非开挖污水管道拉管施工工法

非开挖污水管道拉管施工工法

中交一航局第二工程有限公司

郑现振

1 前言

福清东塘大道道路工程由中交一航局第二工程有限公司承建，开工后，污水管道施工受村民干扰、征地、地勘不符等因素影响无法按计划正常施工，其中地质条件与地勘报告不符因素制约工期最大。原设计采取开挖施工的298m污水管道施工，出现了淤泥层夹流砂层地质，采取钢板桩支护后开挖污水管道，仍然出现流砂从缝隙流失、塌方现象，导致无法采用开挖方式施工污水管道，施工工期滞后。为保证施工工期和施工质量，经项目部组织方案研讨，提请设计变更，采取拉管施工工艺完成该区段的污水管道施工。缩短了工期、有效降低了施工成本，减少了窝工和机械台班停滞费用。

2 工法特点

2.1 拉管工法介绍

拉管施工技术是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。非开挖技术是近几年才开始使用的一个术语，它涉及的是利用少开挖，即工作井与接收井要开挖，管道不开挖来进行地下管线的铺设或更换。新建管线和施工占路对社会的影响成为传统施工工艺难以解决的矛盾，拉管技术为解决这一日益突出的矛盾提供了很广泛的应用。 2.2 拉管工法优越性

与传统的开挖工艺相比，该工法应用在地质情况比较差或开挖深度大等情况下，可以缩短工期，用简易的方法解决较大的困难。因为整个施工过程都在地下穿行，不需要进行开挖，完全避免了采用开挖导致的基坑坍塌等出现安全问题的可能；从施工进度来看，在地质条件差、存在施工占路、征地困难等难题时对社会的影响成为传统施工工艺难以解决的矛盾，拉管工艺为解决这一日益突出的矛盾提供了广泛的应用。施工进度快，经济效益显著。 2.2.1采用拉管工法的其他优点

（1）对交通干扰最小； （2）对周围房屋环境的损坏少； （3）全年可施工，施工安全，效率高； （4）社会效益高，且综合成本低，工时少；

（5）导向管施工时，深度位置可以由导向仪测量，并根据设计轨迹进行校正调整。

3 适用范围

拉管工艺最适宜用在水利、燃气、电信和电力等管道穿越公路、铁路、建筑物、河流、古迹保护

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区、闹市区、农作物及植被保护区等，特别是地质条件差、存在施工占路、征地困难等难题时宜采用。拉管直径在DN800以内的偏多。通过工作井把要埋设的管子拉入土内，一个工作井内的管子可在地下穿行1500米以上，并且还能曲线穿行，以绕开一些地下管线或障碍物。

4 工艺原理

拉管施工技术是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。非开挖技术涉及的是利用少开挖，即工作井与接收井要开挖，管道不开挖来进行地下管线的铺设或更换，如图4-1拉管工艺立面图所示。

利用置于地面的铺管机钻孔，沿待铺线的设计轨迹先钻成一个先导孔（导向孔），然后将导孔回扩（回扩直径按4-2公式计算），扩大至适合生产管道铺设的直径，然后将待铺设的生产管拉入孔内。

回扩直径如下： D=K1d （4-2）

式中：D—适合生产管道铺设的钻孔直径；

K1—为生产管外经K1为经验系数，一般为（1.2～1.5）； d—管外径。

图4-1 拉管工艺立面图

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

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施工准备测量放线基坑开挖设备就位扩孔牵引管道管道焊接泥浆护壁导向钻孔注浆加固试压冲洗土方回填

图5.1-1 拉管施工工艺流程图

5.2 操作要点 5.2.1施工准备 （1）地质勘察

施工前先对现场进行地质勘探,地质勘探主要了解有关地质和地下水的情况,为选择钻进方法和配制钻液提供依据。现场勘察内容包括：原有地下管线及设施的直径和埋深，原有电缆线路的走向等情况，并在地面作好标记，穿越地层的土质类型、含水量、透水性。 （2）定向钻孔轨迹设计

牵引管施工前要做好导向孔曲线的设计，导向孔的设计和施工受许多因素的制约，其中最主要的是施工现场的地上和地下条件，地上条件包括地形，地貌以及周围建筑物、道路等；地下情况包括原有地下管线，地下水和地质结构等。因此，在导向孔设计和施工前必须进行详细的现场勘察。

1）钻进前依据设计图纸要求的管道内底标高和相对应的原地面标高先计算出钻杆应达到的深度来确定定向钻孔轨迹。

2）定向钻孔轨迹线段由造斜直线段、曲线段、水平直线段（与管道排水坡度一致）等组成。 3）入土造斜段与管道直线段之间及管道直线段与出土造斜段之间，有一根钻杆长度达到管道直线段坡度要求。

4）入土角度不超过15°，出土角度按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定，一般不宜超过20°。 （3）施工平面布置

根据施工要求，在各分段施工节点井位前后各需开挖一个工作坑和接收坑。在管道的起点设置一个工作坑，在管道的终点设置一个接收坑。在坑前方还需要停放施工机械以及导管拆装施工操作面，需占用16m×5m的地方做工作坑、接收坑和施工操作空间。 5.2.2施工测量

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（1）平面控制放线

平面控制及放线，依据现有边线，通过勘测方提供的控制点引测本工程的定位点，为保证施工各阶段控制点网，坐标及高程的准确，首先对施工现场内各控制桩加以保护。并把各控制点引测至现场外加以保护，以便竖向引测放线。同时要做闭合校核。

施工前通过全站仪沿地面上拉管的中心线每3m设置一桩（有障碍物的除外），并沿拉管的中心线撒好白灰线且测出桩高程，算好桩高程与设计拉管流水面的关系。 （2）高程控制

高程控制根据勘测方提供的水准点引测施工现场的高程控制点。根据本工程的实际情况，在现场选择固定的地方做临时水准点，并做好保护。控制好高程，保持精度在1%。 （3）工作坑开挖

应根据钻机的出入射角开挖出、入土两个工作坑，工作坑大小根据实际预埋管道的大小、材质、现场场地要求及管道埋设的深浅决定（如图5.2.2-1所示），一般待拉的管在DN500以下的入土工作坑挖掘尺寸为：（长×宽×深）3m×2m×2m，出土工作坑挖掘尺寸为3m×2m×2m。

工作坑深度根据拉管流水面高程确定。

图5.2.2-1 工作坑示意图

5.2.4设备就位、导向钻孔 （1）原理

导向孔钻进一般采用小直径全面钻头，进行全孔底破碎钻进，在钻头底唇面上或钻具上，安装有专门的控制钻进方向的机构，在钻具内或紧接其后部位，安装有测量探头。

管道拉管工法是在不开挖地表的情况下，用导向钻凿技术，将一无线电发射器置入钻头盒内，导向钻进过程中，地面接受仪随时显示钻头的深度、倾角、温度等参数（如图5.2.4-1所示）。施工人员在地面导航仪引导下，从起点到终点钻一个与设计轨迹尽量吻合的导向孔，且垂直+40mm-80mm平面误差控制在±100mm以内。

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图5.2.4-1 探测仪导向钻进

（2）施工机械的安装、调试

1）钻机安装在管道中心线延伸的起始位置，机架方位应符合设计的钻孔轴线。按钻机倾角指示装置调整机架，符合轨迹设计规定的入土角，施工前采用测量计算的方法复核。

2）钻机安装后，起钻前用锚杆锚固，满足钻机回拉力支撑要求。

3）开钻前测试探头反射信号是否正常，再将导向钻头以水平入土角度钻入土中，通过给进和钻进过程直到接收坑。 （3）定向钻进施工

1）钻机开动后，先进行试运转，时间不少于１５分钟，确定各部分运转正常后方可钻进；首根钻杆入土钻进时，采用轻压慢转的方法，稳定入土点位置，符合设计入土倾角后方可开始钻进。

2）导向孔钻进前，必须先对雷达探测仪进行校准，合格后方可使用；导向孔钻进时，造斜段探测控制点设置间距为 1.5m,直线段按一根钻杆长度3 m设置。

3）钻进过程中探测发现偏差时应立即通知钻机操作人员进行纠偏，主要方法为通过导向仪对钻头的钻进方向进行导向，予以纠偏；若发现偏位较大，则应该将钻杆拉回至未出现偏位的区域，重新定位重新钻进，确保钻杆钻进的偏差控制在规范允许偏差范围内（高程+40mm、-80mm；中线平面位移100 mm）。

4）在导向钻钻进过程中，探头连续或是间隔测量钻孔位置参数，并通过无线数据或有线方式将测量数据发送到地表接收器。操作者根据这些数据及其处理这些数据得到的图表，采取适当的技术措施调整空内控制钻进方向的机构，从而人工控制钻孔的轨迹，达到设计要求。 5.2.5 扩孔及泥浆护壁

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（1）首先安装扩孔器（如图5.2.5-1所示），定向钻进及扩孔时及时配制泥浆，泥浆在专用的搅拌器中配制，并具有足够的供应量，从钻孔中返回的泥浆应及时外运，满足工程文明施工和环保要求。泥浆性能指标符合下列要求：粘度应能维护孔壁的稳定，并将钻屑携带到地表；泥浆的PH值应控制在8～10之间。经过测量，本工程原地质泥浆PH 值在3-4之间，为保证施工时泥浆的PH值满足施工要求，需采用氢氧化钠进行中和至弱碱性，最终施工时泥浆的PH值控制在8～10之间。

（2）护孔泥浆压力视不同扩孔阶段分别选用泥浆压力和流量。

（3）根据本工程地质报告，该层属高压缩性软土，欠固结土，力学强度低，工程性能差，泥浆黏度大。设计拉管为φ500，扩孔的最终直径宜采用管道外径的1.3倍。

（4）扩孔时从φ100、φ200、φ300、φ400、φ500、φ600至φ700，为保证拉管的安全顺利完成，施工时φ700扩孔需要扩两次，以保证扩孔的稳定性。

图5.2.5-1 扩孔器安装

5.2.6管道焊接（热熔焊接）

管道接口质量的好坏直接影响到拉管施工的成功与否，因此要严格按以下操作步骤执行： （1）对管子的端面进行铣削，当形成连续的切削时，退出卡具，检查管子两端的间隙（不得大于3mm）。

（2）连接工具加热面上的无污物采用洁净棉布擦净，电熔连接面应清洁干净。热熔对接连接，两管段应各伸出卡具一定的自由长度，校对连接件，使其在同一轴线上，不宜有错边。

（3）将加热板放到连接管的两切面中间（安装如图5.2.6-1所示），加热，热熔连接加热时间和加热温度应符合热熔连接工具生产厂和管材、管件生产厂的规定。

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图5.2.6-1 加热板安装

（4）加热板置于机架上，闭合卡具，并设系统的压力。加热达到吸热时间后（如图5.2.6-2所示：加热板加热管头），迅速打开卡具，取下加热板。热熔连接保压冷却时间，不得移动连接件或连接件上不得施加任何外力。

（5）加热板温度适宜（220±10℃），当指示灯亮时，最好在等10分钟使用，以使整个加热板温度均匀。

（6）迅速闭合卡具，并在规定时间内，匀速地将压力调节到工作压力，同时按下冷却时间按钮。达到冷却时间后，在按一次冷却时间按钮，将压力降为零，打开卡具，取下焊好的管子。

图5.2.6-2 加热板加热管头

（7）合格的焊缝应有两翻边，焊道翻卷的管外圆周上，两翻边的形状、大小均匀一致，无气孔、鼓泡和裂纹，两翻边之间的缝隙的根部不低于所焊管子的表面。 5.2.7拉管

管道焊缝和管道强度检验合格后，即可进入拉管施工。首先用现场制作的“PE管封套”将管头密封，然后在管头后端接上回扩头（拉管拉头与拉管连接如图5.2.7-1所示），管后接上分动器进行接管，将管子回接到工作井后，卸下回扩头、分动器、取出剩余钻杆，堵上封堵头，进行水压试验。

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图5.2.7-1 拉管拉头与拉管连接

牵拉管材施工时，拉管机操作人员要根据设备数据，密切注意钻机回拉力、扭矩变化，采取措施尽可能减少摩擦阻力，均匀平稳的牵引管道，切不可生拉硬拽。

图5.2.7-2 拉管拉入土中

5.2.8注浆加固

PE管道拉通后，为了避免地面沉降，需要进行注浆加固。由于受场地条件，本次采用孔内注浆的加固措施。

拉管施工前在PE管前端连接两根与PE管同长度的Φ25钢管,与PE管一同拉入土中并一同到达拉管设计终点桩号。到达终点后，解除Φ25钢管与PE管的连接，在两根钢管前面各加一根6m长同直径的注浆花管（如图5.2.8-1步骤1）。 根钢管坑管拉进方向拉管机坑管步 骤 1 图5.2.8-1 步骤1 移动拉管机到1#接收坑，同Φ25钢管连接并回拽。每拽入6ｍ，把钢管和拉管机的连接取消，换成和高压注浆泵连接。注入1：1水泥、粉煤灰浆液（0.4Mpa），从而置换触变泥浆，补充PE管周围的 - 8 -

空隙。然后再换再拉，再拉再注，反复进行。直到把钢管全部拉出1#接收坑，注浆过程也就全部结束了（如图5.2.8-2步骤2）。 拉管机坑注浆方向根坑管钢管 图5.2.8-1 步骤2 步 骤 2在注浆施工时应注意： 根据实际情况每3-6米注浆一次，根据计算注浆量一定大于泥浆量，注浆时尽量保持不要间断； 当花钢管拖入地面时一定要用堵头堵死，防止浆液从花管前端流出。 5.2.9工作坑土方回填

回填土应在试压合格、和竣工测量后进行。回填土应选用细土、好土进行回填，不得含砾石、垃圾，回填应两侧分层对称回填，中水管道回填管顶以上0.5m处，并应注意保护绝缘，如不慎破坏应及时修补。回填土夯实至管顶0.5m处，平敷黄色印字的塑料标志带，搭接长0.2m。带中间不得撕裂和扭曲。竣工图上除标注坐标外还需标注栓桩位置。

6 材料与设备

6.1 主要材料 6.1.1材料要求

（1）进场的PE管材的强度及环刚度必须满足设计要求（如图6.1.1-1所示），管材进场后将管材供应厂家的资质、管材的出厂合格证及厂家检测报告向监理部报审，经项目监理部审批同意后才能用于本工程。

图6.1.1-1 进场的拉管PE管

（2）管材的外观颜色应一致，内壁光滑平整无毛刺、无划伤等缺陷。

（3）管材外壁应有统一的标识（生产企业、产品名称、公称直径、环刚度及生产日期等）。

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6.2 主要使用设备

本工法主要使用设备见表6.2.1：

表6.2.1 主 要 施 工 机 械 表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 名称 铺管钻机 泥浆搅拌系统 钻杆 回扩器 电焊机 搅拌机 砼锚喷机 装载机 内燃空压机 电葫芦 轻卡车 泥浆泵 注浆机 发电机组 导向仪 月蚀 规格/型号 DL-320 Φ73mm×8mm/3000 Φ300mm~Φ700mm BX1-300 JZC350 PZ-5B ZL-40 LGFYD-10/7 CD1D2-5 一汽 HBY-50/70 50m3/min 120kw 最大深度15米 24KVA 5.5KW 5.5KW 2m3 12m3.7Kg/cm2 5T30m 能力 最大拉力32T 45KW 数量 1 1 200m 4 2 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 完好率 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 90% 85% 90% 85% 100% 90% 90% 90% 备用

备用

备注

主要采用国产DDW-320铺管钻机（如图6.2-1所示），无线制导导向仪。另配功率为320L/min的大排量泥浆泵和容量2m³的撬装式泥浆快速搅拌站；操纵台全功能数字仪表显示。

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图6.2-1 DDW-320型钻机主机

月蚀导向仪是在水平导向钻机钻进的过程中，用来跟踪和定位钻头位置的设备，此仪器可以提供钻机过程中每跟钻杆的斜度、旋转方位、深度等信息。

7 质量控制

7.1 相关规程

本工法必须遵照执行的国家及有关部门、地区颁发的标准、规范《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）；《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）；《埋地塑料排水管管道工程技术规程》（CJJ143-2010）；《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》（CJJ 101-2004）。 7.2 检验与验收 7.2.1管材

（1）管材使用前必须进行验收，产品合格证、质量保证书和各项性能的试验、检验报告等有关资料应齐全。

（2）对管材进行规格尺寸和外观性能检查、验收应在同一批管材中抽样。 7.2.2 管材接头

（1）外观质量：检查施工现场用眼观察焊口质量，检查焊缝尺寸，形状和均匀程度。 （2）焊口应有双反边形状，大小均匀一致，无气孔、鼓泡和裂缝。内侧凸出部分，应平整。 （3）焊口有以下表象之一视为不合格，应重新熔接。

1）焊道窄、高、双反边不足; 2）中间有凹陷; 3）焊道中间有深沟;

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4）接口严重错位; 5） 双反边不均匀。

（4）切割焊口剖面检查，沿轴线剖取三条试样，观察断面应无气孔和脱焊，弯曲180度焊接处应无裂缝出现。

（5）焊接质量检验

施工之前必须进行接头拉伸强度试验，接头试样应由施工单位现场操作提供，数量不应少于3样。接头试验拉伸强度应不小于管材拉伸强度90﹪。

1） 检查数量：外观质量全数检查；热熔焊缝焊接力学性能试验按200个接头不少于 1 组做接头热熔焊缝焊接力学性能试验。

2）检查方法：观察；检查焊接力学性能检测报告。

上述检验中若有不合格的则应加倍抽检，加倍检验仍不合格时应停止焊接，查明原因进行整改后方可进行焊接。 7.3 通管试验

7.3.1 通管试验所用“牛”的几何尺寸

外径为铺管内径的75％，长度依据所铺管道的最小弯曲半径确定。 7.3.2 通管试验时所用的二端“牵牛”绳索

必须使用坚实的尼龙绳，严禁使用钢丝绳。 7.4 标高控制

整个工程施工过程中，标高问题贯穿始终，也是重要的技术参数，在设计施工曲线时，每隔6米在该处地表点测量该点标高并标示出来，要求测量前先清除地表杂物。

导向孔施工前应对导向仪进行标定或复检，以保证探头精度；精确调整钻机的位置和角度，以保证入孔位置；导向孔每隔3米测一次深度，如发现偏差应及时调整，以确保导向孔偏差在设计范围内；钻机应严格按照测量员的指令进行操作。 7.5 质量要求

7.5.1管道铺设规定要求

保持管内壁干净，拉管过程中封堵内壁。 7.5.2拉管过程控制

操作手严格按照地面预布控制桩的平面位置和高程控制钻头走向，每隔水平距离3m校核一次。

8 安全措施

8.1 须遵守的有关安全的法律法规

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本工法所涉及到的有关安全的国家法规有《中华人民共和国劳动法》、《中华人民共和全生产法》、《安全生产管理条例》、《特种设备安全监察条例》等。 8.2 安全措施 8.2.1安全措施

根据现场实际情况，本工法施工主要在地下穿行，危险源相对较少，主要表现在扩孔时张拉和工作井开挖的基坑防护、检查井开挖施工等，安全所采取的安全措施和安全预警事项有：

（1）该施工区域属高压缩性软土，欠固结土，力学强度低，工程性能差，泥浆黏度大。开挖工作井后，容易塌方，需要进行支护，井边用钢管进行围护，设置警示标志。

（2）牵拉管材施工时，拉管机操作人员要根据设备数据，密切注意钻机回拉力、扭矩变化，采取措施尽可能减少摩擦阻力，均匀平稳的牵引管道，切不可生拉硬拽，避免拉断杆件或螺丝，伤及到操作人员和路人。

（3）在检查井开挖时，开挖深度在4m左右，由于地下水位高、地质差，为避免出现塌方等危险情况，需要进行钢板桩围护后再开挖施工。

9 环保措施

9.1 须遵守的有关环境的法律法规

本工法须遵守的主要法律法规《中华人民共和国环境保》、《中华人民共和国节约能源法》、《排放污染物申报登记管理规定》、《中华人民共和国清洁生产促进法》等。 9.2 在环保方面主要采取以下措施 9.2.1钻进过程措施

定向钻进及扩孔时及时配制泥浆，泥浆在专用的搅拌器中配制，并具有足够的供应量，从钻孔中返回的泥浆应及时外运，不能对工地造成污染，必须满足工程文明施工和环保要求。 9.2.2泥浆的PH 值

泥浆的PH值应控制在8～10之间。本工程原地质泥浆采用氢氧化钠进行中和并使PH值达到8～10，使用后的原材料要及时回收，不能污染现场。

本工法在进行施工时，主要采用机械和仪器钻孔施工和拉管，对环境造成的影响较小，有利于环保和绿色施工，适合大力推广。

10 效益分析

通过在东塘大道道路工程中采用拉管施工的效果看，施工速度快，特别对地质条件差、埋深大的管道施工，更体现出其优越性，受干扰少。

经过现场实践，受到地质条件影响而迟迟没有进展的298m污水管道，在采取拉管工艺施工后，及

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时解决了该问题，对工人窝工、机械停滞等费用的节约起到了关键作用，详见表10.1～表10.3。 表10.1 采用钢板桩支护施工的污水管道费用清单

序号 一 1 2 3 4 5 6 7 二 三 项目 分部分项费用 挖淤泥 余方弃置 填方 填方 缺方内运 塑料管道铺设 砌筑检查井 措施费 合计 单位 m m m m m m 座 项 33333工程量 2247.290 2247.290 416.760 1440.410 1440.410 294.000 9.000 1 单价 10.31 22.87 63.41 13.38 27.18 691.37 4904.87 434088 合价 23169.56 51395.52 226.75 19272.69 39150.34 203262.78 44143.83 434088 840909.47 表10.2 采用拉管施工污水管道费用清单

序号 一 1 2 3 4 5 6 7 8 二 三 项目 分部分项费用 挖淤泥 余方弃置 水平导向钻进 垫层 垫层 砌筑检查井 填方 缺方内运 措施费 合计 单位 m m m m m 座 m m 项 333333工程量 499.270 499.270 294.000 7.000 3.500 9.000 320.000 320.000 1 单价 10.31 22.87 1841.18 179.21 117.34 4904.87 13.38 27.18 122441.00 合价 616660.88 5147.47 11418.30 1306.92 12.47 410.69 44143.83 4281.60 8697.60 122441.00 739301 - 14 -

表10.3 经济效益、工期效益比对分析

序号 1 2 结论分析 效益分析 经济效益 工期效益 单位 万元 天 型钢支护开挖 84.1 80 拉管施工 73.9 14 施工成本节省10.2万元，工期节省66天。

11 应用实例

工法主要应用项目：东塘大道（元华路~北江滨路段）道路工程，施工地点福清市，起点位于元华路，在福厦铁路以东平行布设，结构形式为混凝土路面结构形式。开工时间为2014年9月5日，竣工日期为2016年5月25日,拉管工程量为298m，已经全部施工完成。

外环路（清昌大道-瑞亭街至融宽环段）道路工程，位于福清市市区东部，结构形式为沥青混凝土路面结构形式；开工时间为2014年9月23日，预计竣工日期为2016年6月30日, 完成拉管工程量150m。

外环路（清昌大道-融宽环路段至大道）道路工程（一标段），位于福融宽环路清市市区东部，结构形式为沥青混凝土路面结构形式；开工时间为2015年5月1日，预计竣工日期为2016年9月31日, 完成拉管工程量为407m。

以上工程在采用拉管施工后，效果良好，进度快，降低成本显著，能够有效克服复杂地质等不良因素，为今后继续应用起到示范作用。

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