尹海濤 陳曉峰 李春保 沈瑞海

一、工程概述

南水北調(diào)宿遷市尾水導流工程施工02 標工程范圍為樁號B12+300～B17+598（B 段發(fā)展大道頂管之后至1號尾水調(diào)度泵站及支線Ⅰ段I0+000-I3+181）的管道施工、水土保持和環(huán)境保護工程。管道長度8459m，包括溝埋管、頂管、過河鋼管包封等；其中過古黃河管道施工原設計方案為利用果園黃河橡膠壩降低黃河水位，采用圍堰截流干法施工，采用2 根DN1000×9 鋼管過河包封，單根長度235m，現(xiàn)因橡膠壩損壞，水位無法調(diào)節(jié)，工況發(fā)生改變，地層土質(zhì)透水性強且土層厚，無法處理；圍堰截流法施工工期長，與即將到來的汛期重合，施工質(zhì)量、安全風險大；同時圍堰法施工將對現(xiàn)狀黃河擋墻造成破壞，后期無法恢復。經(jīng)綜合比對，決定采用牽引法施工。

過黃河鋼管施工采用2 根DN1000 鋼管，鋼管壁厚14mm，管道工作壓力0.6MPa，采用對接焊接，單線長度約為265m，管道水平方向間距為8m。

根據(jù)地勘報告揭示，施工段沿線場地內(nèi)地層土質(zhì)分為6 層，雜填土、重粉質(zhì)沙壤土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)沙壤土、淤泥粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土，各土層評價如下：

①層：雜填土，成分復雜，均勻性差，強度較低，工程性質(zhì)較差，宜挖除。

②層：重粉質(zhì)沙壤土，稍密狀，中等壓縮性，水平方向上和垂直方向上均勻性較差，如作為該工程管線的天然地基持力層，需按《室外給水排水和燃氣熱力工程抗震設計規(guī)范》（GB50032-2003）中表4.3.6的要求，采取措施減小不均勻沉陷，并提高結構對不均勻沉陷的適應能力；該層滲透性較強，邊坡穩(wěn)定性較差。

③層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色，軟塑～流塑狀，高壓縮性，強度低，均勻性較差；無搖震反應，稍有光澤，干強度中等，韌性中等。

④層：重粉質(zhì)沙壤土，灰黃色、黃灰色；稍密～中密狀，夾螺殼；搖震反應迅速，干強度低，韌性低；粉質(zhì)壤土灰黃色，多為軟塑狀，局部流塑狀，無搖震反應，稍有光澤，干強度中等，韌性中等。中等壓縮性，水平方向上和垂直方向上均勻性較差，如作為該工程管線的天然地基持力層，需采取措施減小不均勻沉陷，并提高結構對不均勻沉陷的適應能力；該層滲透性較強，邊坡穩(wěn)定性較差。

⑤層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，灰色、黃灰色，流塑狀，局部軟塑狀；無搖震反應，切面光滑，干強度中等，韌性中等。高壓縮性，均勻性較好，為軟土，需采取措施消除地基震陷的影響；該層透水性較強，含水量較高，邊坡穩(wěn)定性較差。

⑥層：粉質(zhì)粘土，軟塑狀，高壓縮性，均勻性較差，強度較低，可作為該工程管線的地基持力層，該層為極微滲透性。

該工程范圍內(nèi)地下水埋藏較淺，入土點及出土點水位位于地下0.5m左右，高程約21.5m，管道穿越的②重粉質(zhì)沙壤土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④重粉質(zhì)沙壤土，透水性均較強。

二、主要參數(shù)確定

1.鉆孔軌跡設計

根據(jù)《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50268-2008），回拖管布置在出土點一側(cè)，根據(jù)設計牽引管兩端位置，黃河東側(cè)為大片人工林，黃河西側(cè)地勢平坦、開闊，適宜鋼管焊接、加工，確定黃河西側(cè)為出土點，東側(cè)為入土點，在東側(cè)施鉆。

根據(jù)設計文件，牽引管水平段中心高程約12.00m，入土端鋼管中心高程為18.75m，出土端鋼管中心高程為19.62m，鋼管最低點管頂覆土深6.84m，黃河東側(cè)入土點地面高程約22.00m，西側(cè)出土點地面高程約22.2m，設計穿越鋼管水平投影距離為265m；鋼管穿越②③④⑤層，主要位于③④⑤層；鋼管造斜段曲率半徑1400m，入土角為9°，出土角為9°。

2.管材的選擇

該工程拖管選擇Q235 涂塑鋼管，壁厚14mm。

管道在回拖施工時，管材所能承受的最大回拖力按式（1）計算：

式中：

F—管道能承受的最大回拖力（N）；

D1—鋼管外徑（mm），為1028mm；

D—管道內(nèi)徑（mm），為1000mm；

N—安全系數(shù)，給水、排水、通信、電力管道等低壓管道取2.0，燃氣等高壓管道取3.0，該工程取2.0；

σ—管材的屈服強度（MPa），此處取該工程鋼管設計強度215MPa。

則Q235 鋼管能夠承受的最大回拖力：

F=215×3.14×（10282-10002）/（4×2）=4791.84（kN）

鋼管回拖力按式（2）進行計算：

式中：

T—穿越管段所受回拖力（kN）；

fh—穿越鋼管管段與鉆孔孔壁之間的摩擦系數(shù)，一般取0.1～0.3，根據(jù)該工程管線穿越地段為砂質(zhì)地層，考慮摩阻力較大，取0.3；

γm—鉆孔泥漿的重度（kN/m3），取13kN/m3；

γp—管材的重度（kN/m3），鋼管取78kN/m3；

ωw—進行浮力控制時單位長度管道的配重量（kN/m），工況Ⅰ，考慮鋼管內(nèi)注滿泥漿工況，取9.03；工況Ⅱ，鋼管無配重，取0；

K—泥漿的黏滯系數(shù)（kN/m2），取0.15～0.35，泥漿黏性較大時取大值，反之取小值，取0.35；

t—鋼管壁厚，為0.014m。

工況Ⅰ，鋼管內(nèi)注滿泥漿：

工況Ⅱ，鋼管無配重：

如上，鋼管在回拖時在不同的配重情況下，回拖力相差加大，根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗，水平定向鉆及額定回拖力按設計回拖力的1.5～3.0 倍選取，在工況Ⅱ，無配重的情況下，鉆機額定回拖力取設計回拖力3倍，為2640.9kN，小于鋼管能夠承受的最大回拖力。

圖1 過黃河鋼管牽引施工流程圖

3.牽引設備的選擇

根據(jù)《水平定向鉆管道穿越工程技術規(guī)程》（CECS 382:3014）6.3.3，結合該工程敷設管線直徑、埋深和長度等因素，考慮施工所用水平定向鉆機額定回拖力，可按設計回拖力計算值的1.5～3.0 倍進行選取，選定的鉆機最大推拉力應不小于1000kN，最小扭矩不小于60kN·m，該工程按計算回拖力約2倍選取，確定推拉力為1540kN，扭矩為70kN·m。

三、施工過程

1.鋼管牽引工藝流程圖

過黃河鋼管牽引施工流程見圖1。

2.鋼管加工

（1）焊接前用角磨機配鋼絲刷對管節(jié)焊口每測軸向100mm 內(nèi)防腐層、鐵銹、油垢等雜質(zhì)進行了清除，保持干燥，以免焊縫內(nèi)產(chǎn)生氣孔和夾渣；焊條采用E4315/J427 及以上焊條。

（2）在鋼管拼接位置開挖工作坑，確保底部焊縫焊接質(zhì)量，工作坑尺寸為1.2m×1.2m×1.0m。

（3）管節(jié)組對焊接時先修口、清根，確保管端斷面的坡口角度、鈍邊、間隙符合規(guī)范規(guī)定。

（4）管節(jié)對口時，使管道內(nèi)壁齊平，錯口的偏差控制在2mm 以內(nèi)。

（5）管節(jié)對口檢查合格后，再進行接口定位焊接，點焊時，焊條采用與接口焊接相同的焊條；點焊要對稱施焊，其厚度與第一層焊接一致；不可在管節(jié)螺旋焊縫處點焊；點焊長度介于80～100mm 之間，點焊間距不大于400mm。

（6）為確保焊縫質(zhì)量，采用超聲波探傷對每道焊縫進行檢測。

3.鉆孔泥漿

鉆液在該工程施工中起著非常重要的作用，是決定施工成敗的關鍵因素。鉆液配置應具有以下性能：良好的流變性，較低的摩擦系數(shù)，很好的護壁性能。

該工程牽引孔道主要穿越②③④層，主要為重粉質(zhì)沙壤土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；此種土層成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力強，導向孔和回擴孔施工時極易坍塌；因此在導向孔和擴孔施工時時刻注意回漿情況，及時調(diào)整泥漿配比，保證泥漿具有優(yōu)良的懸浮能力。為了增加鉆孔的護壁效果，防止塌孔，在泥漿中按比例加入高分子聚合物，使孔壁形成一層保護層，達到良好的護壁功能。鉆孔泥漿的性能參數(shù)應根據(jù)施工中反漿進行實時監(jiān)測和調(diào)整。

4.管道回拖

管道回拖前，做好下列準備工作：（1）對鉆機地錨進行檢查，確?；赝线^程中不出現(xiàn)地錨松動；（2）對鉆機、泥漿泵等設備進行檢修保養(yǎng)；（3）吊管設備進場就位；（4）對鉆桿和管道的連接件進行檢查，確保工作可靠；（5）做好管道地表減阻措施；（6）對已連接完成的管線長度、焊縫、防腐進行檢查；（7）管道回拖組合連接后，應進行泥漿試噴，確保泥漿通道暢通。

管道回拖作業(yè)應符合下列規(guī)定：（1）回拖過程應連續(xù)施工，特殊情況下需中斷時，中斷時間不超過3h；（2） 回拖速度要均勻，避免造成孔內(nèi)壓力激動；（3）回拖過程中保持泥漿循環(huán)；（4）填寫回拖記錄。

根據(jù)該工程作業(yè)場地條件，管道回拖采用發(fā)送溝配合吊管設備進行減阻。

四、質(zhì)量控制要點

1.泥漿配比

泥漿是水平定向鉆施工的血液，如果泥漿停止循環(huán)，鉆進工作則不能正常施工，因此在施工中要高度重視泥漿的配置，這是施工成敗的關鍵。該工程牽引管施工管直徑為1000m，穿越土層為重粉質(zhì)沙壤土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，該土層成孔性一般，不穩(wěn)定容易塌孔，因此泥漿的配置尤為重要。在施工過程中，針對該種土質(zhì)配置粘度適中的泥漿，做到當泥漿相對于鉆孔底層處于靜態(tài)時，保持有足夠的膠凝強度來懸浮被鉆下來的鉆屑，最終能夠順利地把鉆屑帶出孔洞，為待裝管線留出足夠的空間。

2.鋼管焊接

該工程為直徑1000m 鋼管拖拉管施工，鋼管焊接質(zhì)量是保證工程順利完成的重要控制要點。管道在施焊前，對管道坡口表面的氧化皮、油污、熔渣等20mm 范圍內(nèi)全部清除干凈，凹凸不平的打磨平整。打磨清理完成后進行管接頭組對，管接頭的組對定位焊是保證焊接質(zhì)量、促使管接頭背面成形良好的關鍵，如果坡口形式、組對間隙、鈍邊大小不合適，易造成內(nèi)凹焊瘤、未焊透等缺陷。因此在組對前，對每節(jié)管材進行編號測量管徑，最終選取管徑最接近的兩節(jié)進行組對，這樣從源頭上保證了焊接質(zhì)量。為確保管道順利回拖，在對接焊接完成后，在每節(jié)焊縫位置增加三處菱形幫焊，確保回拖施工時焊縫不受影響■