水平定向鉆穿越技術(shù)應(yīng)用

鄭州自來水工程公司 帖為民

水平定向鉆穿越技術(shù)應(yīng)用

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水平定向鉆穿越技術(shù)是傳統(tǒng)的油田定向鉆井和公路打孔技術(shù)的結(jié)合，此項(xiàng)技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代。近幾年，水平定向鉆穿越技術(shù)在世界各國各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，尤其是在城市市政管網(wǎng)建設(shè)及管道穿越江河工程項(xiàng)目上更具獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

一、施工技術(shù)簡介

1.鉆孔。首先，根據(jù)要穿越道路、河流的地質(zhì)情況及相關(guān)部門提供的地下管線位置、高程確定管道曲線、鉆入點(diǎn)及出口位置。接著，利用水平定向鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)已安裝合適鉆頭的鉆桿從設(shè)計(jì)地點(diǎn)鉆入；同時(shí)，開動(dòng)泥漿泵，使鉆頭在鉆機(jī)的推力作用下旋轉(zhuǎn)切削地層向前推進(jìn)。在鉆進(jìn)過程中，可以根據(jù)設(shè)備自帶控向制導(dǎo)系統(tǒng)顯示的鉆進(jìn)參數(shù)，確定鉆頭的實(shí)際位置，以便及時(shí)調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，保證導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計(jì)要求。最后，待鉆頭在預(yù)定位置出土后即完成整個(gè)導(dǎo)向孔的鉆孔作業(yè)。

2.分級(jí)回?cái)U(kuò)。導(dǎo)向孔完成后，要將導(dǎo)向孔回?cái)U(kuò)至合適的直徑，回?cái)U(kuò)的導(dǎo)向孔應(yīng)滿足管道回?cái)U(kuò)的要求，此過程稱為擴(kuò)孔。首先，在鉆出點(diǎn)將鉆頭卸下?lián)Q上合適的擴(kuò)孔器。然后，開動(dòng)鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)回?cái)U(kuò)導(dǎo)向孔，將導(dǎo)向孔擴(kuò)大；同時(shí)，在導(dǎo)向孔內(nèi)泵入泥漿，泥漿起到護(hù)壁的作用，保證鉆孔不坍塌、縮孔。這一過程也將切削下的泥土帶回地面。這一過程結(jié)束，分級(jí)回?cái)U(kuò)即完成。

3.管道回托。首先，將擴(kuò)孔器旋轉(zhuǎn)接頭和管道連接好。然后，進(jìn)行回托操作：開動(dòng)鉆機(jī)，使鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)鉆桿旋轉(zhuǎn)后退擴(kuò)孔回托。旋轉(zhuǎn)接頭可以避免管道跟著擴(kuò)孔器旋轉(zhuǎn)。由于導(dǎo)向孔內(nèi)充滿泥漿，所以，管道在導(dǎo)向孔中處于懸浮狀態(tài)，管壁四周與孔洞之間有泥漿潤滑，這樣既減少了回托力，又保護(hù)了管線防腐層。

二、施工工藝特點(diǎn)

1.水平定向鉆穿越施工技術(shù)具有先進(jìn)的非開挖鋪設(shè)管道技術(shù)，其廣泛應(yīng)用到城市管網(wǎng)建設(shè)中，無需開挖和回填，效率高、成本低、不阻礙交通，不破壞地面環(huán)境。

2.在穿越和施工中，水平定向鉆施工技術(shù)不需要挖掘工作井或進(jìn)行河道開挖，因而不會(huì)影響河道通航，不損壞河道兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu)；施工不受季節(jié)限制，具有施工周期短、施工占地少、工程造價(jià)低、施工速度快、施工安全可靠等特點(diǎn)。

3.穿越設(shè)備的穿越精度高，自帶導(dǎo)向系統(tǒng)便于調(diào)整鋪設(shè)方向和埋深。管線弧形鋪設(shè)距離長，完全可以滿足各種設(shè)計(jì)要求埋深，而且可以使管線繞過地下障礙物。

4.水平定向鉆穿越施工技術(shù)適用于各種材質(zhì)的管道施工。

三、應(yīng)用實(shí)例

2009年3月，為打造城市公共交通建設(shè)，提高城市公共交通運(yùn)營能力，鄭州市沿農(nóng)業(yè)路、桐柏路、航海路、未來路改建了一條城市環(huán)狀快速公交線路，簡稱BRT線路。此線路沿線公交站臺(tái)均設(shè)在馬路中間，由于站臺(tái)內(nèi)設(shè)有收費(fèi)室和衛(wèi)生間，因而需要提供生活用水。由于農(nóng)業(yè)路和未來路均為新建城市主干道，因而沿線各管線進(jìn)入站臺(tái)不允許破路開挖，需采用非開挖形式鋪設(shè)管道。鄭州市自來水工程公司承接此項(xiàng)給水工程任務(wù)，在經(jīng)過對(duì)沿線地下管線位置的調(diào)查確認(rèn)后，經(jīng)過方案比選，決定采用水平定向鉆穿越施工技術(shù)。

1.工程概況。本工程設(shè)計(jì)站臺(tái)給水管道為PP-R32管，考慮到給水管道的安全問題，所有過路給水管道均加裝套管。其中，農(nóng)業(yè)路、未來路共有過路頂管24處，管道全長532米，頂管部分采用耐壓強(qiáng)度為1.0MP的PE110管。工程沿線地下管線復(fù)雜，地質(zhì)勘察結(jié)果表明，多為黏土和硬塑的粉質(zhì)黏土，土壤濕度為1.9g/cm3，含水量為11.2%～16.9%，且沒有對(duì)回托施工產(chǎn)生影響的礫石。根據(jù)地質(zhì)條件分析，沿線土層成孔能力較好，在施工過程中無需使用專用泥漿護(hù)壁。

2.工程施工。施工時(shí)，以設(shè)計(jì)的管線弧形軌跡按每根鉆桿斜率變化最大為6%在設(shè)計(jì)鉆入點(diǎn)開始鉆孔；導(dǎo)向孔的方向控制由位于鉆頭后端的鉆桿內(nèi)的控制器（稱為彎外殼）完成；鉆孔曲線由放置在鉆頭后端鉆桿內(nèi)的電子測(cè)向儀進(jìn)行測(cè)量并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳到地面接收儀，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理和計(jì)算后，以數(shù)字的形式顯示在顯示屏上，該電子裝置主要用來檢測(cè)鉆桿與地球磁場(chǎng)的關(guān)系和傾角（鉆頭在地下的三維坐標(biāo)），將測(cè)量到的數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確定鉆頭實(shí)際位置和設(shè)計(jì)位置的偏差，將偏差值控制在允許的范圍內(nèi)，如此循環(huán)直到鉆頭按照預(yù)定的導(dǎo)向孔曲線在預(yù)定位置出土。導(dǎo)向孔完成后，進(jìn)行擴(kuò)孔工作。擴(kuò)孔按照?145的孔徑進(jìn)行2次擴(kuò)孔，擴(kuò)孔完成后，開始回托PE110套管；套管回托完成后將進(jìn)行穿PP-R32管；穿管完成后，整個(gè)過路管完成。根據(jù)穿越方案，經(jīng)過精心細(xì)致準(zhǔn)備，所有過路管道經(jīng)過2周時(shí)間，在不影響道路交通的情況下順利完成，投入運(yùn)行良好。

四、結(jié)論

1.本工程采用水平定向鉆穿越技術(shù)施工，比開挖施工技術(shù)節(jié)約施工費(fèi)用約15萬元，節(jié)省工期3天，確保工程提前完工，尤其避免了新建道路的破除與恢復(fù)，確保了道路交通通暢。

2.采用水平定向鉆穿越技術(shù)進(jìn)行管線穿越施工，在城市市政改擴(kuò)建工程和穿越大中小型河流及不可拆遷建筑物時(shí)均可選擇，是不破壞地貌狀態(tài)和環(huán)境保護(hù)的理想施工方法。

3.通過本次工程施工，筆者認(rèn)為，在推廣應(yīng)用該技術(shù)的同時(shí)，對(duì)前期地下障礙的了解、地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)鋪管軌跡、擴(kuò)孔尺寸、泥漿配比等方面要特別注意。