一种水平定向钻拖拉顶管装置及施工方法与流程

本发明涉及市政管道工程，尤其涉及一种水平定向钻拖拉顶管装置及施工方法。

背景技术：

1、随着城市的快速发展，城市地下管网的规模也越来越大，城市地下管网的正常运行是保证城市基础设施正常运行的重要条件。然而，部分城区道路排水管网的建设标准低，随着时间的推移，管道口径小、管道变形、损坏等基础设施薄弱问题凸显，而且，地下管道大部分是雨污合流管道，排污管道几乎被污泥堵塞，在强降雨天气下，管道无法及时排水，道路容易出现多个积水点，影响地面上基础设施的正常运行，雨污管网整治已成为每个城市迫在眉捷的事情。

2、雨污管网整治通常采用直接开挖法施工，直接开挖法会大面积破坏路面，施工工期长，会对车辆交通和行人出行造成极大影响；而且，地下管线错综复杂，直接开挖容易对施工周围的构筑物、地下管线产生影响，会增大开挖难度和施工成本，经济效益低。随着雨污管网整治技术的发展，逐步采用非开挖的方法进行管道整治，如裂管法、紫外光固化修复法、螺旋缠绕修复法等，其中，裂管法能够避免阻断交通影响居民生产生活，然而，裂管法仅适用于管道畅通情形，不适用于管道塌陷、堵塞的情形，在管道堵塞的情况下，顶拉杆无法穿过管道，裂管头也容易出现卡钻现象，影响管道修复质量。

3、在雨污管网整治过程中，也采用水平定向钻施工，传统的水平定向钻施工通常会存在以下问题：其一，施工过程中需要在管道的两端分别修建长20m、宽2m、深3m的斜坡段导向井，还需要开挖工作井，导向坑和工作井的修建会大面积破坏路面，不仅会对路面交通和行人产生较大影响，而且基坑周围存在安全隐患，大面积开挖和恢复工作井的成本高；其二、回托管道需要在施工现场焊接成整管，会在施工周围大面积占道，影响地上交通；其三、工作井开挖过程中存在大量扬尘，会对周围环境产生影响，而且地下管线复杂，工作井开挖过程中存在安全风险；水平定向钻扩孔过程中会产生大量泥浆，泥浆处理不当会对周围环境（特别是地下水）产生影响；其四、水平定向钻施工过程中，需要逐级扩孔；施工完成后，需要在管道位置上新建雨污水检查井，恢复开挖部位，施工效率低、预算高。

技术实现思路

1、本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种水平定向钻拖拉顶管装置及施工方法，能够对变形严重、塌陷、重度错口的管道进行整治，管道整治过程中，能够减小对施工周围环境的影响，提高施工安全性和施工效率；而且，该施工方法能够减小开挖面积，能够根据地上区域的交通量灵活调整占道区域，减小对路面交通的影响。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。

3、一种水平定向钻拖拉顶管装置，包括：水平定向钻机，布置于地面上，用于驱动导向杆钻孔或回拖导向杆；导向杆，包括多节依次连接的钻杆，所述导向杆用于疏通原管道或新建通道，在地下形成导向通道；公头，用于在导向杆回拖过程中破除原管道和/或障碍物，为新管节的置入提供置入通道；母头，用于将破碎的原管道或障碍物碎渣挤压入置入通道周围的土体中，使新管节顺利进入置入通道；顶推装置，布置于插入井中，用于推动新管节在置入通道中前进；导向坑，用于为导向杆的钻入提供通道；接收井，在新管节从插入井到达接收井后，用于使导向杆与新管节分离。

4、优选的，所述公头为旋转切割头，所述公头同轴设置在第一节钻杆的端部，所述公头为流线型结构，所述公头的中部为圆柱形，圆柱形的左和/或右端为锥形结构，所述公头的表面上设置有钻齿，所述钻齿周向布置或呈螺旋形设置；所述母头与公头转动连接。

5、优选的，所述母头与公头通过连接杆连接，所述连接杆的一端与公头固定连接，另一端与母头转动连接通过轴承或万向节连接。

6、优选的，所述母头为扩孔器，所述母头为圆柱形结构或流线型结构，所述母头上同轴设置有定位环，所述新管节连接在定位环上。

7、优选的，所述顶推装置包括油顶和承力结构，所述承力结构包括承力钢板和工字钢，所述承力钢板设置在插入井的远离导向通道口的井壁上，其底部嵌入地下，所述承力钢板上设置有安装孔，两根所述工字钢相对设置在承力钢板的安装孔两侧，所述工字钢的底部嵌入地下；所述油顶设置在两根工字钢之间，并穿过安装孔；所述油顶上同轴设置有顶盘。

8、优选的，所述导向坑长0.5~2m、宽0.2~0.5m、深0.2~0.5m，所述导向坑与接收井之间的距离为10~20m；所述新管节的覆土深度不小于1m。

9、本发明还提供了一种水平定向钻拖拉顶管施工方法，包括以下步骤：

10、步骤a、施工准备；对施工现场的雨污管网和地下管线的情况进行排查，标记地下管线的位置，确定拟整治管线的原管位和检查井位置，确定待整治管段的破损、堵塞情况，了解施工路段周边既有构筑物情况；确定施工方位，清理施工现场的障碍物，平整场地，设立交通疏导警示标识和安全警示牌；

11、步骤b、测量放线；将导向杆的出入土点确定在地下没有其他障碍的地段，根据设计图纸和现场条件进行桩位放线，确定管道轴线，使钻杆中心与管道轴线保持一致；

12、步骤c、导向坑开挖；确定接收井和插入井的位置，在与接收井相隔10~20m处开挖导向坑，使导向坑、接收井、插入井和施工段管道处于同一轴线上；

13、步骤d、设备安装及调试；将水平定向钻机就位在穿越中心线位置上，使导向杆中心与管道轴线一致，在插入井内安装顶推装置，将顶推装置与地面上的油路控制系统连接；

14、步骤e、导向钻进；水平定向钻机控制钻杆，在导向坑与插入井钻设导向通道；

15、步骤f、扩孔、新管道安装；在插入井与接收井之间安装新管道；

16、步骤g、拆除顶推装置、修复检查井和导向坑；

17、步骤h、对新管道进行检测；先采用管道机器人新管道进行检测，然后采用cctv视频检测方法进行复测，复测结果符合要求后，对新管道进行闭水试验，试验结果符合要求后，拆除围挡。

18、优选地，所述步骤f中的扩孔、新管道安装过程包括：

19、步骤f1、在插入井中，将公头同轴安装第一节钻杆上；将母头与公头转动连接；

20、步骤f2、将首节新管节下放到插入井中，并将新管节与母头连接；

21、步骤f3、水平定向钻机回拖导向杆，将新管节拖入置入通道中；

22、步骤f4、将下一节新管节下放到插入井中，使新管节的第一端处于置入通道内；控制顶推装置，顶推装置的顶盘将新管节推入置入通道中，使该节新管节与已安装的新管节连接，连接后，该节新管节的第二端伸出置入通道的通道口20cm；

23、步骤f5、重复步骤f3和步骤f4，直至新管节由插入井到达接收井；

24、步骤f6、在接收井中拆除公头和母头后，水平定向钻机继续回拖导向杆，直至将导向杆全部拖出导向坑。

25、优选地，所述步骤e包括：将探测棒插入式安装在导向钻头内，将导向钻头安装在钻杆上；调整钻杆的位置，使钻杆对正穿越中心线，并使钻杆的造斜度满足要求；水平定向钻机对钻杆施加作用力，使钻杆从导向坑斜向打入地下，并使钻杆沿设计轨迹前进；钻杆前进过程中，将多节钻杆依次连接，直至导向杆由导向坑到达插入井。

26、进一步地，所述检查井和导向坑的修复过程包括：插入井、接收井的井室修复、新管道与井室间的缝隙以及导向坑与接收井之间的导向通道的封堵、导向坑回填以及路面修复。

27、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

28、本发明的方法不仅可以对变形严重、塌陷、重度错口的管道进行修复，还能在地下新建管道，扩大了适用范围；施工过程中，仅需开挖一个小尺寸的导向坑，结合原有的检查井或新建检查井就可实现管道修复或管道新建，避免了大面积导向井的开挖、回填工作，减小了地面的占道面积，减小了对地面交通及行人的影响。通过在接收井相隔10~20m处设置一个小尺寸的导向坑，避免了基坑塌陷引起的安全风险，施工安全性更高；而且，小尺寸的导向坑可以大大减小基坑的开挖和回填工作量，提高了施工效率，减小了施工效率。

29、通过插入井进行新管道的安装，新管道安装过程中，将管道整体分为多节管节，通过水平定向钻机和钻杆回拖新管节、顶推装置顶进新管节，相邻新管节之间插入式连接，避免了大面积导向井的开挖工作，相对于焊接成管方式，避免了对施工周围大面积占道，减小了对施工周围环境的影响。

30、钻杆钻进过程中，通过导向定位系统调节导向钻头的运动状态，能够使导向钻头按照预设的轨迹运动；在导向钻头的作用下，钻杆能够穿越原管道中的障碍物，在原管道中形成导向通道，保证新管道的顺利置入；钻杆到达插入井后，通过在钻杆端部同轴设置公头，公头旋转运动可以进一步破碎障碍物或原管道，并对导向通道扩孔、使导向通道形成置入通道，为新管节的置入提供空间。

31、通过设置母头，公头与母头转动连接，母头能够将障碍物碎渣挤入到置入通道周围的土体中，防止障碍物碎渣干扰新管节的置入；母头还能带动新管节沿着既有路线运动，减小新管道的安装误差。

32、本发明的方法能够对埋深不小于1m的地下管道进行修复，不仅适用于埋深较浅的地下管道，也适用于埋深较深的地下管道；在管道修复过程中，单次可以对长度为100~200m的管道进行修复，相对于现有的短管置换的修复方法，本发明的方法能够单次对长距离的管道进行修复，提高了修复效率。