定向鉆敷管技術(shù)在幾內(nèi)亞市政工程中的應(yīng)用

李俊峰，崔 亮

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300000）

1 項(xiàng)目概況

赤道幾內(nèi)亞市政給、排水管網(wǎng)工程，包括廠(chǎng)站工程和管網(wǎng)工程，其中管網(wǎng)工程又包括新城區(qū)部分和新建高速公路部分，管道敷設(shè)長(zhǎng)度達(dá)230 km。

2 非開(kāi)挖定向鉆孔鋪管技術(shù)介紹

非開(kāi)挖技術(shù)是20世紀(jì)70年代初,美國(guó)人克林頓·馬丁將定向鉆探技術(shù)和傳統(tǒng)的鋪管施工結(jié)合起來(lái)，發(fā)明了定向鉆鋪管施工。

目前在我國(guó)國(guó)內(nèi)，定向鉆敷管技術(shù)在市政給、排水施工中已廣泛應(yīng)用。

3 工程穿越地形及地質(zhì)

馬拉博已建成的高速公路地貌總體走向是東西方向，整個(gè)馬拉博是由火山噴發(fā)形成，具有典型火山島地形地貌特征。

高速公路周邊構(gòu)筑物鉆探取芯資料顯示：第一層為腐植土；第二層為粘土；第三層含碎石粘土。工程要敷設(shè)的給、排水管道高程位于第二層粘土層上，該層易于鉆機(jī)掘進(jìn)、且地質(zhì)穩(wěn)定。

4 穿管材料、設(shè)備的選擇

穿管工程因?yàn)橐┰礁咚俟返撞?，馬拉博部分高速公路設(shè)計(jì)時(shí)，一些部位路基采用火山灰回填且?jiàn)A雜孤石，穿管時(shí)火山灰對(duì)管材及鉆機(jī)鉆頭的磨損相當(dāng)大，這就要求管材在選擇時(shí)要謹(jǐn)慎。定向鉆施工常用管材為鋼管和PE管。

穿管工程大部分發(fā)生在道路兩側(cè)開(kāi)闊、通視的高速公路旁，但在高速公路k5至碼頭路段兩側(cè)修建有大量民房和工廠(chǎng)，大型設(shè)備無(wú)作業(yè)面，該工程最遠(yuǎn)穿越距離在110 m左右，綜合考慮，施工單位選用GBS-20A型鉆機(jī)鉆孔，DigiTrak Eclipse地下定位系統(tǒng)跟蹤定位。鉆機(jī)采用φ73 mm×3 000 mm 優(yōu)質(zhì)鉆桿，入射角范圍 8°～20°；DigiTrak Eclipse地下定位系統(tǒng)可遠(yuǎn)程準(zhǔn)確操作，在遠(yuǎn)程操作時(shí)，會(huì)顯示實(shí)際深度。

5 定向鉆鋪管施工

5.1 現(xiàn)場(chǎng)勘察放線(xiàn)

為保證導(dǎo)向孔的施工精確要求，施工、設(shè)計(jì)一同對(duì)高速公路十幾處需要進(jìn)行穿管的管線(xiàn)走向及埋深等情況進(jìn)行了調(diào)查。測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，測(cè)量放出管道軸線(xiàn)和檢查井平面位置，定出鉆孔中線(xiàn)和地表走向，根據(jù)管線(xiàn)設(shè)計(jì)高程及埋深，初步確定導(dǎo)向孔造斜長(zhǎng)度和入孔點(diǎn)、出孔點(diǎn)位置。

5.2 導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)

導(dǎo)向孔一般由3段組成，入土造斜孔段、直線(xiàn)孔段、出土造斜孔段。對(duì)于污水管的穿管，這3段施工要求精確控制，入土造斜孔段是鉆具進(jìn)入鋪管深度的過(guò)渡段，一般選在高速公路高程較高一端開(kāi)始，也就是污水管的上游。直線(xiàn)孔段是鋪設(shè)管道段，出土造斜孔段是鉆出段，一般選在高速公路高程較低一端鉆出，也就是污水管的下游。在污水管穿管時(shí)，由于施工單位高速公路兩端的污水檢查井安裝完成，因此導(dǎo)向孔設(shè)計(jì)的軌跡必須與設(shè)計(jì)管道一致，尤其是坡度的控制嚴(yán)格符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，否則將可能導(dǎo)致回流或者下游污水檢查井返工。

該工程采用典型的導(dǎo)向孔的形態(tài)，由以下5項(xiàng)基本參數(shù)決定：①穿越起點(diǎn)；②穿越終點(diǎn)；③鋪管深度；④第一弧形孔曲率半徑；⑤第二弧形孔曲率半徑。

直線(xiàn)孔段（管道鋪設(shè)段）軌跡設(shè)計(jì)：先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和地面、地下勘查結(jié)果，測(cè)量放線(xiàn)，確定管道鋪設(shè)軸線(xiàn)，再沿管道軸線(xiàn)起始點(diǎn)，每3 m測(cè)放地面高程，用管道中心設(shè)計(jì)高程減去其正上方的地面高程來(lái)確定管道埋深。這樣根據(jù)每3 m的管道埋深來(lái)確定管道的鉆孔軌跡。

導(dǎo)向孔弧形段按下面公式算：

入孔：h0=h1-R（1-cosα0）α0——鉆進(jìn)時(shí)的初始傾角；h1——鋪管深度。

X0=h0/tanα0R——弧形孔段曲率半徑，此3個(gè)參數(shù)均為根據(jù)。

X1=X0+R sinα工程實(shí)際自己確定。X0、h0為入孔直線(xiàn)段

X=X1-R sinα水平距離和深度。

h=h1-R(1-cosα)

出孔：X=Rsinα

h=h1-R(1-cosα)

5.3 定向鉆孔施工

定向鉆孔施工采用GBS-20A型鉆機(jī)鉆孔、DigiTrak Eclipse地下定位系統(tǒng)跟蹤定位的工藝。DigiTrak Eclipse地下定位系統(tǒng)包括：傳感器、接收器、遠(yuǎn)程顯示器三部分。

鉆進(jìn)前先對(duì)導(dǎo)向儀進(jìn)行標(biāo)定，檢測(cè)誤差是否在允許范圍內(nèi)，標(biāo)定合格后方可開(kāi)始鉆進(jìn)施工。

在鉆進(jìn)過(guò)程中，要不時(shí)對(duì)鉆頭定位。鉆頭的定位是通過(guò)放置在鉆頭里面的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在鉆進(jìn)過(guò)程中，由鉆頭內(nèi)的傳感器不斷發(fā)出的孔內(nèi)信號(hào)來(lái)調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，使鉆頭不偏離設(shè)計(jì)軌跡方向。鉆頭在直線(xiàn)段的鉆進(jìn)中軸線(xiàn)即為鋪設(shè)管道的中軸線(xiàn)。

5.4 反拉擴(kuò)孔

導(dǎo)向孔施工完成后進(jìn)行分級(jí)擴(kuò)孔施工。擴(kuò)孔由小孔徑到大孔徑逐級(jí)進(jìn)行，直至將該鉆孔擴(kuò)大到1.2倍的設(shè)計(jì)管道直徑，以方便安裝成品管道。同時(shí)將鉆液泵入鉆孔中，保證孔洞完整和不塌方，并將切削下的土屑帶回到地面，為回拉管道創(chuàng)造適宜的環(huán)境。

5.5 回拉管道

在擴(kuò)孔完成后、管道鋪設(shè)前，用水準(zhǔn)儀從控制井處，復(fù)測(cè)擴(kuò)孔高程。測(cè)量無(wú)誤后立即將待鋪設(shè)的管道與回拉頭、擴(kuò)孔頭及鉆桿連接，由鉆機(jī)牽引將管線(xiàn)拉入已擴(kuò)鉆孔中，完成管道鋪設(shè)。采用GBS-20A定向鉆機(jī)，直徑500 cm的管道采用3次擴(kuò)孔，最大可以拖拉120 m，施工大約需要72 h；直徑300 cm的管道需要擴(kuò)孔一次，最大可以拖拉180 m，施工大約需要40 h。

5.6 灌注泥漿

管道在鋪設(shè)拖拉過(guò)程中由于管道與孔洞中泥漿摩擦，管道進(jìn)口部分2～3 m范圍內(nèi)泥漿被帶走，管道其余部分均被泥漿緊緊包裹，鋪設(shè)完成后，為防止鉆孔需要對(duì)管道進(jìn)口部分2～3 m范圍進(jìn)行灌漿，確保鉆孔與管道緊密結(jié)合，采用灌注泥漿法。拌制合適的泥漿，用壓力泵往鉆孔中灌注泥漿，直到鉆孔溢滿(mǎn)。

5.7 連接檢查井

管道拖拉就位后，清理控制井，砌筑檢查井。管道與檢查井墻接頭處應(yīng)安放遇水膨脹橡膠止水圈或其它止水材料?？刂凭鈧?cè)回填時(shí)，先回填中粗砂至管頂以上0.5 m，再分層回填土方夯實(shí)。

6 結(jié)語(yǔ)

穿管結(jié)束后，管理公司組織業(yè)主、工程師以及分包商按照中歐規(guī)范對(duì)管道進(jìn)行閉水壓力驗(yàn)收，質(zhì)量全部合格。

［1］蔡亮學(xué)，何利民，呂宇玲，薛振興.水平定向鉆穿越方案設(shè)計(jì)方法研究［J］.石油工程建，2010（2）.

［2］劉建華，黎曉林.定向鉆非開(kāi)挖技術(shù)在城市建設(shè)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)市政工程，2006（6）.