某某国际机场二期扩建项目污水处理工程有计算过程.docx

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某某国际机场二期扩建项目污水处理工程有计算过程

杭州萧山国际机场二期扩建项目污水处理工程

（场外污水管道及泵房改造） 

拖

拉

管

施

工

专

项

方

案

编制人：

审核人：

批准人：

浙江宇达建设有限公司

二O一O年八月

一、工程概括 

工程名称：

杭州萧山国际机场二期扩建项目污水处理工程（场外污水管道及泵房改造） 

建设单位：

杭州萧山国际机场有限公司 设计单位：

杭州天元建筑设计研究院 监理单位：

浙江江南工程管理股份有限公司 施工单位：

浙江宇达建设有限公司 

本工程范围为杭州市萧山国际机场到坎山北泵站DN500压力污水管，管道总长约4.4Km，管道沿线有拖拉管3处、倒虹管3座、排泥井7座、排水检查井5座、排泥阀门井1座，流量计井1座。

一般管段采用DN500的钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管，管道规格为DN500，PN1.0；拖拉管采用DN500的PE100-1.0Mpa（SDR17）管 

 2、本泵房位于杭州市萧山国际机场，泵房为原机场污水处理厂的格栅集水井，进水管为原来机场DN800的重力污水进水管，出水管为DN500的 污水压力管，管道沿道路向南最终进入坎山北泵站。

泵房改造电气部分包括：

照明、动力以及室外电气。

2、地质概况 

根据附近工程的地质情况拖拉管段主要为粉沙土。

二、施工方案 

1、泥浆配比 

根据穿越地层地质为粉砂土,结合以往施工经验及相关知识配制以下泥浆配比表：

2-1．1#拖拉管回拖力理论估算 

根据穿越的长度、入土角、出土角、曲率半径、以及管材的管径、壁厚，利用经验公式计算分析最长处穿越如下：

已知：

管线直径    Φ=500mm 壁厚    δ=24mm 管线长度   L=70m 入土角    a r=9° 出土角    a c=7° 则：

回拖力Fmax=F摩+F自 =32145+8440 =40585N =4T 

其中：

1．管道在洞内自重产生的摩擦阻力 F自=f*P0*L=0.35×344.5×70 =8440N 

其中：

P0=1000ρgπ（D2  -d2  ）÷4 

    =1000×0.98×10-  6  ×9.8×3.14×（5002  -4522  ）÷4 =344.5N／m 

    2．管道在洞中的粘滞综合摩擦阻力 

 =3.14×0.5×19.5×15×70 =32145N 公式说明：

Ψ为固相含量系数（10～40）（ Ψ取15） τ为泥浆的切应力（19.5pa） 

f为管道和孔壁之问的摩擦系数（0.2～0.6）（f取0.35） P0为每米管道的重量（N／m） ρ为管密度 ρ=0.98×103kg／m3 g为重力加速度 g=9.8N／kg D为PE管外径 D=500mm L为管道长度（m）  L=70m 

d为PE管内径 d=D-2×δ=500-2×24=452mm 

2-2、2#拖拉管回拖力理论估算 

根据穿越的长度、入土角、出土角、曲率半径、以及管材的管径、壁厚，利用经验公式计算分析最长处穿越如下：

已知：

管线直径    Φ=500mm 壁厚    δ=24mm管线长度   L=93m 入土角    a r=9° 出土角    a c=7° 则：

回拖力Fmax=F摩+F自 =42707+11213 =53920N =5.3T 

其中：

1．管道在洞内自重产生的摩擦阻力 F自=f*P0*L =0.35×344.5×93 =11213N 

其中：

P0=1000ρgπ（D2  -d2  ）÷4     =1000×0.98×10-  6  ×9.8×3.14×（5002  -4522  ）÷4 =344.5N／m 

2．管道在洞中的粘滞综合摩擦阻力 

=3.14×0.5×19.5×15×93 =42707N 

公式说明：

Ψ为固相含量系数（10～40）（ Ψ取15） τ为泥浆的切应力（19.5pa） 

f为管道和孔壁之问的摩擦系数（0.2～0.6）（f取0.35） P0为每米管道的重量（N／m） ρ为管密度 ρ=0.98×103kg／m3g为重力加速度 g=9.8N／kg D为PE管外径 D=500mm L为管道长度（m）  L=232m 

d为PE管内径 d=D-2×δ=500-2×24=452mm  

2-3、3#拖拉管回拖力理论估算 

根据穿越的长度、入土角、出土角、曲率半径、以及管材的管径、壁厚，利用经验公式计算分析最长处穿越如下：

已知：

管线直径    Φ=500mm 壁厚    δ=24mm 管线长度   L=123m 入土角    a r=9° 出土角    a c=7° 则：

回拖力Fmax=F摩+F自 =56484+14830 =71314N =7.1T 

其中：

1．管道在洞内自重产生的摩擦阻力 F自=f*P0*L =0.35×344.5×123 =14830N 

其中：

P0=1000ρgπ（D2  -d2  ）÷4     =1000×0.98×10-  6  ×9.8×3.14×（5002  -4522  ）÷4 =344.5N／m

2．管道在洞中的粘滞综合摩擦阻力 F摩=π〃D〃τ〃Ψ〃L =3.14×0.5×19.5×15×123 =56484N 公式说明：

Ψ为固相含量系数（10～40）（ Ψ取15） τ为泥浆的切应力（19.5pa） 

f为管道和孔壁之问的摩擦系数（0.2～0.6）（f取0.35） P0为每米管道的重量（N／m） ρ为管密度 ρ=0.98×103kg／m3 g为重力加速度 g=9.8N／kg D为PE管外径 D=500mm L为管道长度（m）  L=232m 

d为PE管内径 d=D-2×δ=500-2×24=452mm 

以上计算公式中，因整个过程管材受力较复杂且不断变化，会受诸如：

管材、壁厚、土质、土层间隙、土层含水量及渗透性、泥浆原料、泥浆浓度、导向孔曲率半径等等因素影响而出现不同的情况。

在实际应用中，应初步估算，适时修正，才能顺利完成施工。

从估算可知，本工程所需最大回拖力7.1T 小于ZT-35 非开挖钻机的回拖力35T，故可采用ZT-35水平定向钻机施工。

但必须在保证曲率半径的前提下，施工现场采取有效措施减少拖管阻力。

3、技术控制点 

（1）出入土角度大小适当，不宜过大，以防止多级扩孔后，管位发生上抬现象；

（2）同时开挖发送沟，提高管子进孔的顺畅性，降低管子在孔道头上的侧磨阻力；（3）采用钢制锥形拖拉头，提高抗拉强度，减小拉管阻力；（4）合理正确调配泥浆，泥浆粘度调制65s，PH=9,并根据不同地层拉力、扭矩情况，及时调整泥浆配比，有效提高泥浆粘度和流动性；（5）针对粉砂土地层扩孔必须采用逐级扩孔，以利于稳孔，扩孔大小宜在φ700－φ800孔径；（6）管材回拖前向管内注水，通过增加自重，抵消浮力，最大限度减小浮力差和侧磨阻力。

4、施工过程  

4.1钻机及配套设备就位:

将钻机就位管线穿越中心线位臵上，钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。

测量控向参数:

按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在管线中心线的不同位臵测取，且每个位臵至少测四次，进行对比，并做好记录。

4.2泥浆配制 

泥浆是定向穿越中的关键因素，按本次穿越泥浆工艺要求及地质情况编写配制方案，确定正确的混合次序，按不同的地质层配制出符合要求的泥浆。

由于穿越地段地质情况比较复杂，对泥浆的要求比较高，为克服对付这种不利因素，我们将采取以下措施：

4.2.1水源就近取用河水，用水泵输送至水罐内，在水罐中沉淀、过滤后配浆。

4.2.2按照确定好的配比用一级膨润土加泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。

4.2.3泥浆添加剂有：

降失水剂、提粘剂和防塌润滑剂等。

添加剂符合环保要求。

4.2.4为了使膨润土有足够的水化时间，在用量不改变的情况下，我们使用快速水化装臵并增加泥浆罐数量，在此工程中使用1个配浆罐和2个泥浆搅拌罐。

4.2.5泥浆在各个阶段所起的作用如下：

钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定，减少推进阻力； 

预扩孔阶段要求泥浆有很好的护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力； 

扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力；同时还有很好的润滑能力，减少摩阻和扭矩。

4.2.6粉砂土层成孔性差,采取的措施是：

在泥浆中加入正电胶，形成“液体套管”，在提高粘度的同时加入定量的改性淀粉来控制失水，以便在孔道四周形成泥皮，稳定孔道。

4.3钻机试钻 

开钻前做好钻机的安装和调试等一切准备工作，确定系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕，严格按照设计图纸和施工验收规范进行试钻，钻进1-2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。

4.4钻导向孔 

进行管线导向孔钻进期间，建立穿越曲线数据库，采集在控向过程中由控向系统的计算机自动生成的有关数据。

如每个测量点的前后点及正位值。

为了保证采集数据的正确性，减少人为的数据录入错误。

我们将采取自编的小程序，使控向系统计算机生成的控向数据经过一、两步的转换后，自动生成Excel文件，以保证控向数据的可打印性和传输性，减少人为录入数据的错误。

导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，本次穿越工程用ZT-35型水平定向钻机实施。

钻导向孔的钻具组合是：

造斜钻头+S-73钻杆

控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到管线穿越。

开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。

4.5预扩孔 

本次穿越采用逐级扩孔预扩孔：

导向孔完成，钻头出土后及时拆卸，装上检查合格的扩孔器进行预扩孔，φ300、φ400、φ500、φ600、φ700，最后用清孔器清孔，清孔以慢稳为主，切忌速度过快，同时，做好每一遍扩孔的记录，以便于下一级扩孔借鉴，使扩孔具有可追溯性，清孔完成后，需紧接拉管工序，中间不允许长时间停留。

4.6管线回拖 

在回拖时连续作业，避免因停工造成阻力增大。

管线回拖前要仔细检查各连接部位，为保证回拖的顺利，将采取以下措施：

4.6.1连管回拖前，保证预制管线（至少出土点附近的50米管线）和穿越轴线的一致，减少管线进入孔洞时的侧向摩擦力，确保管道完好。

4.6.2将熔接好的管材放到发送沟，保证管道尽可能与地面脱离，管道在沟中呈漂浮状态，以减小回拖时的摩擦力。

4.6.3回拖时增加高润滑泥浆，使泥浆象薄膜一样附着于管道表层，起到保护作用。

4.6.4在扩孔回拖时，把扭矩控制在合理的范围内。

扭矩过

大，钻杆卸扣困难，欲速则不达。

因此把扭矩控制在适宜的范围内，保证扩孔回拖顺利。

4.6.5回拖时注意加强两边联系，时刻注意表盘的读数。

同时，做好每一遍扩孔的记录，以便于下一级扩孔借鉴，使扩孔、回拖具有可追溯性，保证扩孔回拖的顺利。

4.7地貌恢复 

及时进行钻机场地的地貌恢复、剩余泥浆的处理和设备转场。

4.8作为定向钻穿越专业化的施工队伍，管道穿越项目部在施工中，将采取以下特别措施，以保证100%的穿越成功。

4.8.1保证导向孔“平滑圆缓” 

首先，要确保在导向孔作业中信号的安全传输，为此，第一步用专用检测工具检查信号线的质量；  

其次，严格按照施工规范操作，确保每根钻杆曲率半径符合设计规定的范围,并在此基础上,确保每根钻杆倾角和方位角的变化值在规定的误差范围之内。

4.8.2扩孔作业 

在保证扩孔后形成的孔洞符合要求下，合理确定每次扩孔的级差，并根据地质及每次扩孔泥浆的携带情况，制定合适的泥浆配比，确保孔洞形成良好、泥浆在出入土点侧返浆通畅。

4.8.3预制管线的充分准备 

连管回拖前，保证预制管线（至少出土点附近的50米管线）和穿越轴线的一致性。

同时，采取漂浮或其他措施降低管线回拖时管线的摩擦力。

4.8.4保证钻具的完好 

经过多年的探索及理论分析，特别是经过以前施工经验总结，保证钻具的完好，也是穿越成功的关键。

为此，对每一根用于施工的钻杆、扩孔器系列等，在施工前都将经过严格的无损检测和丝扣的维护保养。

4.8.5建立高效的泥浆体系，确保在复杂地质条件下孔洞形成的良好 孔洞塌方是穿越施工中最危险的隐患之一，为此，在现场针对塌方采用“二高”——高粘度、高密度配制泥浆，可起到支撑、悬浮和护壁和减少岩屑床的形成作用。

同时，我们加大高分子泥浆添加剂的剂量。

利用其大分子量聚合物纤维素的链式网状结构来起到“支撑和拉住”等护壁作用，回拖时，在必要的情况下，加入固体润滑剂等低浮力高润滑的泥浆体系，提高流动性，从而降低回拖阻力，保证穿越成功完成。