CN116255504A - 一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，包括以下步骤：步骤一、基坑预开挖；步骤二、工作井施工；步骤三、洞口施工；步骤四、先导孔施工；步骤五、回扩掘进和拉顶；步骤六、洞口填塞封堵；步骤七、管道清理及检测。本发明采用回扩装置和推进装置，二者同步运行，将扩孔、拉管、顶管三个施工工序同步进行，加快施工进程，施工效率高；通过设置多个工作井，可进行远距离施工，每段管道施工结束后对管道与洞口的间隙进行填充，防止涌水涌砂、路面坍塌的问题出现；本发明的管道由多段管节拼接而成，便于在工作井中安装，同时可省略工作井段的造斜步骤，将传统水平定向钻法的双侧造斜改为单侧造斜，降低施工成本，加快施工进程。

Description

一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法

技术领域

本发明属于地下排水管道施工技术领域，涉及非开挖地下排水管道施工技术，尤其是一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法。

背景技术

随着新型城镇化、乡村振兴建设步伐的不断加快，对生态文明建设的要求越来越高，基础设施成为社会赖以生存发展的一般物质条件，其中地下排水系统是相当重要的组成部分。原来城市老城区和乡村传统的合流制排水体制不能达到城乡出水排放标准，向分流制改造转型是大势所趋。对于人员居住密集、老旧地下管网繁多以及周边环境条件复杂的地区，明挖改造施工影响范围大，不仅导致交通堵塞、居民出行不便，而且路面破坏严重、后期修复工程量大，施工成本难以控制。

非开发施工法可在不开挖（或者少开挖）地表的情况下进行铺设、维修和更新地下排水管道，其中定向钻法得到广泛应用。但定向钻法在拉管前需要对钻孔进行一次甚至多次回扩，步骤繁琐，施工效率一般；且管道高程偏差较大，难以控制。除此之外，现有的定向钻法在施工结束时，管材与扩孔之间的空隙处理，不能像开挖施工那样进行回填夯实，因此，易发生涌水涌砂、路面坍塌等问题。

为此，我们提出一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种安全性好、效率高的单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，以解决在老城区及乡村排水管道明挖施工破坏范围大、安全风险高等难题，可实现安全、经济地在交通繁华、人员居住密集区段进行施工。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，包括以下步骤：

步骤一、基坑预开挖

根据施工设计图纸确认一个或多个工作井的位置，破除所述工作井周围的路面混凝土，进行基坑预开挖；

步骤二、工作井施工

将所述工作井下沉至设计标高；

步骤三、洞口施工

在所述工作井的井壁上施工洞口，所述洞口用于穿装管道；

步骤四、先导孔施工

地面上设置有水平定向钻钻机，所述水平定向钻钻机安装有导向钻头，所述导向钻头后固定连接有钻杆，所述导向钻头按照预设路线钻出先导孔，所述先导孔包括造斜直线段、造斜曲线段和直线段，所述直线段串接所述工作井；

步骤五、回扩掘进和拉顶

所述管道由若干管节依次连接组成，所述管节的前端部安装回扩装置，所述回扩装置对先导孔进行扩孔作业及拉管施工，所述管节的后端部安装推进装置，所述推进装置实现自锁接口管道的连接和顶管目的，所述回扩装置和推进装置同步运行,实现扩、拉、顶三个施工工序同步进行的目的；

步骤六、洞口填塞封堵

相邻两个所述工作井之间的管节形成一段管道，每段管道施工完成后，对每段管道的管节与所述洞口之间的空隙进行填塞封堵；

步骤七、管道清理及检测

管道施工结束后，将管道内部的泥浆冲洗干净，进行管道的检测以及功能性测试。

在进一步的实施例中，所述步骤六中，所述回扩装置包括掘进机头、排泥机头和回顶钻杆，所述掘进机头后方依次固定连接所述排泥机头以及所述回顶钻杆，所述回顶钻杆穿过所述管道与所述推进装置固定连接。

在进一步的实施例中，所述管道由多节管节依次首尾密封拼接而成。

在进一步的实施例中，所述步骤三洞口施工前，在所述工作井两侧的所述洞口位置分别对称设置高压旋喷桩对所述洞口进行加固和止水。

在进一步的实施例中，所述高压旋喷桩水泥采用强度等级大于等于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比1.0；所述高压旋喷桩桩底标高同工作井刃脚底标高。

在进一步的实施例中，所述高压旋喷桩为单排或双排设计。

在进一步的实施例中，所述步骤三中，所述洞口分为两次施工，在步骤三的施工中所述洞口留有预设的壁厚；在步骤五中，再将所述洞口预设的壁厚破除。

在进一步的实施例中，所述步骤六中，所述管道与所述洞口的密封结构为：所述管道上缠绕一圈沥青麻丝，所述沥青麻丝的内侧填充细石砼，所述沥青麻丝的外侧填充石棉水泥，所述石棉水泥的外侧涂覆密封胶。

在进一步的实施例中，所述步骤二中，所述工作井由多节钢筋混凝土管拼接构成，相邻的所述钢筋混凝土管的管节接口为企口结构，并采用橡胶圈和水泥砂浆密封。

在进一步的实施例中，所述推进装置为油压千斤顶。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本管道施工方法采用回扩装置和推进装置，二者同步运行，将扩孔、拉管、顶管三个施工工序同步进行，加快施工进程，施工效率高；与传统水平定向钻法相比，施工步骤精简，缩短工期，每台设备每日平均可完成管道拉顶60m，同时泥浆排放量减少高达90%，降低施工成本。

2、本管道施工方法设置了多个工作井，可进行远距离施工，每段管道施工结束后对管道与洞口的间隙进行填充，防止涌水涌砂、路面坍塌的问题出现。

3、本管道施工方法的管道由多段管节拼接而成，便于在工作井中安装，同时可省略工作井段的造斜步骤，将传统水平定向钻法的双侧造斜改为单侧造斜，降低施工成本，加快施工进程。

4、本管道施工方法占地面积小，开挖量小，对周边交通的影响小，用于小口径非开挖排水管道施工，标高控制精度高。

5、本管道施工方法在旧城区、乡村雨污分流管道改造施工中，不仅减少对原貌的破坏面积，修复（或复垦）工程量小；同时施工速度快，泥浆排放量少，减少对周边居民的干扰。

附图说明

图1为一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法的工作井示意图；

图2为一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法的工作井俯视图；

图3为一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法的示意图；

图4为一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法的工作过程示意图；

图5为一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法的洞口填充示意图；

图6为一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法的工作井管节连接示意图；

图7为一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法的工作井底板连接示意图

图8为一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法的流程图。

图中：1、工作井；2、底板；3、封底；4、植筋；5、橡胶圈；6、水泥砂浆；7、高压旋喷桩；8、先导孔；801、造斜直线段；802、造斜曲线段；803、直线段；9、管道；10、水平定向钻钻机；11、油压千斤顶；12、细石砼；13、沥青麻丝；14、石棉水泥；15、密封胶；16、洞口；X、管道施工前进方向。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1：

一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，如图1-8所示，包括以下步骤：

步骤一、基坑预开挖

根据施工设计图纸和岩土工程勘察报告，掌握管道9两侧的地质情况以及既有地下管线的位置；同时通过现场实际放样，确认是否需要进行交通的导改、管线的迁改等；其次对原地面标高进行测量、复核，结合所述管道9的设计标高计算出实际开挖深度。

根据施工设计图纸确认一个或多个工作井1的位置，相邻两个所述工作井1间距为30-60m；破除所述工作井1四周30cm范围内的路面混凝土，然后进行基坑预开挖，开挖深度不超过1.5m，将基底整平后进行首节钢筋混凝土管的就位下沉。

步骤二、工作井施工

如图1所示，所述工作井1使用成品Ⅲ级钢筋混凝土管，标准管节长度2m，内径φ1800mm（或φ2000mm），所述底板2为30cm厚钢筋混凝土，所述封底3厚度为70cm；如图6所示，所述钢筋混凝土管的管节接口采用橡胶圈5和水泥砂浆6处理方式；如图7所示，所述钢筋混凝土管的管壁与所述底板2的钢筋通过植筋4连接。

所述工作井1的井体采用沉井方式下沉至设计标高。下沉过程中勤测量、勤纠偏，严禁超挖。优选的，所述沉井方式为采用伸缩臂挖掘机不排水法取水下沉。

步骤三、洞口施工

如图2所示的,所述工作井1井体设有洞口16，用于穿装管道9，所述洞口16位置设置加固和止水结构，所述加固和止水结构为总数10根的高压旋喷桩7，所述高压旋喷桩7规格为φ600@400mm，所述高压旋喷桩7的水泥采用强度等级大于等于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比1.0；所述高压旋喷桩7桩底标高同工作井1刃脚底标高，有效桩长为3.5m(φ1800mm）和4m(φ2000mm)两种，所述高压旋喷桩7采用双管法施工，且以设计所述管道9的轴线对称进行。

施工高压旋喷桩7时，移动旋喷桩机到指定桩位，将钻头对准桩位，在移动旋喷桩机的同时把水泥浆制备好；当使用旋喷注浆管进行钻孔作业时，钻孔和插管二道工序可合二为一，第一阶段贯入土中时，可借助喷射管本身的喷溅或振动贯入。

喷浆管下沉到达设计深度后，停止钻进，继续旋转，高压泥浆泵压力增加到施工20-40MPa的预设值，坐底喷浆30s后，边喷浆，边旋转，同时严格按照设计确定的提升速度提升钻杆，当旋喷管提升接近桩顶1.0m时，慢速提升旋喷，旋喷数秒，再向上慢速提升0.5m，直至桩顶停浆面。

向浆液罐中注入适量清水，开启高压泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在喷浆管头上的土清洗干净，再移动桩机进行下一根高压旋喷桩7的施工。

所述洞口16施工时，由于所述工作井1内空间有限，采用风镐对所述洞口16进行人工破除，所述洞口16大小为1.2倍管外径；破除位置严格按照设计标高和所述管道9的走向，并应在洞口16加固的高压旋喷桩7施工结束3d后进行。

为防止部分地段由于地下水位丰富而产生涌水、涌砂现象，所述洞口16施工时所述工作井1的井壁不完全破除，预留约10cm在回扩掘进过程中完成破除。

所述洞口16施工完成后，配制泥浆。泥浆采用优质配方高粘型泥浆膨润土和自来水或干净的水源制备，保证泥浆中无固体物质存在，以防堵塞导向钻具及扩孔钻头上的水眼；必要时可适量加入烧碱（或纯碱），投入烧碱量一般为膨润土用量的2%，用于在所述管道9施工时涂抹在管道9的外壁上,起到润滑的作用，减少所述管道9在施工过程中的磨损，延长使用寿命。

步骤四、先导孔施工

如图3所示，地面上设置有水平定向钻钻机10，所述水平定向钻钻机10安装有导向钻头，所述导向钻头后固定连接有钻杆，所述导向钻头按照预定方向钻出先导孔8，所述先导孔8包括造斜直线段801、造斜曲线段802和直线段803，所述直线段803串接所述工作井1。先导孔8钻进的方向和坡度应以设计轴线为基础，并根据所述工作井1的洞口16中心坐标和高程确定。

钻进轨迹的监测和控制是所述先导孔8钻进的关键工作。在导向钻头中安装信号棒，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，将测得参数与钻孔轨迹进行对比，以便及时纠正。轨迹的调整应遵循小幅、多次的原则，避免出现大的转角。

步骤五、管道施工

如图4所述，所述管道9由若干节管节依次连接组成，所述管节的前端部安装回扩装置，所述回扩装置对先导孔8进行扩孔作业及拉管施工，所述管节的后端部安装推进装置，所述推进装置实现自锁接口管道9的连接和顶管目的，所述回扩装置和推进装置同步运行,实现扩、拉、顶三个施工工序同步进行的目的，单段拉顶长度最大可达80m，所述管道9的施工沿X方向前进。优选的，所述管道9为排水管。

所述回扩装置包括掘进机头、排泥机头和回顶钻杆（标准节长1m），所述掘进机头后方依次固定连接所述排泥机头以及所述回顶钻杆，所述回顶钻杆穿过所述管道9与所述推进装置固定连接；所述推进装置为油压千斤顶11。所述管道9采用高密度聚乙烯实壁排水管，多节所述排水管依次首尾密封拼接，所述管道9的管节接口使用柔性密接自锁结构——由自锁齿组成的迷宫式密封和O型弹性密封圈组合的密封自锁结构；标准管节长度为1m。

所述掘进机头负责切屑破碎前方土体，承接掘进扭矩和迎面阻力，设备余力通过机头后分动装置和回顶钻杆传至所述管道9的管尾，实现拖拉所述管道9的目的。所述一节排水管在所述回扩装置和所述推进装置的配合下沿先导孔8前进一段距离，直至所述排水管前端部进入所述先导孔8，所述排水管尾端部仍在工作井1内，拆卸所述推进装置，在所述排水管尾端部固定密封安装下一节排水管，在所述下一节排水管尾端部固定安装所述推进装置，继续回扩掘进和拉顶施工；直至单段拉顶作业结束。管道9的施工作业应连续进行，单段拉顶过程中正常不允许停顿。

掘进机头穿越所述洞口16的加固区时，拉顶速度宜控制在0-10mm/min；拉顶中应经常检查泥浆粘度，根据穿越底层情况和钻杆拉力大小及时调整，应控制在40-60s。

步骤六、洞口填塞封堵

如图5所示，相邻两个所述工作井1之间的管节形成一段管道9，每段管道9施工完成后，对每段管道9的管节与所述洞口16之间的空隙进行填塞封堵，所述管道9上缠绕一圈沥青麻丝13，所述沥青麻丝13的内侧填充C30膨胀快凝细石砼12，所述沥青麻丝13的外侧填充石棉水泥14，所述石棉水泥14的外侧涂覆低模量双组份聚硫密封胶15，防止涌水以及洞口16路面坍塌。优选的，所述低模量双组份聚硫密封胶15型号为PG-321,20厚。

步骤七、管道清理及检测

管道9施工结束后，将管道9内部的泥浆冲洗干净，进行管道9的检测以及功能性测试。优选的，管道9的检测主要为CCTV检测（闭路监视系统检测），功能性测试为闭水试验。在确认无误，管道9的功能正常后，进行路面修复施工。

实施例2：

当所述管道9穿越范围工程地质稳定、地下水位匮乏或低于所述管道9的设计标高时，如图2所示的高压旋喷桩7可取消；其他施工步骤均与实施例1相同，本实施例不再赘述。

实施例3：

当所述管道9穿越范围位于地下水位丰富的粉砂土层时，为减少回扩掘进和拉顶作业过程中洞口16路面的塌陷和涌水涌砂现象，如图2所示的高压旋喷桩7由单排设计改为双排设计，所述高压旋喷桩7的桩长桩径均保持不变；其他施工步骤等同于实施例1，本实施例不再赘述。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、基坑预开挖

根据施工设计图纸确认一个或多个工作井（1）的位置，破除所述工作井（1）周围的路面混凝土，进行基坑预开挖；

步骤二、工作井施工

将所述工作井（1）下沉至设计标高；

步骤三、洞口施工

在所述工作井（1）的井壁上施工洞口（16），所述洞口（16）用于穿装管道（9）；

步骤四、先导孔施工

地面上设置有水平定向钻钻机（10），所述水平定向钻钻机（10）安装有导向钻头，所述导向钻头的后端部固定连接有钻杆，所述导向钻头按照预设路线钻出先导孔（8），所述先导孔（8）包括造斜直线段（801）、造斜曲线段（802）和直线段（803），所述直线段（803）串接所述工作井（1）；

步骤五、管道施工

所述管道（9）由若干管节依次连接组成，所述管节的前端部安装回扩装置，所述回扩装置对先导孔（8）进行扩孔作业及拉管施工，所述管节的后端部安装推进装置，所述推进装置实现自锁接口管道（9）的连接和顶管目的，所述回扩装置和推进装置同步运行,实现扩、拉、顶三个施工工序同步进行的目的；

步骤六、洞口填塞封堵

相邻两个所述工作井（1）之间的管节形成一段管道（9），每段管道（9）施工完成后，对每段管道（9）的管节与所述洞口（16）之间的空隙进行填塞封堵；

步骤七、管道清理及检测

管道（9）施工结束后，将管道（9）内部的泥浆冲洗干净，进行管道（9）的检测以及功能性测试。

2.根据权利要求1所述的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述步骤六中，所述回扩装置包括掘进机头、排泥机头和回顶钻杆，所述掘进机头后方依次固定连接所述排泥机头以及所述回顶钻杆，所述回顶钻杆穿过所述管道（9）并与所述推进装置固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述管道（9）由多节管节依次首尾密封拼接而成。

4.根据权利要求1或2的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述步骤三洞口施工前，在所述工作井（1）两侧的所述洞口（16）位置分别对称设置高压旋喷桩（7）对所述洞口（16）进行加固和止水。

5.根据权利要求4所述的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述高压旋喷桩（7）水泥采用强度等级大于等于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥浆水灰比1.0；所述高压旋喷桩（7）桩底标高同工作井（1）刃脚底标高。

6.根据权利要求4所述的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述高压旋喷桩（7）为单排或双排设计。

7.根据权利要求1或2所述的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述步骤三中，所述洞口（16）分为两次施工，在步骤三的施工中所述洞口（16）留有预设的壁厚；在步骤五中，再将所述洞口（16）预设的壁厚破除。

8.根据权利要求1或2所述的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述步骤六中，所述管道（9）与所述洞口（16）的密封结构为：所述管道（9）上缠绕一圈沥青麻丝（13），所述沥青麻丝（13）的内侧填充细石砼（12），所述沥青麻丝（13）的外侧填充石棉水泥（14），所述石棉水泥（14）的外侧涂覆密封胶（15）。

9.根据权利要求1或2所述的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述步骤二中，所述工作井（1）由多节钢筋混凝土管拼接构成，相邻的所述钢筋混凝土管的管节接口为企口结构，并采用橡胶圈（5）和水泥砂浆（6）密封。

10.根据权利要求2所述的一种单侧造斜的水平定向钻管道施工方法，其特征在于：所述推进装置为油压千斤顶（11）。

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