给排水管道中水平定向钻技术的选择与设计
设计方案及参数的确定主要包括管材的选择与穿越曲线的设计。水平定向钻拖拉法的常用管材为钢管与PE管，这两种管材使用水平定向钻拖拉法的技术、经济比较见表1。
根据钢管与PE管在水平定向钻拖拉法应用中的各自特点，一般情况下两种管材主要的适用场合如下:钢管一般用于施工场地开阔、拖拉距离长的场合;PE管适用于施工场地相对受客观条件限制、拖拉过程中要求更加灵活的场合。相比较而言，PE管在水平定向钻拖拉法中更为常用。
2.3 穿越曲线的设计
穿越曲线的设计是水平定向钻拖拉法设计的核心，顶管工程技术，通俗地讲就是寻找最理想的钻进路径。拖拉管的穿越曲线由造斜段与水平段组成，图1为水平定向钻拖拉管穿越曲线示意。
水平定向钻拖拉法穿越曲线的设计过程主要如下:
(1)通过对管道的技术、经济比较与论证，并对工程特点进行分析，选择最为适宜的管材。
(2)根据流量及试验压力确定管道的壁厚和管道外径D(m)。
(3)确定拖拉管水平段的埋深h(m)及长度l3(m)。l3一般是穿越障碍物的实际需要长度。拖拉管的覆土需满足以下要求:①穿越公路、铁路、河流时，其覆土厚度满足有关部门专业规
范的要求，当无特别要求时，应符合表2的要求，以及有关专业规范和主管部门的要求;②敷设在建筑物基础一侧时，管道与建筑物基础的水平净距必须在持力层扩散角范围以外，陕西顶管工程，尚应考虑土层扰动后的变化，扩散角不得小于45°;③敷设在建筑物基础以下时，必须经过验算对建筑物基础不会产生影响后方可确定埋深;④与现有地下管线平行敷设时，扩孔与地下管线水平净距不得小于0.6 m;⑤与现有地下管线交叉敷设时，扩孔与地下管线垂直净距在粘性土中不得小于0.5 m，顶管工程多少钱一米，在砂性土不得小于1.0 m;⑥遇可燃性管道、特种管线，应考虑加大水平净距和垂直
净距。当达不到上述距离要求时，应增设有效的技术安全防护措施。
(4)确定拖拉管的曲率半径。拖拉管的曲率半径包括造斜段(钻杆进入敷管位置的过度段)曲率半径R1及第二造斜段(钻杆钻出地表的过度段)曲率半径R2。拖拉管的曲率半径R通常是由钻杆的曲率半径与管材的曲率半径共同确定的。钻杆的曲率半径Rz由钻杆的弯曲强度所确定，因钻杆制造厂家不同也有差异，通常根据经验取Rz≥1 200Dz(Dz为钻杆外径)，这是保证钻杆不至于过载的转弯限制。
拖拉PE管的曲率半径Rmin(m)为:Rmin=1 000ED/(2σp) (1)式中E———管道弹性模量，MPa;D———管径，m;σp———管道弯曲应力，MPa。通常拖拉PE管的曲率半径大于管材外径的40倍即可，故其曲率半径通常是由钻杆确定。钢管弹性模量较大，拖拉钢管的曲率半径通常是由钢管本身确定。根据经验，拖拉PE管的曲率半径通常取R≥800D～1 200D，拖拉钢管的曲率半径取R≥1 200D～1 500D。
(5)造斜段水平长度l1与l2的确定。造斜段水平长度是由水平段管道埋深h与R确定的。造
斜段水平长度值太大则导致拖拉管总长度增加，进而增加总投资;太小则导致难以达到要求的施工精度，且施工难度、风险增加。根据国内经验，造斜段水平长度值一般为h的8～10倍，国外则高达11倍以上。
(6)入土角α与出土角β的确定。入土角α不宜超过15°，出土角β由导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大者确定，一般不宜超过20°。
(7)确定入土点A与出土点B。根据水平段埋深h、曲率半径R及入土角α与出土角β等参数可确定距障碍物最近的可能入土点与出土点，得到拖拉管总水平长度L(m)，进而得到拖拉管穿越曲线的实际长度L′(m)。L′可以根据穿越曲线计算，也可以采用经验值L′=(1.02～1.04)L。
(8)拖拉管段回拉力Pt的计算。根据拖拉管的回拉力复核管道壁厚是否满足拖拉要求。拖拉管段的回拉力Pt为:Pt=Py+Pf(2)Py=πD2kRa/4(3)Pf=πDL′f(4)式中Pt———拖拉管段的回拉力，kN;Py———扩孔钻头迎面阻力，kN;Dk———扩孔钻头外径，m，一般为管道外径的1.1～1.4倍;Ra———迎面土积压力，顶管工程施工方案，kPa，根据各地土质状况取值不同，如上海地区在护孔泥浆中粘性土Ra取50～60 kPa，砂性土Ra取80～100 kPa;Pf———管周摩阻力，kN;f———管周与土的单位侧壁摩擦力，kPa，根据各地土质状况取值不同，如上海地区粘性土f取0.3～0.4 kPa，砂性土f取0.5～0.7 kPa。拖拉管应进行必要的压力试验，通常包括拖拉管材连接完成后的压力试验以及拖拉管施工完毕后的压力试验，这是确保拖拉管施工质量的重要手段。
3 结语
水平定向钻拖拉法是近年来开始逐渐得到广泛应用的一种非开挖管道施工技术，目前国内尚无相应的国家规范和标准，其技术仍在不断地摸索与完善之中。水平定向钻拖拉法对于不具备开挖条件的中小口径给排水管道较为适用，也适用于煤气管、各种线缆及其套管穿越障碍物，实用性很强，具备广阔的推广与应用前景。
顶管施工发展方向
随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。加之人们对环境保护意识的增强顶管技术将在我国地下管线的施工中起到越来越重要的地位和作 用。非开挖技术的发展必将向规模化、规范化 、国际化的方向发展。
在 我国经济高速增长的支持下，顶管技术的发展将面临前所未有的机遇，在加快引进国外先进技术的基本上，努力消化创新，加强研发和人才培养， 其前景是非常乐观的。纵观国内外顶管技术的发展，发展方向将是多元化和多样化。 在顶管直径方面，除了向大口径管的顶进发展以外，也向小口径管的顶进发展。目前顶管技术顶进管的口径只有75mm，的已达到5m(德国)，大口径 顶管有取代小型盾构的趋势。在适应性方面，发展宽范围、全土质型顶管机是必然趋势，适应范围将大为延伸，从N值为极小的土到N 值为五十多的砾石，直至轴压强度达两百 MPa的岩石。将微电子技术、工业传感技术、实时控制技术和现代化控制理论与机械、液压技术综合运用于顶管机械上是顶管技术的发展趋势。数字化、信息化、 智能型顶管机的研制将得到更多的关注，纠偏精度、自动化程度也将得到大力提高。在不久的将来，一些全自动、高精度的掘进机会成为施工机械的主流。顶管的用 途随着相关技术的发展也将继续扩 ，主要用于管道铺设将发展管道铺设、涵顶进、地下人行通道管棚式施工等多用途型。 顶管截面形状基本上都是圆形，今后的发展趋势是圆形、矩形、圆拱形、多边形等，以适应箱涵顶进等各种工程的需要，故截面形状多元化是必然趋势。顶管施工形 式主要为土压式、泥水加压式，以后的发展将在进一步吸收国外技术的基础上，应用管套式、气泡式等等各种形式的顶管施工技术。随着高精度长距离测量技术进一 步的发展应运，通风系统的完善，中继间技术、注浆减摩技术的进步，排渣系统的发展、刀盘切削系统、推进系统、出土输送系统、供电液压系统、监控系统、测量 导向系统，等一系列技术的突破，现有的一次性顶进距离将不断刷新，各种复杂曲线顶管也将陆续出现。 目前我国已成立北京、上海、广州和武汉四个非开挖技术研究中心，我国国际非开挖技术协会单位会员已突破100个，数量居世界第4、亚洲第1。形成了行业协 会、科研单位、研究中心和设备生产和施工企业组成的强大的阵营，而且每年不断有很多人不断加入到从事顶管等非开挖工作的行列，我国的顶管技术的必将迎来一 个崭新的阶段。
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