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拉管施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-GS-0104-2011
市政环保公司 谢学武
1 前言
1.1工艺工法概况
城市道路管道施工，由于交通条件，现场无放坡开挖条件，不放坡全断面加 强支护开挖的方式，对支护要求高，施工安全保障较低，造价很高，并且对交通影响 很大，无法保证交通疏导要求。特别是埋深超过 5.0m 的管道开挖施工，属于危险性 较大的深基坑施工。 若对开挖深度较大或因交通疏导原因不具备开挖施工条件的路段 采取非开挖拉管的施工方法，可有效解决市政道路管道施工难题。与传统的
\"挖槽埋
管法 \"相比,它具有环境影响小、对交通影响小、对地层结构破坏小、施工安全可靠、 周期短、社会效益与经济效益显著等优点。
1.2 工艺原理 主要是采用地下定位系统，通过导向，分级扩孔的方法，确保钻机
按预定的轨迹 完成导向孔，从而达到准确铺管的目的。 导向孔的施工主要依据设计轨迹，采用导向 钻头内的探头盒发射一定频率的电磁波传到地表。 地面接收器收到信号，使用它可以 随时测出钻头地下位置、深度、顶角、钻具面向角等基本参数。导向仪是导向钻进的 眼睛，它能使操作人员能够及时、精确地掌握钻进情况，随时调整钻进参数，确保钻
机按预定的轨迹完成导向孔，从而达到准确铺管的目的。工艺原理见图 1、图 2:
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图 1 施工工艺原理示意
图
2 工艺工法特点
非开挖拉管施工的优点，回避了开挖施工中存在的对交通、周边建筑及地下管线
图 2 监控装置示意图
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影响大，路面、房屋等需要大面积拆除并恢复而导致的资源浪费，并且施工周期短， 可有效避免埋深 4m 以上沟槽开挖施工时的塌方等问题，从而避免了作业人员的施工 安全等问题，缺点方面，对拉管管材的质量要求高，要求环刚度在
12.5KN/M2 以上 的管材，从而使大于 DN8OO 以上的大管径管道管材目前还无法
保证此环刚度而不具 备拉管施工条件。另外，拉管施工将产生大量泥浆的需要处理，文明施工及环保方面 要求很高，并且其施工费用相对开挖施工费用相对较高。
3 适用范围
天然气、给排水管等输送介质为液体或气体、管径φ 80－φ1219的钢管和
PE 管等。 4 主要引用标准
《给水排水管道工程施工及验收规范》 ( GB50268)、《顶管施工技术》(人民交通 出版社)《输道工程设计规范》 (GB50253)、《油气输送管道穿越工程施工规范》 (GB50424)、《埋地聚乙烯排水管管道工程技术规程》 (CECS1)、《钢质管道焊接及验 收》 (SY/T4103)、《油气长输管道工程施工及验收规范》
(GB50369)、《管道下向焊接工 艺规程》 (SY/T4071)、《石油天然气工业输送钢
管交货技术条件第二部分： B 级钢管》 (GB/T9711.2)、《水平定向钻进技术规范》 (中国非开挖协会) 。
5 施工方法 根据设计轴线位置及管道埋深，在施工范围内通过现场调查、查阅资
料、探测等 手段调查清楚地下管线的分布情况后进行钻孔曲线设计，通过导向、分级扩孔后将焊 接连通的管道一次性拖拉至孔内，然后进行后续的检查井等施工。
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6 工艺流程及操作要点 6.1 施工工艺流程
施工工艺流程见图 3：
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6.2 操作要点
6.2.1 测量放线
按设计轴线，结合坐标定位与相对定位法，将管道轴线标示与既有的路面等设施 上。
6.2.2 地下管线的探测 在施工范围内通过现场调查、 查阅资料、探测等手段
调查清楚地下管线的分布情况。
6.2.3 钻孔曲线设计： 1 钻孔曲线设计：
1）满足规范要求的最小曲率半径。即： R=1500D。 2）满足穿越公路和河流安全规范要求；
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3）选择最佳主力穿越层位。综合考虑入土角、出土角、曲率半径等因素，
根据 本工程综合考虑以上因素，确定导向轨迹。
4）定向钻孔轨迹线段由造斜直线段、曲线段、水平直线段（与管道排水坡
度一 致）等组成，为保证水平直线段精度要求，造斜段水平距离 L 可按图 4 计算确定
H0 H D0 2
L 2A H0 A sina sin2a sin na /tg na
A cosa coa2a cos na N 取值在 3～5 范围。
5）入土造斜段与管道直线段之间及管道直线段与出土造斜段之间，至少应有
根钻杆长度达到管道直线段坡度要求。
6）入土角不宜超过 10°，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°。
7）相邻两节钻杆允许转向角根据土质条件，钻杆长度、材料等因素确定，土
质 越软，а角越小，а角的取值一般在 1.5°～ 3.0°。
2 回拖力计算及最大拖拉长度
1）管道回拖力计算按图 5 所示进行计算：
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图 5 回拖力计算示意图
Pt Py Pf Py Pf
DkRa/4
2
DLf
式中 Pt――回拖力（ KN ）
Py――扩孔钻头迎面阻力（ KN ） Pf――管周摩阻力（ KN ）
Dk――扩孔钻头外径（ m），一般为管道外径 1.3～1.5 倍； D ――管道外径（ m）
Ra ――迎面土挤压力（ Kpa）在上海地区，粘性土 Ra在 50～60Kpa；砂
性土在 80～100Kpa；
L――管道长度（ m）
f――管周与土的摩擦系数（ Kpa），在上海地区，粘性土 f 在 0.3～0.4Kpa，
砂性土在 0.5～ 0.7Kpa；
2）定向钻孔拖拉法施工，最大拖拉长度宜控制在表 1 范围内：
表 1 最大拖拉长度控制表
管道口径（ mm ） 所处土层 粘性土 砂性土 粘性土
最大长度（ m） 备注 DN300 DN400 管道口径（ mm ） 砂性土 所处土层 250 180 200 150 最大长度（ m） 备注
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DN600
粘性土 砂性土 160 120 采用特殊、有效的成孔及减摩措施时，最大拖拉长度可适当增加。
6.2.4 基坑开挖
在拉管施工机械的前部，开挖一个可供临时储存泥浆的基坑，基坑深度在 2m 以 内，宽度在 1.5m左右，长度在 8m 左右即可。
6.2.5 钻机就位及试运转
按施工布置图将钻机及附属配套设备安放在预定位置，进行系统连接、试运转， 保证设备正常工作。 施工由 4000×2000×1500的钢板箱作为地锚 ,必要时装满沙子提高 其稳定性 ,将钻机前端固定在地锚箱上。
6.2.6 钻导向孔 1 导向孔施工步骤： 1）探头装入探头盒。 2）导向钻头连接钻杆。
3）转动钻杆测试探头发射是否正常。 4）回转钻进 2m 左右。 5）开始按照造斜轨迹进行钻进。 6）完成直孔段钻进。 7）按照造斜轨迹进行钻进。 8）导向孔完成。
2 导向孔施工应注意事项：
1）确定管线入土点与出土点的位置和深度。 2）做好测量放线工作。
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按照设计要求，做好穿越管线的测量放线工作，放线时要做好放线基准点的确认 工作，并使钻机、入土点、出土点在同一直线上。
3）掌握穿越段地层特性
导向孔施工前，应对穿越的地层进行分析，以掌握其工程地质特性，保证钻孔施 工时技术参数的合理性。
4）导向孔施工时，要保证导航员与钻机操作人员的协调一致。
5）导向孔钻进时，要随时掌握导向孔实际轨迹线，以使导向孔轨迹与设计轨
迹
之间偏差在设计要求的范围内，发现偏差超标要及时纠正。
6）合理使用泥浆作冲洗液，确保钻孔成型及钻具的安全。
7）选用优质的碱性电池，保证导向仪有足够的工作时间，确保导向孔施工时
一
次性完成（见图 6、图 7、图 8、图 9）。
图 6 导向钻头入土 图 7 导 向
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图 8 导向完
图 9 钻头分
6.2.7 反向扩孔 1 施工步骤
1）卸下导向钻头，换上反扩钻头及分动器。 2）分动器后连接钻杆。 3）扩孔。
4）反扩钻头到达钻头工作坑后卸下反扩钻头及分动器，将前后钻杆连接起来。
5）按照扩孔级次重复施工步骤，直至最终孔径 2 扩孔
分级实施扩孔，故预扩孔施工最终扩孔寸径比设计要求大一级扩孔，清孔，例：
φ250mm、φ350mm、φ450mm、φ550mm、φ650mm、φ750mm、φ850mm。最终扩孔直径
保证≥ 1.5倍的铺管直径，确保管线铺设通道通畅（见图 10、图11、图 12、图 13、图 14、图 15）
图 10 安装扩孔器 图 11 扩孔拉进 （小管径、 大管径需要提前分级扩孔）
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图 12 扩孔钻进、拖管
图 13 扩孔钻进、拖管曲线
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图 14 扩孔、拖管到达接收坑 图 15 扩孔头分离
6.2.8 反向拖拉管材 管道组焊完成，扩孔器清孔后，根据回拖力、扭矩的大
小决定管道回拖．施工时 记录回拖中的扭矩、拖力、泥浆流量、回拖速度等数值，回拖数据时实报告。
回拖力计算公式
Ｆ拉＝ΠL2 f［（D2 /4） γ泥– 7.85δ1（D- δ1）］+k 粘 ΠDL2
式Ｆ拉—计算的拉力中: — （ t）；
L2—穿越管段的长度— （ m）； f—
— 摩擦系数， 0.1-0.3； D—
管子直径（ m）； —
γ——泥浆的密度泥 （t/m3 ）; δ1
— —管子的壁厚（ m）； k —粘滞系数， 0.01-粘— 0.03
按照施工规范的要求， 钻机应选择最大回拖力为理论回拖力 1.5-3.0倍，可以完全
满足施工要求（见图 16）
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图 16 造斜段拉杆收回（施工完成）
6.2.9 现场泥浆配置及处理 1 泥浆材料用量
根据一般土质情况， 确定泥浆配制方案， 实施泥浆开钻， 开钻前配制好优质泥浆。
泥浆在定向穿越中起关键作用，需要针对不同的地层采用不同的泥浆，若地质情况复 杂，则对泥浆要求比较高，为了对付不同的情况，需要将采取以下措施：
1）将施工用水存入水罐，在水中加入纯碱，加速粘土颗粒分散 ,提高水的 PH
值；
2）按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求
的 泥浆。
3）根据不同的地质条件，和不同的施工工序 ,确定加入不同的添加剂。 4）为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不能改变的情
况 下，将采取增加泥浆储存罐的数量。
5）废泥浆的处理：在焊接场地挖一个废浆收集池，收集废泥浆，经沉淀之后
处 理；在钻机场地也挖一个的泥浆回收池，泥浆经过回收池沉淀后，再经过泥浆回收系 统回收；回收不了的泥浆排送到指定的地方。
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2 泥浆在各个施工阶段的配制方法：这些泥浆配制方案都是针对一般土质得出
的，若地质条件改变，其配制方案也随之改变：
1）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的物质携带出孔外，同时维持孔壁稳定较
长 的时间，保持孔内泥浆面 ,减少阻力,其基本配方是： 7—8%预水化膨润土
+0.2—0.4%增 添剂+0.3%降滤失剂 +0.2%固体润滑剂。两端砂层加 0.2%单项压力
封闭剂
2）预扩孔阶段要求泥浆一定的动切力和良好的流动性 ,提高泥浆携带能力，
其基 本配方为：7—8%预水化钠基膨润土 +0.2—0.4%提粘剂+0.2%降滤失剂
+0.2-0.3%泥浆流 变剂。
3）扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携带能力；同时还有很好的润滑
能 力，减少摩阻；其基本配方如下： 7—8%预水化钠基膨润土 +0.2—0.3%提粘剂
+0.3%降 滤失剂+0.4—0.6%的润滑剂（ RT—988）+0.2-0.3%泥浆流变剂。
3 泥浆排放 施工时废浆的排放必须符合文明施工要求，采用泥浆排放车，随
时处理施工中产 生的泥浆。
7 劳动力组织
人员数量及工种安排如表 2。
表 2 现场施工人员需求表（每台钻机配备）
职责 负责整个项目的施工质量、进度、安全的控制 负责整个项目的控向等技术操作、资料管理工作 负责全班施工，协调各工序间操作 辅助队长负责全班施工，协调各工序间操作 负责工程质量检查 负责施工安全 操作钻机吊车施工 负责卡车和面包车的驾驶工作 岗位 项目经理 技术员 施工队长 施工副队长 质检员 安全员 吊机操作手 驾驶员 人数 1人 2人 1人 1人 1人 1人 2人 2人
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泥浆工 挖机操作员 机械﹑电工
负责泥浆配制 操作挖机 负责维修使机械正常运转 辅助施工 负责后勤保障 4人 2人 1人 6人 1人 技工 后勤 8 主要机具设备
主要机具设备如表 3：
设备名称 水平导向钻机 钻具 导向仪 泥浆车 工程 运输车 发电机 污水泵 泥浆泵
表 3 主要机具设备表 规格（型号） 单位 数量 DL1500 9\"泥浆马达 月蚀 台 套 套 台10吨 依维柯 辆 台高压泥浆泵 50KW+130KW 5． 5KW（3.5KW） 15KW/7.5KW 949 台台台1 1 1 1 2 2 4 2 1 生产国（厂）家 南京 廊坊 美国 DCI 公司 南京 国产 国产、国产 国产 国产 国产 9 质量控制
9.1 易出现的质量问题
易出现的质量问题主要有：
9.1.1管材的环刚度不能保证； 9.1.2 管材的焊接质量缺陷；
9.1.3 定向穿越偏差及泥浆的配置质量不能保证从而导致塌孔。 9.2 保证措施
9.2.1 材料控制
1 各种材料要有产品质保书、出厂检验合格证等，并经我公司检验人员及监理
验 收合格后方可投入使用。任何未经验收合格的材料不得投入使用。
2 组织专人进行材料采购，按照“质优、价廉、就近、及时”的原则进行。
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3 现场材料验收合格后，按照公司有关要求贮存和使用，以确保整个过程中不
损 坏、不变质和不丢失。
9.2.2 定向钻焊接质量控制
1 焊缝检验合格、钻具及拉管头可靠连接后方可拉管。拉管中耐心细致，注意
参 数变化，集中精力，发现漏点及损伤要及时修补。
2 为保护补口防腐在拉管时不被破坏， 在补口的拉管前进方向一侧增加半个
热收 缩带，且补口应在拉管前一天完成以保证拉管时补口强度。
9.2.3 定向穿越偏差及泥浆的配置控制
1 水源采用经净化处理后的当地河水，水经过沉淀池沉淀，沉淀之后的水存入
水 罐，在水中加纯碱，提高水的 PH 值。
2 根据不同地层，按事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配
出 合乎要求的泥浆，粘度控制在 40～60s之间。
3 所用的泥浆添加剂有：磺化沥青（降滤失） 、聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰
胺 [ 提 粘]、防塌降滤失剂等。
4 废泥浆的处理：钻机场地内挖一个泥浆回收池，回收不了的泥浆用泥浆罐车
及 时运输到指定的位置。
5 钻机及配套设备就位准确可靠，导向孔不得急于求快，要认真复核，参数要
求 准确，偏差要符合规定，司钻、控向等操作人员要按照制定的方案钻进，如有异常及 时汇报，必要时征得建设单位同意和支持。钻孔曲线要圆滑，扩孔要耐心细致，且要 做好详细记录以便分析复核。
10 安全措施
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10.1 主要安全风险分析
10.1.1 由于导向过程中遇到障碍物或信号干扰，容易出现导向偏差太大现象； 10.1.2 管线资料有误及钻孔偏差致使管线损坏； 10.1.3 扩孔器遇障碍引超卡钻；
10.1.4 上钻杆没有到位、钻杆质量缺陷及扭矩、拉力过大引起脱扣或钻杆断
裂；
10.1.5 孔内塌方，成孔不好致使拉管阻力过大； 10.1.6 孔内泥浆压力过高引起路面隆起。 10.2 采取的措施
10.2.1 分析确定障碍物位置，修改导向轨迹避开障碍。
10.2.2 立即停止施工，保护现场，通知有关部门，制订补救措施抢修。 10.2.3 用挖机、顶拉式千斤顶把钻杆回拉；减慢回扩速度，必要时换小口径扩
孔 器回扩。
10.2.4 用挖机、顶拉式千斤顶把钻杆回拉； 采用导向钻头在原孔位钻进至出
土点， 然后重新回扩。
10.2.5 用挖机、顶拉式千斤顶辅助拉管；用挖机、顶拉式千斤顶把已入孔管线
拉 回，重新扩孔。
10.2.6 挖孔泄压。 11 环保措施
11.1防止环境污染措施 施工现场泥浆专人进行清理、打扫，要及时清理出现场，
并运到指定地点。 施工中不使用含有有毒、有害元素的材料。 禁止在施工现场焚烧垃圾。
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11.2 防止 噪音污染措施
严格控制人为噪音，进入施工现场不得高声喊叫，无故敲打、乱吹哨，高音 喇叭的施工。
尽量选用低噪音设备和工艺代替高噪音设备和工艺。
12 应用实例 12.1 工程简介
甬绍金衢成品道线路施工第五标段定向钻穿越工程，本工程金东段
JD029-JD031号桩管线原计划开挖施工，由于考虑到管线需穿过珍珠混养塘、水泥
公 路和沼泽地，所以施工难度较大，变更方案为定向钻施工。
此穿越里程桩号为( 9+0—10+449)，穿越处位于金华市金东区鞋塘镇，穿越长 度为 510m，穿越主管线采用Φ 457×9.5 3PE防腐管，并行敷设一条光缆套管，管材采 用Φ114×6.4 20#无缝钢管。穿越沿线主要为珍珠混养塘、水泥公路和沼泽地。
12.2 施工情况
根据地质勘查报告及实际穿越地质， 本处穿越地质情况主要为⑤强 -中风化泥质粉 砂岩，其抗压强度较大，通过选用大吨位设备及高强度钻具，严格控制导向等施工措 施，自 2008年 3月开工， 5月完工，历时 3个月的完成了施工任务。
12.3 工程结果评价
该工程自开始施工至施工过程中， 建设方领导及相关职能部门领导多次到现 场莅临指导，在工期要求紧，施工协调难度大的情况下，保证工期的同时又减少了对 附近居民的影响及生态的破坏，并为建设方节约成本近 40 万元。
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12.4 建设效果及施工图片
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图 17 拉管定向钻孔设备
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图 18 拉管引孔施
工
图 19 拉管拖拉施工
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图 20 拉管拖拉施工