CN112727365B - 一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其包括以下步骤：S1、测量放线：使用全站仪放出拉管的中心线；S2、基坑开挖：在既有铁路两侧开挖基坑；S3、安置钻机：在工作坑内安置钻机；S4、导向钻进：钻机安置完成后，调整钻机导向杆至高于设计管位中心高程的位置，水平钻入土中；S5、扩孔：导向钻孔由工作坑钻入接收坑后，卸下导向钻头，然后安装回扩头进行多次扩孔；S6、管道焊接：将管道固定，然后进行热熔对接；S7、拉管：使用PE管封套将PE管的管头密封，然后在管头后端连接回扩头，然后进行拉管；S8、基坑回填：施工完成后，使用细土对工作坑进行回填。本申请具有节约了成本，缩短了工期的效果。
Description
技术领域
本申请涉及铁路工程施工的领域，尤其是涉及一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法。
背景技术
近年来，随着国家经济的发展，生活质量的提高，人们的现代文明意识和环保意识的逐渐加强，开挖路面进行各类地下管线施工导致的社会问题，交通问题和环境污染问题已越来越受人民的关注，城市限制开挖施工的法规已经陆续出台，因此，在环保和市政管网改扩建项目及管道穿越铁路工程项目上，需要一种更为先进和安全的施工方法来组织指导施工。
目前，在类似施工中，经常采用传统的施工方法，首先对既有铁路线路进行加固处理，再明挖扩大基坑基础，进行后续的管道顶进施工，所用的施工工期长，人员和机械设备较多，工序复杂繁琐，施工成本也很高。
针对上述中的相关技术，发明人认为在管道穿越铁路工程项目中，传统的施工方法施工工期长，施工成本也很高。
发明内容
为了提高管道穿越铁路工程项目的施工效率，本申请提供一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法。
本申请提供的一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，采用如下的技术方案：
一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，包括以下步骤：
S1、测量放线：使用全站仪放出拉管的中心线，沿拉管中心线撒白灰，并沿拉管的中心线每隔3m设置一个桩，且测出桩的高程，计算出桩高程与设计拉管流水面的高程关系；
S2、基坑开挖：在既有铁路的一侧开挖工作坑，在既有铁路的另一侧开挖接收坑；
S3、安置钻机：在工作坑内安置钻机，钻机底脚安置在混凝土平基上，混凝土平基，并在混凝土平基内预埋φ20钢筋和钻机焊接；
S4、导向钻进：钻机安置完成后，调整钻机导向杆至高于设计管位中心高程的位置，水平钻入土中；导向钻头中安装有发射器，在地面上设置有接收器，通过接收器，测得钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度和电池状况的参数，将测得的参数与钻孔轨迹进行对比，便于及时纠正；
S5、扩孔：导向钻孔由工作坑钻入结构坑后，卸下导向钻头，然后安装回扩头进行多次扩孔，多次扩孔中使用的回扩头直径逐渐增大，直到将钻孔直径扩到设计直径；
S6、管道焊接：将管道固定，然后对管道的端面进行铣削，然后进行热熔对接，使两根管道位于同一轴线上；
S7、拉管：首先制作PE管封套，使用PE管封套将PE管的管头密封，然后在管头后端连接回扩头，将管道回接到工作坑后，卸下回扩头、取出剩余钻杆；
S8、基坑回填：施工完成后，使用细土对工作坑进行回填。
通过采用上述技术方案，本申请施工方法科学、合理、效率高，在穿越既有铁路时，比传统的顶管施工减少了线路加固的工序，节约了成本，缩短了工期，并且本申请穿越施工具有施工占地面积小，现代化的穿越设备穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，不会阻碍交通，不会破坏周边环境，有效的解决了传统开挖施工对交通环境，周边建筑物的干扰和影响。
可选的，步骤S2中，在所述工作坑内设置有泥浆沉淀池，所述泥浆沉淀池底部设置有泥浆泵。
通过采用上述技术方案，泥浆泵能够将泥浆沉淀池中的泥浆抽出工作坑外，保持工作坑内干燥。
可选的，步骤S5中，使用钻机泵将泥浆沉淀池中的泥浆向钻孔中输送。
通过采用上述技术方案，将泥浆输送至钻孔中，能够起到润滑作用，并且泥浆能够起到护壁的作用，防止钻孔坍塌。
可选的，步骤S5中，将钻孔扩大到管道一侧不小于10cm。
通过采用上述技术方案，将钻孔扩大到管道一侧不小于10cm，便于管道回拉，满足施工要求。
可选的，步骤S5中，向泥浆沉淀池中加入钻液，钻液包括水以及钻液添加剂，钻液添加剂包括膨润土以及聚合物。
通过采用上述技术方案，钻液能够改善泥浆性能，提高回扩成孔的效果，并且提高回扩成孔的概率。
可选的，在钻液中加入烧碱或者纯碱。
通过采用上述技术方案，烧碱或者纯碱能够可憎粘、增静切力、调节PH值，提高泥浆的性能。
可选的，步骤S8中，回填土夯实至管顶0.5m处，然后平铺黄色印字塑料标志带。
通过采用上述技术方案，塑料标志带能够提示下方具有管线，在后面其他施工时能够避免破坏管线。
可选的，步骤S3中，所述钻机采用SSW-350铺管钻机，发射器采用马克三导向仪，另配功率为45KW的不停钻射流循环泥浆搅拌系统。
通过采用上述技术方案，在水平导向钻机钻进的过程中，马克三导向仪用来跟踪和定位钻头位置的设备，此仪器可以提供钻机过程中每跟钻杆的斜度、旋转方位、深度等信息，45KW的不停钻射流循环泥浆搅拌系统可快速制备钻进用泥浆。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请施工方法科学、合理、效率高，在穿越既有铁路时，比传统的顶管施工减少了线路加固的工序，节约了成本，缩短了工期，并且本申请穿越施工具有施工占地面积小，现代化的穿越设备穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，不会阻碍交通，不会破坏周边环境，有效的解决了传统开挖施工对交通环境，周边建筑物的干扰和影响；
2.将泥浆输送至钻孔中，能够起到润滑作用，并且泥浆能够起到护壁的作用，防止钻孔坍塌；
3.钻液能够改善泥浆性能，提高回扩成孔的效果，并且提高回扩成孔的概率。
附图说明
图1是本申请流程图。
图2是本申请结构位置示意图。
图3是工作坑内主视图。
附图标记说明：1、工作坑；2、接收坑；3、泥浆沉淀池；4、钻机；5、既有铁路。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
现有一工程，根据规划要求，结合公路与铁路平面交叉情况，因框架桥施工，过轨电缆、供水管线需要进行改移，涉及10KV高压电缆一根，φ350mm供水管线一根、低压电缆4根、通信电缆13根。
本申请实施例公开一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法。一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，参照图1，包括以下步骤：
S1、测量放线：1、平面控制放线：依据现有边线，通过勘测单位提供的控制点引测工程的定位点，为了保证施工中各阶段控制点网的坐标及高程准确，首先对施工现场内各控制桩加以保护。并把各控制点引测至现场外加以保护，以便于竖向引测放线，同时要做闭合校核。施工前使用全站仪沿地面上拉管的中心线每隔3m设置一个桩，并沿拉管的中心线撒上白灰且测出桩的高程，计算好桩的高程与设置拉管流水面的高程关系。
2、高程控制：高程控制根据勘测单位提供的水准点引测施工现场的高程控制点，根据工程的实际情况，在现场选择固定的地方做临时水准点，并做好保护。高程控制采用两次仪器高程前后视等距测法，保持精度。为保证设计方向、位置的正确性，控制线的传递用经纬仪进行引测，保证平面位置的准确。
S2、基坑开挖：参照图2和图3，在既有铁路5的两侧开挖基坑，在既有铁路5的一侧开挖工作坑1，工作坑1的开挖尺寸为宽9m，长12m，接收坑2的开挖尺寸为宽9m，长3m，工作坑1和接收坑2的深度均根据拉管流水面的高程确定。在工作坑1靠近接收坑2的一侧开挖泥浆沉淀池3，泥浆沉淀池3的尺寸为宽9m，长1.5m，深1.5m，并且在泥浆沉淀池3底部设置泥浆泵，泥浆泵能够随时将多余的泥浆抽出工作坑1外，保证工作坑1内干燥。
S3、安置钻机：根据现场实际情况，在工作坑1中安置钻机4，在工作坑1中浇筑20cm厚的混凝土平基，混凝土平基使用C15混凝土浇筑，在混凝土平基中预埋φ20的钢筋，将钢筋和钻机4焊接，防止工作坑1地基沉降影响钻机4的稳定。
钻机4采用国产DDW-350铺管钻机4
S4、导向钻进：将钻机4安置完成后，调整钻机4导向杆，是导向杆略高于设计管道中心高程的位置，水平钻入土中。在导向钻头中安装发射器，通过地面接收器，测得钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度和电池状况等参数，将测得的参数与钻孔轨迹进行对比，以便于及时纠偏。地面接收器具有显示与发射功能，将接收到的孔底信息通过无线传送至钻机4的接收器并显示，操作人员根据信号反馈操纵钻机4按正确的轨迹钻进。在导向钻孔过程中，技术人员更加探测器所发回的信号，判断导向头位置与钻进路线图的偏差，随时调整。并把调整竖直记录在钻进位置相应的表格中。为了保证导向头能严格按照操作人员发出的指令前进，需要在管道线路初步布点后对控制点进行加密加细。间隔3m设中线、高程控制点，用木桩做出明显标志，并在桩点周围用混凝土砌出护墩加以保护。控制人员严格按照点位，操纵仪器。
S5、扩孔：在导向钻进完成后，卸下导向钻头，然后安装上φ230回扩头进行第一次回拉扩孔，第一次回拉扩孔结束后，换上φ330回扩头进行第二次回拉扩孔，重复上述操作进行多次回拉扩孔，由于施工中使用的PE管直径为630mm，因此将钻孔扩大到φ830结束扩孔，使管道一侧不小于10cm满足施工要求。
本工程中，回拉扩孔铺管的距离较长，需要向钻孔中注入泥浆，钻孔钻孔中缺少泥浆会发生塌孔事故，使导向钻进失去作用并为再次钻进留下隐患。考虑到地层泥浆容易漏失，泥浆漏失后，钻孔中缺少泥浆，钻杆及管道与钻孔孔壁间摩擦力增大，导致拉力增大，因此要保持整个钻进过程中有返浆，并根据地质情况的变化及时调整钻液配比以产生的不同泥浆。因工作坑1位于钻孔的上游，并且水平钻进扩孔，钻孔内下游泥浆不会流失过多，扩孔时，只需要将工作坑1泥浆池内的泥浆通过钻机4泵送系统随时向钻孔内输送补充，实验人员需要随时检测泥浆内各组成材料的配比并及时调整，反复循环使用。
S6、管道焊接：在扩孔完成后，进行管道焊接，焊接包括两种方式，第一种焊接方式为热熔焊接：首先将两根管道固定在机架上，使用洁净棉布将管道加热面擦拭干净，然后使用铣刀对管道对接的端面进行铣削，当两根管道形成连续的切削时，停止铣削；在铣削的同时对加热板进行加热，使加热板加热到220±10℃，然后将加热板置于机架上，闭合卡具，并对管道加压，使管道端面抵触在加热板上进行吸热，达到吸热时间后，打开卡具，然后取下加热板，然后闭合卡具，使两根管道的端面对接，然后进行冷却，达到冷却时间后，打开卡具，取下热熔焊接好的管道。
第二种焊接方式为电熔焊接：首先将两根管道对接的端面切割平整，然后在管道上标出插入深度，然后刮去管道表面的氧化层，并擦拭干净，然后将两根管道插入到电熔管件内，将电熔连接机具与电熔管件连接并通电加热；焊接完毕后，检查观测孔内物料是否顶起，焊缝处是否有物料挤出。
S7、拉管：管道焊接完成后，对管道的质量检验，检验合格后，即可进入拉管施工；首先现场制作PE管封套，使用PE管封套将管道的管头密封，然后在管道的管头后端接上回扩头，将管道回接到工作井后，卸下回扩头、取出剩余钻杆；堵上PE管封套施工，保持管道内壁干净，拉管机操作人员要根据设备数据均匀平稳的牵引管道，切不可生拉硬拽。拉管过程中，操作手严格按照地面预布控制桩的平面位置和高程控制钻头走向，每隔水平距离3米校核一次。管道拉通后，应对管道内底高程进行复合测量。用钻机4将装有探测器的钻头在管道内拉动，试验人员根据探测器发出的信号来确定钻头的深度，经过换算后即计算出管内底高程。得出的结果和原始控制轨迹高程进行比较，就得到各桩位高程偏差数值。
S8、基坑回填：在管道拉通后，对管道进行试压实验合格，并且完成竣工测量后进行基坑回填，回填土应选用细土、好土进行回填，不得含有砾石、垃圾，回填时在管道两侧分层对称回填，中水管道回填至管顶以上0.5m，并注意保护绝缘，如果回填时破坏需要及时修补。回填土夯实至管顶0.5m处，平铺黄色印字的塑料标志带，塑料标志带之间的搭接长度为0.2m ，塑料标志带中间不得撕裂和扭曲。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、测量放线：使用全站仪放出拉管的中心线，沿拉管中心线撒白灰，并沿拉管的中心线每隔3m设置一个桩，且测出桩的高程，计算出桩高程与设计拉管流水面的高程关系；
S2、基坑开挖：在既有铁路(5)的一侧开挖工作坑(1)，在既有铁路(5)的另一侧开挖接收坑(2)；
S3、安置钻机(4)：在工作坑(1)内安置钻机(4)，钻机(4)底脚安置在混凝土平基上，混凝土平基，并在混凝土平基内预埋φ20钢筋和钻机(4)焊接；
S4、导向钻进：钻机(4)安置完成后，调整钻机(4)导向杆至高于设计管位中心高程的位置，水平钻入土中；导向钻头中安装有发射器，在地面上设置有接收器，通过接收器，测得钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度和电池状况的参数，将测得的参数与钻孔轨迹进行对比，便于及时纠正；
S5、扩孔：导向钻孔由工作坑(1)钻入结构坑后，卸下导向钻头，然后安装回扩头进行多次扩孔，多次扩孔中使用的回扩头直径逐渐增大，直到将钻孔直径扩到设计直径；
S6、管道焊接：将管道固定，然后对管道的端面进行铣削，然后进行热熔对接，使两根管道位于同一轴线上；
S7、拉管：首先制作PE管封套，使用PE管封套将PE管的管头密封，然后在管头后端连接回扩头，将管道回接到工作坑(1)后，卸下回扩头、取出剩余钻杆；
S8、基坑回填：施工完成后，使用细土对工作坑(1)进行回填。
2.根据权利要求1所述的一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其特征在于：步骤S2中，在所述工作坑(1)内设置有泥浆沉淀池(3)，所述泥浆沉淀池(3)底部设置有泥浆泵。
3.根据权利要求2所述的一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其特征在于：步骤S5中，使用钻机(4)泵将泥浆沉淀池(3)中的泥浆向钻孔中输送。
4.根据权利要求1所述的一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其特征在于：步骤S5中，将钻孔扩大到管道一侧不小于10cm。
5.根据权利要求3所述的一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其特征在于：步骤S5中，向泥浆沉淀池(3)中加入钻液，钻液包括水以及钻液添加剂，钻液添加剂包括膨润土以及聚合物。
6.根据权利要求5所述的一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其特征在于：在钻液中加入烧碱或者纯碱。
7.根据权利要求1所述的一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其特征在于：步骤S8中，回填土夯实至管顶0.5m处，然后平铺黄色印字塑料标志带。
8.根据权利要求1所述的一种下穿既有铁路非开挖水平定向钻进的施工方法，其特征在于：步骤S3中，所述钻机(4)采用SSW-350铺管钻机(4)，发射器采用马克三导向仪，另配功率为45KW的不停钻射流循环泥浆搅拌系统。
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