污水管工程拖管法施工组织设计方案

污水管工程拖管法施工组织设计方案 1 总体概述 1.1 工程概况 松夏工业园 C 区美图三路道路排水工程，拟沿美图三路道路两侧敷设，是收集美图三路工厂、商铺和居民污水排放的主要管道，本工程施工拟采用水平定向钻穿越敷设；穿越线路管道总长 655m，其中 DN500 约 535m,DN400 约120m，埋深约 5-6m；采用 HDPE 中空缠绕管，环刚度12KN；施工现场地下管线较多，车流量大。1.2 管道定向钻进总体布置 管道定向钻进总体布置如图 1 所示。2 施工准备、进度计划 2.1 临时设施、水源、动力准备 a现场施工人员的办公、住宿房采用临时租用民房；b施工用电量约需 20KW;c施工用水就近接通城市供水管；d临时排污：施工污水无污染，可就地经沉淀池沉淀后排入污水管道。2.2 材料准备 本工程采用水平定向钻方式铺管，管材采用 HDPE 管，由于水平定向钻进、长距离穿越铺管工程需 24 小时连续施工，工程开工前，管材、各种焊材提前到场。2.3 设备准备 本公司拟采用 DDW-210 型非开挖导向铺管钻机，本钻机为履带式全液压铺管钻机，具有机动性能好、质量可靠、结构紧凑、整体性强、扭矩大、效率高、自动化程度高、操作简单可靠、装卸钻杆方便省力等特点。特别适合复杂地形，大口径、长距离管道穿越施工。动力头输出速度：0100r/min 额定回转扭矩：9000N.M 主机自重：6.5T,外形尺寸：5600 x2300 x2230mm 泥浆循环系统容量：1.7m3 最大推力（KN）：230 最大回拉力（KN）：210 扭矩（Nm）：9000 DDW210 型非开挖导向铺管钻机性能参数 序号 名称 规格型号 备注 1 导向钻头 110 导向钻孔 2 扩孔钻头 110840 分级 反扩成孔 3 钻杆 73x80 x3000 导向、扩孔、拖管 4 动力 6BT5.9 康明斯柴油发动机 5 液压马达 FY4-3500FD 径向柱塞马达 6 液压油泵 80-40-25 三联齿轮油泵 本工程主要设备一览表 序号 名称 规格型号 数量 单位 备注 1 水平定向铺管钻机 DDW-210 1 台 导向、扩孔、回拖 2 导向仪 Eclipse 1 套 导向 3 发电机 30KW 1 套 4 本田污水泵 SP30G 2 台 5 工具房 1 台 6 电工工具 1 套 7 钳工工具 1 套 8 对讲机 2 部 9 水准仪 1 套 10 经纬仪 1 套 2.4 施工人员组织 公司将全面负责协调工程质量进度，组织强有力的现场管理部，全面负责本工程的施工、进度、技术、安全及文明施工等工作。项目部每周主持现场办公会议，解决施工中存在问题，确保工程顺利进行。项目经理用五日计划来控制每日进度，确保按计划实施。工程项目管理组织及岗位责任框图 项目副经理 项目工程师 项目经理 施工人员组织表 岗位 职责 人数 项目经理 全面控制施工质量和进度 1 施工负责人 项目副经理兼，负责指挥生产工作 1 班长(兼记录)负责全班施工，协调各工序间操作 2 钻机操作员 操作导向钻机 2 控向员 负责导向 1 泥浆工程师 负责泥浆配比 1 焊工 负责管道焊接。2 机械电工 负责维修使机械正常运转 1 民工 10 后 勤 组 技术质量组 材料设备组 施 工 组 施工安全组 后勤 负责后勤保障 1 总计 22 2.5 施工进度计划 本管道由于埋深较深，所以施工工期计划为 90 天。详见施工进度计划网络图。计划实施的保证措施：a根据工程量及地质情况，配备足够数量施工机械，人力，以保证工期按计划完成。b进场后调试好机械，备足备件，保证施工机械无故障。c项目经理五天编制施工计划，以控制每日进度，协调好关系。d合理、科学的组织各段的施工顺序，求高效率。e组织强有力的领导班子，及时解决现场发生的问题，检查每道工序施工质量。3 施工技术 3.1 施工工艺 水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻先导孔、回拉扩孔、回拉铺管。3.2 关键技术（1）地层勘探及地下管线探测 地层勘探主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配制钻液提供依据。其内容包括：土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等。可采用查资料、开挖和钻探方法获取。地下管线探测主要了解有关地下已有管线和其它埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。一般采用物探法，按其定位原理分为：电磁法、直流电法、磁法、地震波法和红外辐射法等。（2）钻进轨迹的规划与设计 导向孔轨迹设计是否合理对管线施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管线的性能等，给出最佳钻孔路线。目前我单位有制造商提供钻机轨迹规划设计软件，通过采集所需的全部信息，利用计算机进行最优化钻孔轨迹。大大提高了轨迹的科学性和施工效率。（3）配制钻液 钻液在施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。钻液具有冷却钻头（冷却和保护其内部传感器）、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。在不同的地质条件下，需要不同成份的钻液。钻液由水、膨润土和聚合物组成。施工中用水做钻液的主要成份，膨润土和聚合物用做钻液添加剂。钻液的品质越好与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。本工程施工中施工人员配制适合地层性能的钻液，在类似工程中我们已能够熟练正确使用钻液。特别是当施工中遇到不同地层时，能及时调整钻液的性能以适应工程要求。（4）钻导向孔 钻导向孔的关键技术是钻机、钻具的选择和钻进过程的监测和控制。可根据不同的地质条件以及工程的具体情况，选择合适的钻机、钻具和钻进方法来完成导向孔的钻进。导向孔施工钻具具有钻孔、变向、通磁和输送钻液的功能。通过人机协调控制，严格按已设计的轨迹完成导向孔施工。钻孔施工是以高压钻液射流和钻头板切削共同完成的；钻头板以及安装板上的钻牙，在钻头旋转钻进时起辅助的切削作用，在钻杆推进时起变向作用；发射器容纳管用来放置发射器，在容纳管上开有通磁槽，并用非金属材料密封以防止高压钻液进入，发射器发射的电磁波经通磁槽向外发射。钻杆和钻头内部应提供足够大的通道以满足对钻液流量的需求。导向钻头的组成部分如图 2 所示。图 2 导向钻头 钻机与钻具的选择：钻孔主要靠钻机产生的推力、旋转扭矩以及所提供的钻液的流量、压力来完成施工。特别是长距离穿越，一方面，由于管线及钻杆自重较重，钻杆与地层之间产生的摩擦阻力较大，因此，钻机的回拉力及扭矩必须足够大；另一方面，为了确保本工程的顺利进行，应尽量避免工程施工中途停钻，钻机连续运转时间相对较长，就必须要求钻机具有良好的性能，因此，在我单位的技术人员的研讨下特意为本工程似定了一台适合本工程地理条件的钻机。（5）回拉扩孔铺管 在回拉扩孔铺管施工中的关键技术是根据不同的土层、地下水位以及最终成孔直径正确地选择回扩钻具和每次的进刀量，正确的选配钻液和确定钻液的流量。当导向孔钻进完成后，卸下导向钻头、发射器容纳管，接上反向扩孔钻头和旋转接头，然后在旋转接头后接上回拉钻杆，进行回拉扩孔钻进。对直径较大的孔，可进行多次扩孔钻进，使钻孔直径逐渐扩大至尺寸要求。扩孔钻具如图 3所示。图 3 钻具组成图 扩孔器类型有桶式、飞旋式、刮刀式等：穿越淤泥黏土等松软地层时，选择桶式扩孔器较适宜，扩孔器通过旋转，将淤泥挤压到孔壁四周，起到很好的固孔作用；当地层较硬时，选择飞旋或刮刀式扩孔器成孔较好。一般要求选择的最大扩孔器尺寸为铺设管径的 1.21.5 倍，这样能够保持泥浆流动畅通，保证管线能安全、顺利的拖入孔中。水平定向钻进铺管中，泥浆作用尤其重要，因此钻孔中不可缺少泥浆。一般地层泥浆较易漏失，泥浆漏失后，孔中缺少泥浆，钻杆及管线与孔壁间的摩擦力增大，导致拉力增大。要保持在整个钻进过程中有返浆，这对回拉扩孔施工的顺利进行尤其重要，在本工程中如遇到地层条件是硬岩、泥灰岩和砾石交替变化，施工技术人员可及时调整钻液以产生不同的泥浆。当扩孔钻进完成后，在回拉钻杆后接上回扩头和旋转接头，在旋转接头后接上拉管头和待铺设的管线进行反扩铺管。回拉铺管的钻具组成如图 4 所示。图 4 回拉铺管钻具图 4 工程施工 4.1 测量定位 根据施工图纸要求和现场踏勘情况，放出入土点、出土点和管线中心轴线的位置，在入土点端测量并确定钻机安装位置。同时，确定穿越管道东、西两侧管头的具体位置。为了施工过程中不能出现任何差错。因此首先对施工区域进行地下障碍物探测，对穿越沿线进行详细地质勘查，采取有效地措施确保穿越施工的顺利进行。4.2 工作坑和接收坑施工 工作坑和接收坑是在现场无场地条件安放机械设备的情况下设置，其结构可采用逆作法施工。工作坑是穿越施工的临时设施，根据本工程的要求，工作坑采用逆作法施工，其规格：基坑内空尺寸为 30001200mm，深为 3000mm；接收坑也采用钢筋砼沉井施工，其基坑内空尺寸为60001200mm 4.3 管道的安装组焊 沿作业带将 HDPE 管顺序摆放、首尾错开，以便组对焊接；焊接采用热熔焊方式。在管线回拖前可进行水压严密性试验和清通。试验压力 0.2Mpa，稳压10 分钟；压力不下降为合格。4.4 钻机就位和调试 钻机安装在入土点和出土点的连线上。钻机导轨与水平面的夹角一般比设计的入土角大 1。因为在钻孔时，钻杆来回抽动，钻杆要下沉，所以事先留 1的余量。钻机安装牢固、平稳，经检验合格后进行试运转，并根据穿越管径的大小、长度和钻具的承载能力调整拖拉力。对控向系统进行仔细准确校正，校正至完全准确。4.5 泥浆配制 钻液在施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。钻液具有冷却钻头（冷却和保护其内部传感器）、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。采用清洁的淡水来配制泥浆，用水量为 1.5m3/min 泥浆由膨润土加泥浆添加剂与水搅拌而成。泥浆的粘度符合下列要求：a根据地质情况和管径大小确定泥浆粘度。泥浆粘度值表 粘度值（s）管径（mm）粘 土 亚 粘 土 粉 砂 细 砂 中 砂 粗 砂 软 岩 石 钻孔导向 30354040455045地 质 状 况 40 40 45 45 50 55 50 273 3040 3540 4045 4045 4550 5055 4550 273426 3040 3540 4045 4045 4550 5560 5055 426529 4045 4045 4550 4550 5055 5560 5055 大于 529 4550 4550 5055 5565 5565 6570 5565 b采用马氏漏斗测量泥浆粘度，每两小时测一次。4.6 钻液混合搅拌与泵送系统（1）钻液混合搅拌与泵送系统是钻机施工系统的重要组成部分。混合搅拌系统是将水、膨润土、聚合物等按一定比例加入混合仓，而后进行充分搅拌形成钻液。泵送系统是由钻液泵将钻液通过中空钻杆输送至孔底钻头，并与孔中钻屑混合形成泥浆在孔底流动。其发展趋势是能够回收泥浆，经再生处理可反复循环使用，既节省资源又实现环保。搅拌系统应具有搅拌快速均匀、提供大流量泥浆、可调节泥浆配比、搅拌与输送同时进行等功能，搅拌系统装置包括料斗、汽油机泵、搅拌罐、车载泥浆泵、相关管路等。（2）水平定向钻的泥浆泵送系统由随车泥浆系统与泥浆搅拌系统组成；泥浆搅拌系统用于泥浆混配、搅拌、向随车泥浆系统提供泥浆，随车泥浆系统将泥浆加压，通过动力头、钻杆、钻头打入孔内，以稳定孔壁，降低回转扭矩、拉管阻力，冷却钻头、发射探头，清除钻进产生的土屑等。4.6.1 泥浆污染的防范措施 泥浆是水平定向穿越的血液。其主要功能包括润滑、冷却钻头钻具、稳定孔壁和悬浮、携带泥屑等。由于在较大口径管道的水平定向穿越泥浆使用量非常之大（一般都在 3000m3/条次以上），除出、入土两端的泥浆池存储的泥浆需要之外，穿越沿程的冒将、跑浆可能造成路面的污染。因此，在施工中主要的防范措施是控制泥浆压力、减少泥浆总量、及时清收和控制跑冒的泥浆，选择适宜的弃浆场所，有效地覆盖作业场地。泥浆循环、处理泥浆程序见框图所示。水 弃渣外运 出、入土端泥浆坑内的泥浆用返输泵分别通过循环管或直接返输进泥浆处理装置，经过处理后的部分清浆可以重复使用。弃渣外运至当地有关部门指定的地点存放。如对穿越沿线由于地层或其它原因造成的跑、冒泥浆，采用人工及时清收或就地控制，最后统一处理。4.7 导向孔钻进、回扩和管线回拖 4.7.1 导向孔钻进 a导向孔根据设计曲线钻进。施工过程中，谨慎处理控向数据，并适当控制钻进速度，保证导向孔光滑，钻孔导向剖面示意图如图 5 所示。制浆罐 储浆罐 泥浆泵 定向钻机 泥浆坑 泥浆处理装置 泥浆循环管 泥浆反输泵 导向钻机入土点导向钻头钻孔曲线出土点EW地下水位道路图5 钻孔导向剖面示意图 b.每根钻杆折角约为 0.27 度；由于每根钻杆方向改变量较小，为保证左右方向，在出、入土点之间每隔 10 米设一明显标记。每钻进一根钻杆，方向探测3 次。对探测点要做好标记。认真记录钻进过程中的扭矩、推力、泥浆流量、泥浆压力、方向改变量。c导向孔完成后，根据钻孔轨迹和数据记录，确定此导向孔是否可用。导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不大于 2m。出土点沿设计轴线的纵向偏差不大于穿越长度的 1%，横向偏差不大于穿越长度的 1%4.7.2 回拉扩孔 钻孔导向完成后，采用分级反拉旋转扩孔成孔，分别采用 D300D550D800 钻头分级反扩成孔。扩孔剖面示意图如图 6 所示。图 6 带长槽回扩头 在本工程中将采用带长槽回扩头它适用于普遍的工程条件，在中密度粘土、砾泥粘土和含岩土壤（砾石、鹅卵石等）中施工，兼有飞旋刀式切割器和锥形挤扩器的复合功能，具有很高的施工效率。如图 7 所示。钻头入土点道路入土点导向钻机E钻孔曲线地下水位W扩孔钻头卸扩孔头图7 分级扩孔剖面示意图 4.7.3 管线回拖 扩孔结束后，立即进行管线回拖，管线回拖施工连续进行直至回拖到设计位置。管道回拖剖面示意图 8 所示。地下水位卸管头分动器钻孔曲线管道入土点导向钻机入土点道路EW图8 管道回拖剖面示意图 4.7.4 监测与控制 4.7.4.1 原理 采用先进的导向探测仪对地下钻头的前后倾角、深度、导向板面向角等进行测量，根据测量结果人为预定其导进方向，并不断地调整钻头面角进行推进或继续钻进。在钻进导向孔时能否按设计轨迹钻进，钻头的准确定位及变向控制非常重要。钻进过程中对钻头的监测方法主要通过随钻测量（MWD）技术获取孔底钻头的有关信息。孔底信号传送的方法主要有：电缆法和电磁波法。电磁波法的测量范围较小，一般在 300m 以内水平发射距离，测量深度在 15m 左右。电磁波法测量的原理为：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，将测得参数与钻孔轨迹进行对比，以便及时纠正。地面接收器具有显示与发射功能，将接收到的孔底信息无线传送至钻机的接收器并显示，以便操作手能控制钻机按正确的轨迹钻进。4.7.4.2 钻孔轨迹的控制 钻进的轨迹一般考虑以下三方面的要求：（）铺设管线的深度和水平距离；（）避开的地下管线和石块等障碍物；（）钻进角度或出钻角度的弧度变化控制。钻机置于马路边缘一定距离外，钻机以一定的钻进角度开孔，向下偏导向钻进，希望经过一定长度的弧形轨迹，达到铺管设计深度时钻头的方向恰好调整到水平方向，再保持水平方向旋转钻进，保正钻孔达到设计准确高程。4.7.5 安全保护系统 由于施工中的地质情况复杂、距离较远等特点，在施工中必须设置必要的安全保护措施，主要有：（1）防触电报警系统，一旦地下钻头触及电缆等带电体后，钻机发出触电报警，此时操作手必须坐在座椅上不得离开，以免触电。报警解除后，操作人员方可离开钻机。（2）远距离遥控紧急停机装置，随钻跟踪测量者应时刻保持与钻机操作手的联系，一旦发生意外应及时处置。目前我单位在本工程中采用无线通信联络方式，有时由于受到当时当地环境的影响这种方式己不能应付紧急突发事件。所以在施工中应由随钻跟踪者采用紧急措施停止钻机工作，待处理完后，由后者解除对钻机的限制后，方可启动钻机。4.7.6 防范措施 为避免回拖失败、扩孔报废、防止塌孔，应采取以下措施：（1）选择适宜的钻机，通常选择钻机所要考虑的主要参数是最大推、拉力和最大输出扭矩。管道回拖力主要与穿越的地质条件、回拖管段的规格和长度、预扩孔的直径和质量有关。好的地质条件，预扩孔的质量相对容易保证；回拖管段的规格越大，长度越长，回拖力越大；预扩孔的直径越大，质量越好，回拖力越小。一般情况下钻机的最大回拖力应不小于回拖管段自重的 1/2（2）在回拖管道时采用水浮法发送穿越管段。确保导向孔质量，导向孔是预扩孔的基础。导向孔的基本控制指标是出、入土角、曲线偏移和造斜段曲率半径。其中，钻机出、入土角一般比较容易控制。为确保拖管高程达到要求，在施工前应搞清施工作业区的地质情况。进行导向作业时，应确保穿越曲线的圆滑，防止出现反向弯曲的现象发生。（3）在满足管道回拖要求的前提下尽可能选择较小的扩孔直径；选用适宜的泥浆；选择适宜的钻具和钻具组合，并尽可能缩短施工周期。4.8 检查井施工 由于本段检查井设计深度较深，拟采用沉管法施工。有支线管接入的检查井，在其砼沉管井壁上预留孔，让支线管穿进检查井。检查井施工程序：破路面浅基坑开挖 套筒内挖土下沉 泥土外运 HDPE 管线切断 留支线孔 井室口砼垫层浇筑 铺安支线 设备进场 缝隙处理 流槽砌筑 底板砼垫层浇筑 安装砼管筒 测量放线 沉管法检查井主要施工方法：施工破路范围 检查井的内径 1000mm（在拖管交汇处的检查井内径为 1800mm），收口段顶部与井筒内径为700mm，为不影响城市环境及交通，检查井的外壁顶标高比地面低 80mm，破路范围比管径大 300mm 左右。也就是说，检查井施工时，在城市路面上破除砼时所占面积是 1.82.3m直径的圆形范围。破路时要人工开挖路面垫层，清除石块等坚硬杂质。砼沉管施工 砼沉管在加工厂制作，现场采用内控除土下沉，下沉至顶管底标高。安装定位工序由吊车、汽车配合施工。砼沉管的下端为马鞍形，正好骑在砼顶管上。沉管施工速度快，沉管到位后，清除土渣，用砼将沉管和主管线间的空隙封堵，在管道底部浇筑砼垫层，然后施工流槽。砖砌部分施工要点（1）采用标准砖，不小于 MU7.5，水泥砂浆 M10，砼标号 C20;（2）抹面、勾缝、座浆及抹三角灰均匀用 12.5 水泥砂浆；（3）井室内外及井筒内外抹面厚 20mm;井盖安装 路面恢复清理 收口段砖体砌筑 填中粗砂 砌井筒（4）井室流槽与井壁同时砌筑或浇筑。4.9 管道密闭性检验（1）管道安装完毕且经检验合格后，应进行管道的密闭性检验。宜采用闭水检验方法。（2）管道密闭性检验应在管底与基础腋角部位用砂回填密实后进行。必要时，可在被检验管段的管顶规程回填到管顶以上一倍管径高度（管道接口处外露）的条件下进行。（3）闭水试验时，应向管道内充水并保持上游管顶以上2m 水头的压力。外观检查，不得有漏水现象。管道 24h 的渗水量应不大于按下式计算的允许渗水量：Q0.0046Di 式中 Q每 1km 管道长度 24h 的允许渗水量（m3）；Di管道内径（mm）。HDPE 管无现成试验标准可参照上述标准实施。4.10 管壁及造斜段注浆 由于施工扩孔直径大于设计管道直径，拖管完成后，在管道外壁及造斜段压注水泥浆，使水泥浆与拖管过程中的泥浆充分结合，加固土体硬度。压浆系统设备包括：注浆泵（螺杆泵，排量 1000L/min，压力 3Mpa）；搅拌器；注浆管道（主管50mm 钢管，支管 25mm）；管道阀门和压力计。水泥浆配合比为（重量比）水泥：水=1:2 压浆量为管道外围环形空隙的 1.5 倍，压注压力根据管顶水压力而定。5 施工组织管理及质量管理措施