中国水利水电第十四工程局有限公司 云南昆明 650041
摘要：河北省廊坊市地区深层地下水赋存高氟水，为解决农村群众饮用高氟水、苦咸水问题，并实现地下水压采，近年来水源置换项目逐步加快建设，水源置换项目的不断实施势必会造成地方的水土流失。为避免水土流失，拉管施工则成为了减少水土流失的一种重要施工工艺而被大量应用。廊坊市安次区2019 年地下水超采综合治理农村生活水源置换项目工程大多位于永定河泛区内，且穿过廊坊市南环路及安全围堤，南环路及安全围堤为永定河泛区与非泛区界限，距离廊坊市市区约5km，如何安全快速穿越永定河泛区与非泛区界限显得尤为重要。
关键词：拉管；穿越；泛区与非泛区界限；安全快速
1 前言
廊坊市安次区2019年地下水超采综合治理农村生活水源置换项目主要任务为地表净水厂至安次8座农村水厂供水管道连接工程。涉及安次区仇庄乡、杨税务乡、东沽港镇、调河头乡、落垡镇、葛渔城镇和码头镇7个乡镇，共计256个村街，23.85万供水人口。
该工程采用拉管施工工艺穿越廊坊市南环路及安全围堤，交叉角度约为90°，穿越长度650m，入土点距南环路南侧路肩约256.87m，出土点距安全围堤北侧堤脚309.17m。穿越安次区南环路及安全围堤段位于安次区杨税务乡南固城村界内，其中南环路路宽约38.3m，距安全围堤南侧堤脚约17.4m，路面自然标高约为15.6；安全围堤宽约28.9m，堤顶自然标高约为18.1。穿越管材为DN600×10涂塑复合钢管，管道设计工作压力为0.4MPa，管顶覆土约为15.6m。
2工程地质
工程区场地类型属III类，基本地震动峰值加速度值为0.1725～0.20g，基本地震动反应谱特征周期为0.55s，深度15m内少粘性土在饱和状态下多具有地震液化趋势。永定河为季节性河流，河水补给源主要为地表径流和大气降水，河道常年有水。地下水埋深约为13.5m，位于管底以上，在雨季地下水位可能上升。输水管道坐落在③2 层壤土（Qall4g）上，上述地层具中等压缩性，具弱透水性，承载力建议值为90kPa。管道所穿越地层主要为壤土（Qalp4q）、壤土（Qall4g）、黏土（Qall4g）层，局部穿过小范围细砂（Qall4g）层；黏土（Qall4g）、壤土（Qall4g）呈可塑～软塑状，自稳性较差；细砂（Qall4g）层自稳性亦较差。
3拉管安全快速穿越施工技术
3.1 工作坑施工
工作坑位于明挖段，开挖深度约为5m，工作坑采用四周采用[20进行支护或者放坡开挖，防止坍塌。为保证工作坑内干燥和扩孔施工，在入土工作坑旁设置泥浆沉淀池，并在池底设泥浆泵，将管道回拖时多余的泥浆抽至泥浆沉淀池内。入土工作坑后部布置设备操作场、钻孔堆放场和临时堆土场。
3.2 导向轨迹设计
定向钻孔轨迹线段由造斜直线段、曲线段、水平直线段等组成。根据《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》（CECS382：2014），水平定向钻先导孔轨迹入土角、出土角及曲率半径可按表3.1水平定向钻先导孔轨迹参数选取。
表3.1 水平定向钻先导孔轨迹参数
注：D1为钢管外径
先导孔轨迹设计如图3.1先导孔轨迹设计图所示。
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图3.1先导孔轨迹设计图所示
a2=Rsinα b2=R（1-cosα） b1=h1-b2 a1=b1/tanα
c1=Rsinβ d2=R（1-cosβ） d1=h2-d2 c2=d1/tanβ
L0=L-a1-a2-c1-c2
3.3 钻机就位
钻机安装在设计轨迹延长线的起始位置，钻机动力头的中心轴与设计轨迹延伸线重合，钻机锚固满足在钻机最大推拉力作用下不发生失效。
3.4 钻液配制
钻液由水、膨润土和聚合物组成。钻液具有冷却钻头、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。本工程的钻液配合比确定为：膨润土20%，转液宝1%，水75%，2%膨润土重量的烧碱。
3.5先导孔钻进
施工前钻机应进行试运转，时间不少于15min，确定机具各部分运转正常且钻头喷嘴有泥浆流动后方可钻进；
第一根钻杆入土钻进时，应采取轻压慢转的方式，稳定钻进导入位置和保证入土角；且入土段和出土段应为直线钻进，其直线长度宜控制在20m左右；钻孔时应均匀钻进，并严格控制钻进给进力和钻进方向；
先导孔钻进时，每进一根钻杆应进行钻进距离、深度、侧向位移等的导向探测，曲线段和有相邻管线段应加密探测；
保持钻头正确姿态，发生偏差应及时纠正，且采用小角度逐步纠偏；钻孔的轨迹偏差不得大于终孔直径，超出误差允许范围宜退回进行纠偏；
控向员应及时将测量数据与设计值进行对比，引导司钻员调整钻进轨迹，钻进至既有管线临近区域时，应慢速钻进并复核先导孔轨迹，测算与交叉管线的距离，确认在安全许可范围后再回复正常钻进。
曲线段钻进时，一次顶进长度小于0.5m，观察延伸长度顶角变量且该变量应符合钻杆极限弯曲强度要求；采取分段施钻，使延伸度顶角变化均匀；导向钻进遇到异常情况时，停转查明原因，问题解决后方可继续施工；先导孔纠偏应平缓，避免出现大的转角。
3.6扩孔
从出土点向入土点回扩，扩孔器与钻杆连接牢固；成孔采用分次逐级扩孔的方式，每次扩的极差为100mm，本次穿越管道直径为600mm，故终孔径为900mm。
施工中加大泥浆配比，增加泥浆粘度的方法来维护钻孔的稳定。具体为：回扩孔时泥浆的马氏粘度值必须保证在45～55秒之间，泥浆比重大于1.03，泥浆注入土中与粘土混合后产生的泥浆比重大于1.10（根据土质情况而定）；选用高度膨润土，增加泥浆的高造浆率，保证泥浆具有优良的悬浮能力；为了增加钻孔的护壁效果，防止塌孔，在泥浆中按比例加入高分子聚合物，使钻孔壁形成一层保护层达到良好的护壁功能。
施工时连续进行，保证钻孔中的泥浆粘度适中处于一种粘滞状态，使泥浆没有时间沉淀，保证孔壁稳定性。在预扩孔时扩孔速度不能太快，扩孔时间控制在大于3分钟/根，并均速扩孔防止忽快忽慢，使孔内泥浆均匀分布，防止回扩器向扩孔方向反推以减少泥浆的不均匀分布。
扩孔孔径达到终孔要求后应及时进行回拖管道施工。
3.7 回拖管材
在管道焊接摆放过程中，根据场地的实际情况，在不影响交通的前提下，管道尽量一次性焊接完成，如果场地不允许，则分段焊接摆放，在拉管进行过程中逐段焊接以保证交通畅通。管道焊接应与钻孔同时进行。
经过前期的施工，钻机地锚可能会发生松动，回拖前应对钻机锚固进行检查和加固，确保回拖过程中不出现松动。
回拖过程应连续施工，特殊情况下需中断时，中断时间不宜超过4h，回拖速度应均匀，避免造成孔内压力激动；回拖过程中宜保持泥浆循环。
严格控制钻机回拖力、扭矩、泥浆流量、回拖速率等技术参数，严禁硬拉硬拖；回拖过程中应有发送装置，避免管段与地面直接接触和减小摩擦力；发送装置可采用水力发送沟、滚筒管架发送道等形式，并确保进入地层前的管段曲率半径在允许范围内。
回拖管段的质量、拖拉装置安装及其与管段连接等经检验合格后，方可进行托管，从出土点向入土点回拖。首先用现场制作的钢制封头，将管头密封，在回拉钻杆后一次连接扩孔头、旋转接头、管道，将管道回拖到工作井后，卸下扩孔头、旋转接头、取出剩余钻杆，堵上封堵头，进行水压试验。
3.8 水压试验
管道回拖完成后应进行水压试验，确保管道在工作压力下焊缝漏水，避免运行过程中漏水侵蚀安全堤。
3.9 注浆加固
管道拉通后进行注浆加固，确保钻孔不塌陷，避免路堤失稳。由于受场地条件限制，本次采用孔内注浆的加固措施，注浆长度为南环路路肩南北两侧20m范围内，共78.4m。
（1）拉管施工前在涂塑复合钢管前端连接两根与管道同长度的Φ83×10钢管，与涂塑复合钢管一同拉入土中并一同到达拉管设计终点桩号。到达终点后，解除Φ83×10钢管与涂塑复合钢管的连接，在两根Φ83×10钢管前面各加一根6ｍ长同直径的注浆花管。
（2）移动拉管机到接收坑，和Φ83×10钢管连接并回拽。每拽入6ｍ，把钢管和拉管机的连接取消，换成和高压注浆泵连接。注入1：1水泥、粉煤灰浆液，从而置换触变泥浆，补充涂塑复合钢管周围的空隙。然后再换再拉，再拉再注，反复进行。直到把Φ83×10钢管全部拉出接收坑，注浆过程也就全部结束了。
a、根据实际情况每3～6米注浆一次，根据计算注浆量一定大于泥浆量，注浆时尽量保持不要间断。
b、当花钢管拖入地面时一定要用堵头堵死，防止浆液从花管前端流出。
3.10 泛区防渗措施
为避免水土流失，在管道回拖后采用渗透系数应不大于1×10-5cm/s的粘性土对背水侧工作基坑进行回填夯实，回填长度（沿管道轴线方向）不小于5m，回填宽度（管道中心线两侧方向）不小于2m，埋深不低于3.5m；回填土采用渗透系数不大于1×10-5cm/s的粘性土，粘粒含量不低于15%，分层压实，压实度不小于0.94。粘性土顶部设置土工织物或砂石反滤层。在背水侧管道出、入土点采取设置3道防水翼环进行防渗，第1道防水翼环紧贴出入土点，余下2道防水翼环布置在填土区内，每道止水环的间距为1.0m，防水翼环高度不小于10cm。
4 结语
本文依托廊坊市安次区2019 年地下水超采综合治理农村生活水源置换项目工程拉管穿越廊坊市南环路及安全围堤，从导向设计、钻液配制、先导孔钻进、扩孔、回拖、注浆加固及防渗措施等方面研究总结出了一套拉管穿越泛区与非泛区界限的安全快速施工技术，可为后续类似工程提供宝贵的借鉴经验。
参考文献：
[1] CECS382：2014，水平定向钻法管道穿越工程技术规程[S].
[2] DB11/T594.1-2017，地下管线非开挖铺设工程施工及验收技术规程[S].
作者简介：
1.靳言言（1989-），男，宁夏固原人，工程师，主要从事项目管理工作。
2.黄 明（1990-），男，贵州兴义人，助理工程师，主要从事工程管理工作。
3.曾 诚（1993-），男，重庆丰都人，技术员，主要从事工程管理工作。
4.魏晓梦（1998-），女，湖北随州人，技术员，主要从事工程管理工作。