小型定向鋪管鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工關(guān)鍵崗位操作技術(shù)要領(lǐng)探討

福建東辰市政工程有限公司 陳永茂

定向鋪管鉆機(jī)頂進(jìn)和回拉力小于 100kN,工作扭矩在3kN·m以內(nèi)，稱為小型定向鋪管鉆機(jī)（下稱：小型機(jī)）。小型機(jī)鋪設(shè)各類地下管線具有不影響交通、施工快捷、鋪管精度高、不污染環(huán)境等優(yōu)越性，越來(lái)越受到人們的認(rèn)可。小型機(jī)鋪管還可以解決開(kāi)挖鋪管施工所無(wú)法解決的一系列難題，如地下管線過(guò)鐵路、高速公路、河流（水域）和建筑物等。2000年，由福建東辰市政工程有限公司引進(jìn)福建省首臺(tái)GBS—10小型機(jī)以來(lái)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至今全省各地?fù)碛写祟愩@機(jī)達(dá)200臺(tái)以上?，F(xiàn)在福州市范圍內(nèi)施工的小型機(jī)就有近百臺(tái)，施工隊(duì)伍20余家。如此之多的小型機(jī)，各施工隊(duì)導(dǎo)航員和司鉆手的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)水平良莠不齊，以及對(duì)每一工序的技術(shù)要求重視不夠，每年由此導(dǎo)致的工程施工失敗，造成經(jīng)濟(jì)損失逾千萬(wàn)元，帶來(lái)的教訓(xùn)是無(wú)比的深刻和痛心。筆者從事該行業(yè)工作十余年，下面就小型機(jī)施工過(guò)程的關(guān)鍵崗位導(dǎo)航員和司鉆手操作技術(shù)要求，做一番探討。

1 導(dǎo)航員工作的技術(shù)要求

小型鉆鋪設(shè)各類地下管線工程的成功與否，與導(dǎo)航員工作認(rèn)真程度和技術(shù)水平高低有重大關(guān)聯(lián)。高質(zhì)量的導(dǎo)航軌跡孔段，是工程成功的保證，建設(shè)單位、工程監(jiān)理及施工單位現(xiàn)場(chǎng)管理人員務(wù)必高度重視，并做好監(jiān)管工作。

1.1 導(dǎo)航員必須在機(jī)械設(shè)備未進(jìn)場(chǎng)前到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘

地形、地貌、地下（地上）建（構(gòu)）筑物、原地下管線分布等對(duì)小型機(jī)鋪管施工有否構(gòu)成影響，可利用場(chǎng)地能否滿足施工要求（設(shè)備放置場(chǎng)地、設(shè)備運(yùn)輸和吊卸場(chǎng)地、管材焊接場(chǎng)地、管材進(jìn)入下管工作坑場(chǎng)地等），生產(chǎn)所需的水電條件，根據(jù)所鋪設(shè)的不同地下管線的技術(shù)要求合理布設(shè)工作坑。在沒(méi)有工程地質(zhì)勘查資料的情況下，應(yīng)仔細(xì)觀察周邊地質(zhì)現(xiàn)象，推測(cè)導(dǎo)航軌跡孔段內(nèi)可能出現(xiàn)的巖（土）層及水文地質(zhì)等情況。

1.2 熟讀建設(shè)方提供的施工圖件及技術(shù)交底內(nèi)容

對(duì)關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)，如：管材、管壁厚、管壓力、管數(shù)、長(zhǎng)度、埋深（高程）鋪管的起始位置等應(yīng)認(rèn)真閱讀，并照此施工。應(yīng)避免用口頭進(jìn)行技術(shù)交底現(xiàn)象出現(xiàn)。

1.3 在未查清原地下管線和地下建（構(gòu)）筑的分布情況下，不能盲目進(jìn)行導(dǎo)向孔施工

在福州老城區(qū)內(nèi)，尤其是繁華的十字路口本來(lái)地下管線就多，同時(shí)還可能出現(xiàn)近年的“非開(kāi)挖”鋪管形象，若不進(jìn)行仔細(xì)的地下管線探查，小型機(jī)施工很可能會(huì)觸到原地下管線。

1.4 施工導(dǎo)向孔前必須對(duì)導(dǎo)航儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)參數(shù)標(biāo)定

標(biāo)定深度應(yīng)選取在可能出現(xiàn)的導(dǎo)航深度范圍內(nèi)的三個(gè)不同深度值，深度標(biāo)定后的誤差值應(yīng)小于 1%。而后做出導(dǎo)航軌跡孔段的立面預(yù)想圖，需要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的導(dǎo)航軌跡曲率半徑計(jì)算。導(dǎo)向孔的軌跡孔段形態(tài)可以應(yīng)用簡(jiǎn)單的幾何作圖方法或計(jì)算方法確定。

1.5 導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)的決定因素

導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)取決于以下因素：所鋪設(shè)地下管線的用途、管材、管徑、管壁厚、管數(shù)、埋深、長(zhǎng)度、工程地質(zhì)條件、原地下管線和地下構(gòu)筑物、施工場(chǎng)地條件、水域覆蓋面積和深度、施工的安全性和經(jīng)濟(jì)性等。導(dǎo)航員還應(yīng)根據(jù)不同小型機(jī)的設(shè)備性能和司鉆手操作技術(shù)水平，進(jìn)行綜合考慮。

1.6 造斜點(diǎn)的位置和曲（直）線段長(zhǎng)度的確定應(yīng)從工程的整體性、安全性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合分析考慮

導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)內(nèi)的造斜點(diǎn)是指同一軌跡孔段中由曲（直）孔段轉(zhuǎn)變直（曲）孔段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在整個(gè)導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)內(nèi)的造斜點(diǎn)數(shù)量越少越好（一般為兩個(gè)造斜點(diǎn)）。曲線段的曲率半徑取決于土（巖）層的造斜能力、機(jī)械設(shè)備的造斜能力及鋪管工程的整體性技術(shù)要求等綜合因素，在各方面施工條件允許的情況下，曲率半徑越大,越有利于小型機(jī)鋪設(shè)地下管線。

1.7 熟悉導(dǎo)航儀的使用技術(shù)參數(shù)與性能

碳棒（發(fā)生器）裝入導(dǎo)航鉆頭胎體內(nèi)，必須安裝到位、緊密，檢查回扣螺絲的彈簧功能是否正常。導(dǎo)航鉆頭上的信號(hào)發(fā)射縫不能有漏水現(xiàn)象，否則孔內(nèi)的砂土容易進(jìn)入導(dǎo)航鉆頭胎體內(nèi)，影響碳棒的正常使用或宿短使用年限。在地層堅(jiān)硬或在地?zé)彷^高的地層中施工導(dǎo)向孔，碳棒的溫度上升很快，屆時(shí)應(yīng)注意導(dǎo)航儀發(fā)出溫度警示信號(hào)，否則容易燒壞碳棒，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生報(bào)鉆現(xiàn)象。

1.8 檢查導(dǎo)向鉆頭前端導(dǎo)向板螺絲固定的牢固程度

根據(jù)地層的軟硬程度，選擇導(dǎo)向板的寬度。導(dǎo)向鉆頭后面第一根鉆桿宜采用斜線鉆入地層，不宜在第一根鉆桿就開(kāi)始進(jìn)行糾斜操作。穿越道路施工應(yīng)在路面上用紅漆劃（點(diǎn)）線確定導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)的平面走向線；穿越水域宜在水面拉線或插桿確定導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)的平面走向線。

導(dǎo)航員完成導(dǎo)向孔施工任務(wù)后，必須跟蹤機(jī)臺(tái)擴(kuò)孔和拉管工序的生產(chǎn)進(jìn)行情況，特別在擴(kuò)孔工序出現(xiàn)困難時(shí)，應(yīng)對(duì)導(dǎo)向孔軌跡孔段形態(tài)進(jìn)行認(rèn)真的分析和確認(rèn)，必要時(shí)應(yīng)重新施工導(dǎo)向孔軌跡孔段。

2 小型機(jī)司鉆手工作的技術(shù)要求

2.1 小型機(jī)司鉆手應(yīng)對(duì)施工過(guò)程一些主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算

例如：某工程為在砂層中采用小型機(jī)鋪設(shè)鋼質(zhì)煤氣管道，其管徑273mm,管壁厚5mm,鋪設(shè)深度3m，鋪管長(zhǎng)度300m。

（1）根據(jù)鉆桿的最小曲率半徑和鋪管的深度要求，確定造斜段最短的水平長(zhǎng)度L，L=[h(2R - h)]?

其中，h——鋪管深度；R——鉆桿由導(dǎo)斜段過(guò)渡到水平段轉(zhuǎn)折端的最小曲率半徑，取值應(yīng)在1200D以上，D為鉆桿直徑，D=0.073mm, R≥87.6m

本例，L=[3×（2×87.6-3）]?=22.73m

（2）根據(jù)曲率半徑和鋪管深度確定導(dǎo)向鉆孔入土角度α， α=2arctg[h/(2R-h)]? =2arctg0.1319=15°，導(dǎo)向孔出土角 β也應(yīng)參照入土角的度數(shù)施工。

（3）施工過(guò)程泥漿使用量估算

小型機(jī)在砂層中鋪設(shè)地下管線，必須配制泥漿施工。按照施工的三個(gè)工序階段進(jìn)行泥漿用量估算。

①導(dǎo)向孔工序階段

Vp=Qp×(L/P)×fp×flp

其中：Vp——施工導(dǎo)向孔工序階段泥漿用量，m3；Qp——每分鐘泥漿流量，0.1 m3；L——導(dǎo)向孔長(zhǎng)度，300m；P——導(dǎo)向孔鉆進(jìn)平均速度，30 m/h；fp——每小時(shí)鉆進(jìn)泥漿泵入的時(shí)間，50min；flp——導(dǎo)向孔施工泥漿消耗系數(shù)，0.3。

Vp=0.1×(300/30)×50×0.3=15 m3

② 擴(kuò)孔工序階段

Vr=Qr×(L/Tr)×flr

其中: Vr——擴(kuò)孔工序階段泥漿用量，多次擴(kuò)孔乘以相應(yīng)擴(kuò)孔次數(shù)，m3；Qr——每分鐘泥漿流量（以ZT-25機(jī)型為例），該工程分三級(jí)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔器直徑 280mm 、380mm、480mm,Qr取值分別為 0.05、0.075、0.10m3/min；Tr——擴(kuò)孔工序平均速度，1m/min；flr——擴(kuò)孔工序施工泥漿消耗系數(shù)，0.5。

Vr=3×(0.05+0.075+0.1)/3×（300/1）×0.5=33.75 m3

③回拖工序階段

Vb=Qb×(L/Tb)×flb

其中：Vb——回拖階段泥漿用量，m3；Qb——每分鐘泥漿用量，0.1 m3/min；Tb——回拖平均速度，1.5m/min；flb——回拖施工泥漿消耗系數(shù)0.15。

Vb=0.1×(300/1.5)×0.15=3 m3

V泥漿總用量=Vp+Vr+Vb=15+33.75+3=51.75 m3

（4）管材自重計(jì)算

每米重量=0.02466(管材外徑-管材壁厚)×管材壁厚

每米重量=0.02466（273-5）×5=33kg/m；

管材自重=33×300=9.9t。

計(jì)算管材自重的意義在于將300m管材焊接成一條整體管道后，入孔前在地面上整理就位采用機(jī)具的選擇和整理就位的難易程度評(píng)估。

（5）小型機(jī)鋪管回拖力計(jì)算

根據(jù)鋪管工程需求，選擇具有足夠回拉力的小型機(jī)進(jìn)場(chǎng)施工，在鉆孔內(nèi)充滿泥漿的情況下，

F=πLf[D2r/4-dh(D -h)]+πKDL

其中：F——回拉力，t；L——鋪管長(zhǎng)度，300 m；f——摩擦系數(shù)，0.3；D——管材直徑，273 mm；r——泥漿密度,1.05t/m3；d——管材密度, 7.85t/m3；h——管材壁厚, 5mm；k——粘滯系數(shù)，0.03。

應(yīng)考慮到孔內(nèi)其他因素，如受曲率半徑等因素影響，應(yīng)選擇具有計(jì)算值兩倍以上拉力的小型機(jī)進(jìn)場(chǎng)施工。施工單位可選擇ZT-25型（回拉力25噸）小型機(jī)進(jìn)場(chǎng)施工。

2.2 對(duì)機(jī)具要求

小型機(jī)就位、動(dòng)力頭運(yùn)行路由方向應(yīng)同管線鋪設(shè)的走向延伸方向相一致。機(jī)臺(tái)應(yīng)安裝平穩(wěn)、牢固。主機(jī)、水泵、泥漿攪拌罐及各種鉆具在開(kāi)工前應(yīng)進(jìn)行一次性能檢查，各種機(jī)具不得“帶病、帶傷”生產(chǎn)。鉆具絲扣應(yīng)保持完好、潔凈，旋扣前應(yīng)涂上絲扣油，防止粘扣。嚴(yán)禁干鉆、干擴(kuò)。嚴(yán)格按照各種機(jī)械設(shè)備的使用說(shuō)明要求，定期進(jìn)行檢查、維修、保養(yǎng)。

2.3 軟土層是小型機(jī)鋪設(shè)地下管線的最佳地層，遇砂、卵、礫石層應(yīng)配制泥漿施工

地層中卵、礫石含量大于40%時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎施工，施工工程應(yīng)時(shí)刻觀察旋轉(zhuǎn)扭矩和拉力變化，防止鉆具發(fā)生斷裂。不提倡越級(jí)擴(kuò)孔，特別是地層較堅(jiān)硬或在砂、卵、礫石層中不能越級(jí)擴(kuò)孔。若司鉆為新手，應(yīng)回避施工。

2.4 管頭應(yīng)制作緊密、牢固

根據(jù)具體工程的回拖力計(jì)算結(jié)果，選擇能滿足回拖力要求的拉管頭、牛鼻子、鋼絲繩和分動(dòng)器，這些部件應(yīng)緊密連接，且連接距離越短越好。

3 結(jié)語(yǔ)

小型機(jī)鋪設(shè)各類地下管線施工過(guò)程的每一個(gè)工序都必須謹(jǐn)慎操作，做好每一工序中的每一項(xiàng)工作，不留事故隱患。冷靜處理施工過(guò)程所遇到的種種難題，要始終把困難考慮得更充分一些，克服急躁情緒，要不得半點(diǎn)僥幸心理及惰性心態(tài)。只有這樣，才能將工程施工風(fēng)險(xiǎn)降到最低；只有不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和提高施工技術(shù)水平，才能做到少出事故或不出事故，以最少的施工成本投入，贏取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]水平定向鉆進(jìn)管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)程,DBJ13-102—2008, J11214—2008.