长距离顶管隧道内管道定向钻回拖施工工艺

赵宏

摘要：随着城市化进程的加快，地下管道的建设需求越来越大。而长距离顶管隧道作为一种常用的地下管道施工方式，具有工期短、施工难度小、对地面扰动弱，对周边环境有保护作用等优点，被广泛应用于市政工程和交通工程中。传统的顶管施工方式在管道定向施工方面存在一定的局限性，隧道内管道定向钻回拖施工工艺应运而生，为长距离顶管隧道内管道施工提供了一种可行的解决方案。基于此，本文章对长距离顶管隧道内管道定向钻回拖施工工艺进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：长距离顶管；隧道内；管道定向钻回拖；施工工艺

引言

近年来随着城市建设的不断发展，地下隧道的建设成为一个重要的领域。在隧道建设过程中，管道的铺设是其中至关重要的一环。传统的管道铺设方法存在一些问题如操作困难、影响周边环境等。因此，研究和应用一种高效灵活的管道铺设工艺势在必行。

一、长距离顶管隧道内管道定向钻回拖施工工艺

长距离顶管隧道内管道定向钻回拖施工工艺是一种用于在地下隧道中铺设管道的技术，该工艺主要通过钻机设备在一定的土质范围内，使用动力系统将导向钻杆送至地下隧道管线入口段，在地下隧道中对焊接完成的管道进行回拖，并通过拖曳设备将管道从隧道的入口位置（发射坑）拖拉至出口位置（接收坑），完成管道的铺设。该工艺适用于需要在长距离的顶管隧道内铺设管道的情况，例如供水、排水、天然气、石油等管道的铺设，此项工艺在吉林油田矿区供水工程中首例应用，并且取得显著效果。该工艺不需要在地面进行大面积的开挖，只需要在隧道内进行正常推进，减少了对地面的破坏和干扰；相比传统的开挖方式，定向钻回拖施工工艺可以快速地完成管道的铺设，大大缩短了工期并降低了成本；该工艺可以适应各种地质条件，包括软土、砂土、岩石等，能够在不同的地质条件下进行高效的施工；由于该工艺采用钻孔和拖拉的方式进行施工，可以根据具体情况进行调整和改变，具有较高的灵活性和适应性。

二、长距离顶管隧道内管道定向钻回拖施工工艺面临的主要挑战

顶管隧道所穿越地质层的情况常常是复杂和多变的，会遇到不同的地质构造、土质松散或者硬岩等情况，这就给施工带来了风险和挑战；在管道定向钻回拖施工中，一旦发生漏水、爆炸、煤气中毒等事故，会对作业人员和周边环境造成巨大风险；由于地质条件的不确定性以及设备的限制，会出现偏差较大的情况，导致钻孔偏离设计位置；土层的固化时间长短不确定，会影响后续施工进展和工期的控制。管道定向钻回拖施工需要大量的设备和人力投入，同时也需要花费较长的时间，这会带来资金和时间上的压力，需要合理安排施工进度和资源分配。施工过程中会对周边环境造成影响如噪音、粉尘、振动等。

三、长距离顶管隧道内管道定向钻回拖施工工艺的关键要素

（一）钻机设备

DDW-400定向钻机铺管钻机为钢制履带，自行走式全液压定向钻机铺管钻机。主机所有部件均装在履带底盘上，机动性能好，机构紧凑，整体性强，操作简单，传动可靠，主机配有大排量泥浆泵系统，与泥浆搅拌系统各自独立，正常工作时，用胶管将泥浆混配系统与主机泥浆泵连接起来，已完成铺设地下管线任务。钻机设备主要包括钻机、钻头和钻杆等组成部分，钻机是驱动钻探设备进行钻孔的主要动力来源，其功率和性能直接影响到施工的效率和精度。钻头则负责切削地下的岩土或其他地质材料，钻杆则将动力传递给钻头，并支撑钻探设备的稳定性。钻探设备需要具备足够的功率和精度，以应对不同地质条件和管道规格的需求。在长距离顶管隧道内，地质条件通常复杂多样，有可能遇到软土、砂砾、岩石等不同的地层。因此，钻探设备需要具备适应这些地质条件的能力，以确保钻孔的稳定性和准确性。钻孔的位置和方向必须准确无误，以确保管道能够顺利穿越地下隧道。一般而言，定位与导向系统会配合钻探设备，通过激光、GPS等技术来辅助定位和导向，以提高钻探设备的精度和准确性。

（二）拖拉设备

拖拉设备主要用于将管道从已经完成的隧道入口拖拉至隧道出口，完成管道的铺设及衔接工作。拖拉设备需要具备足够的强度和可靠性，能够在地下环境中稳定地进行拖拉操作。由于长距离顶管隧道内的管道铺设跨越较长的距离，拖拉设备需要具备足够的强大驱动力，能够克服管道的摩擦阻力和地下隧道的阻力，确保管道能够顺利地被拖拉。拖拉设备还需要具备良好的可靠性，能够在长时间的工作中保持稳定的性能，避免设备故障给施工带来延误和损失。拖拉设备的设计也需要考虑到地下环境的特殊性，例如狭窄的空间、复杂的地质条件和限制性的工作条件等。因此，拖拉设备通常采用紧凑结构、高强度材料和特殊的防护措施，以应对这些挑战并确保施工的顺利进行。

（三）定位与导向系统

定位与导向系统通过使用先进的技术手段，如激光、GPS等，能够实时监测和控制钻探设备和拖拉设备的位置和方向，从而确保施工的准确性和精度。定位与导向系统能够提供精确的地下三维坐标信息，操作人员可以根据这些信息对钻机进行精密调整，以确保钻孔按照设计路径进行。定位与导向系统还能通过同步显示钻探设备和拖拉设备的位置和方向，帮助操作人员及时调整和纠正施工过程中出现的偏差，从而达到更好的控制效果。定位与导向系统的优势不仅在于其高度精确的数据提供，还在于其实时性和可视化性。操作人员可以通过系统界面直观地看到设备的位置和方向，以及钻孔进展情况。这样能够快速发现偏差或问题，并及时做出调整，提高工作效率和施工质量，准确地将钻杆送至指定位置，保证回拖整体质量。

（四）管道材料与连接方式

在管道定向钻回拖施工工艺中，选择合适的管道材料和连接方式对成功实施工艺至关重要。管道材料需要具备一系列特性，如耐腐蚀、耐压、耐磨损、相同材质等，以满足工程所需的高要求。由于施工通常在地下环境进行，可能会面临土壤水分含盐量高、土壤酸碱性强等腐蚀因素。因此，材料应选择具有较高的抗腐蚀性能，如不锈钢、聚乙烯等材料，以保证管道的长期稳定运行。由于定向钻回拖施工中需要在密闭环境下进行，承受较大的压力。因此，管道材料应选择具有较高强度和刚度的材料，如钢管、复合材料管等，以确保管道在使用过程中不会发生破裂和变形。在管道定向钻回拖施工中，由于管道在穿越土层和地质构造时会受到一定的摩擦和挤压，因此需要选择能够抵抗磨损的材料，以延长管道的使用寿命。连接方式应具备牢固、可靠、防漏等特点，以确保管道的完整性和正常运行。

（五）地质勘测与分析

质勘测可以揭示地下隧道的地质构造、岩性特征、土层厚度、含水层情况等重要信息。这些数据有助于工程师们充分了解地下隧道所处地层的稳定性、孔洞发生的可能性、地下水的情况等，从而可以准确评估工程施工的风险。通过分析地下土壤的力学性质和水文地质条件，可以确保施工过程中的稳定性和安全性。根据地质勘测数据，工程师们可以确定最佳的钻孔路径，避开地下障碍物、脆弱地层和不稳定地质构造，降低施工风险。地质勘测还能指导选取合适的钻具和施工参数，提高施工效率和钻孔质量。通过了解地下隧道周边的生态环境、水资源状况和环境敏感点等，可以制定合理的环境保护措施，减少或避免对环境的不良影响。

（六）管道的实验和检查

通过给管道施加一定的压力，可以检测管道是否存在渗漏或破损等问题。压力测试可以使用水或气体作为介质，将介质注入管道中，然后观察是否有压力下降或泄漏的情况发生。流量测试可以评估管道的通畅程度和流量容量。通过在管道两端设置流量计，可以测量通过管道的流体的流量并与设计要求进行比较，如果流量不达标需要进行进一步的检查和调整。内部检查可以使用摄像头或遥测设备等工具，将其送入管道内部，对管道的内部情况进行实时监测和检查。通过观察管道内部的情况，可以发现管道是否存在异物、沉积物或损坏等问题，必须达到规范的相关要求。

结束语

总之，长距离顶管隧道内管道定向钻回拖施工工艺作为一种新兴的管道铺设方法，克服了传统方法的一些问题，在地下隧道的建设中具有广阔的应用前景。通过该工艺可以有效解决长距离顶管隧道内管道施工的难题，提高施工效率和质量。该工艺的应用还存在一些挑战，今后的研究应重点关注这些问题，并提出相应的解决方案，以进一步推动该工艺的发展和应用。

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