淺談非開挖水平定向穿越施工中的幾點重要環(huán)節(jié)

李明

【摘 要】施工前對周圍原有管網(wǎng)的勘察、鉆進泥漿的選擇和配制以及優(yōu)化設(shè)計的最佳軌跡曲線是非開挖水平定向穿越成敗的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場勘察；鉆進泥漿；水平定向穿越；曲率半徑

非開挖水平定向穿越鋪設(shè)地下管線是一種正在蓬勃發(fā)展的新技術(shù)，它綜合了傳統(tǒng)的道路鉆孔、地質(zhì)鉆探及其它的定向鉆進技術(shù)。這項技術(shù)已成為一種完善的施工方法?，F(xiàn)廣泛應(yīng)用于穿越河流、街道、公路和鐵路、建筑等來進行石油、天然氣、自來水、電力、通信及雨、污水管道等鋪設(shè)。與其它管線鋪設(shè)施工方法相比具有對環(huán)境影響小、對原有構(gòu)造物無破壞、對管線覆蓋的深度大、對管線的保護作用大等優(yōu)點。那么要保證水平定向穿越的成功要注意哪些重要環(huán)節(jié)呢？主要有以下幾點：

1. 對原有現(xiàn)場地下管線的勘察，以防止事故的發(fā)生

1.1 當(dāng)?shù)匾?guī)劃設(shè)計部門提供的現(xiàn)場地下管線資料。由于種種原因，我國的市政建設(shè)中總不能在同一張圖紙中全面反映地下管線情況，所以現(xiàn)場勘察人員應(yīng)對相關(guān)部門提供的現(xiàn)場地下管線資料進行詳細地核實，搞清地下管線的位置及深度。

1.2 現(xiàn)場勘察。應(yīng)對現(xiàn)場進行全面調(diào)查，方圓50米內(nèi) 或更大范圍內(nèi)所有的井都需打開調(diào)查，并詳細測量各管線的位置、走向及深度。并做好記錄和標(biāo)識。且應(yīng)了解各管線的鋪設(shè)方法，以準(zhǔn)確對管線定位。對采用非開挖鋪設(shè)或者不能掌握的管線，應(yīng)與相關(guān)部門聯(lián)系，以查清資料或派專人現(xiàn)場確認。

1.3 儀器探測。采用較先進的儀器（探地雷達）對地下管線進行探測。

1.4 開挖探孔。在施工出、入土點及穿越允許部位開挖探孔，以保證不發(fā)生損傷其它管線。

2. 鉆進泥漿的選擇和配制

鉆進泥漿的選擇和配制是水平定向穿越的重要環(huán)節(jié)。是鉆導(dǎo)向孔、預(yù)擴孔和回拖管時的“血液”。

2.1 泥漿的主要作用為冷卻鉆進鉆具、攜帶鉆屑并排出地面、穩(wěn)定孔壁和降低鉆進時的扭距及回拉力。

2.2 其性能參數(shù)為密度、粘度和膠結(jié)強度，控制好密度可防止孔壁坍塌，而粘度的大小決定鉆進泥漿的外帶排屑能力，膠結(jié)強度則是衡量鉆進泥漿使固體顆粒處于懸浮狀態(tài)的能力。只有這三個參數(shù)調(diào)整到一個適宜的范圍時，鉆進漿液才能發(fā)揮最大作用。

2.3 泥漿的組成。

2.3.1 泥漿的組成主要由水、膨潤土、聚合物、表面活性劑等。

（1）水：是主要的基本成分。

（2）膨潤土：是一種吸收性強的硅酸鋁粘土，遇水后會分裂成細小的小板片狀物質(zhì)，這些小板片會起覆蓋作用，在孔壁上形成過濾層，防止?jié){液的流失，膨潤土也起懸浮鉆屑的作用。

（3）聚合物：主要起降低粘土的膨脹力和粘稠性以及潤滑鉆孔、降低鉆具及管線與孔壁的摩擦。

（4）表面活性劑：主要起鉆具和粘土的隔離作用，防止粘土附著鉆桿發(fā)生抱鉆現(xiàn)象。

2.3.2 知道了泥漿的組成和性能，我們就可以在不同土質(zhì)中進行合理的選擇和配制，并在鉆孔、回擴、回拖管線時控制好泥漿的流量和施工速度和保持泥漿的性能符合地質(zhì)要求，也就能保證工程順利進行。

3. 導(dǎo)向孔軌跡曲線設(shè)計

設(shè)計導(dǎo)向孔時要綜合考慮工程要求、地質(zhì)條件、鉆桿的最小曲率半徑、管材的允許曲率半徑、施工現(xiàn)場的條件、鋪設(shè)深度及原有地下物等方面的因素，最后優(yōu)化設(shè)計出最佳的軌跡曲線。

3.1 覆蓋深度。穿越的最小覆蓋深度宜大于鉆孔最終回擴直徑的6倍以上，河床中應(yīng)在河床斷面最低處以下5M左右。

3.2 入、出土角和曲率半徑。8～20°的入、出土角適用于大多數(shù)穿越工程（對于坑內(nèi)始鉆式宜采用0°）。進行大曲率的彎曲以前最好鉆一段直線段。同時導(dǎo)向孔的曲率半徑應(yīng)滿足以下條件：

3.2.1 不小于1200D（D為穿越管段外徑，下同）。

3.2.2 不小于300m。

3.2.3 滿足下式的計算結(jié)果。

R≥2.E.D/σs

R——導(dǎo)向孔的曲率半徑（m）

E——管材的彈性模量（MPa）

D——管材的外徑（m）

σs——管材的最小抗拉強度（MPa）

造斜段單根鉆桿的角度變化值按下式控制：

Δα=57.3L/R

Δα——單根鉆桿的角度變化值（°）

L——單根鉆桿的長度（m）

R——導(dǎo)向孔的曲率半徑（m）

3.3 入、出土點與欲穿越的構(gòu)造物間的距離應(yīng)控制在穿越深度的8倍以上。

3.4 從鉆進技術(shù)方面考慮，第一和最后一段鉆桿柱應(yīng)是直線的（即沒有垂直和水平彎曲），鉆桿柱長度宜10m以上。

4. 預(yù)擴孔

預(yù)擴孔的成敗，決定了回拖管的成敗，所以施工時必須做到：

4.1 控制預(yù)擴孔的偏移和波浪彎：當(dāng)穿越不均勻土質(zhì)時，即使導(dǎo)向曲線非常完美，由于鉆桿、鉆具自身重量和扭轉(zhuǎn)的作用，會造成預(yù)擴孔向軟土質(zhì)相切比較多，使孔產(chǎn)生偏移或波浪彎。因而對回拖管道非常不利，減弱偏移或波浪彎的措施是選擇合理的鉆具和鉆具組合，一般多采用板式或桶式擴孔器，必要時輔以扶正器。

4.2 防止塌孔：預(yù)擴孔時首先要選擇適宜的回擴器，并應(yīng)從小直徑擴孔器開始逐級增加到所需直徑的擴孔器（最終擴孔直徑一般為管材外徑的1.3～1.5倍），在滿足回拖管要求的前提下，應(yīng)盡量取預(yù)擴孔直徑的下限值（1.3倍左右）。并在每級擴孔時選擇適宜的泥漿，保持泥漿的流變性。最后，就是盡可能的縮短施工周期。

5. 結(jié)束語

非開挖水平定向穿越是一門新興技術(shù)，其施工多為隱蔽性且較復(fù)雜，所以如何控制好施工中各個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)，將直接決定著工程的成敗。