第二倾斜段与地面形成的夹角为出土倾角，且所述入土倾角和所述出土倾角的取值范围为12°－25°。

3.根据权利要求1所述的聚乙烯管非开挖施工方法，其特征在于：步骤4)中所述目标孔径为所述聚乙烯管管体直径的1.2－1.5倍。

4.根据权利要求1所述的聚乙烯管非开挖施工方法，其特征在于：步骤5)中所述拉管头包括用于与所述钻杆连接的第一连接部和用于与所述第一聚乙烯管连接的第二连接部，所述第一聚乙烯管套接于所述第二连接部，且所述第二连接部与所述第一聚乙烯管通过螺栓固定连接。

5.根据权利要求1所述的聚乙烯管非开挖施工方法，其特征在于：所述第一聚乙烯管与所述第二聚乙烯管采用热熔方式连接。

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