水平定向鉆非開挖施工的運(yùn)用實(shí)例

【摘要】非開挖施工方案即水平鉆機(jī)鉆孔牽引管道的施工方法。水平導(dǎo)向鉆進(jìn)法，它的主要特點(diǎn)是，可根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的鋪管線路驅(qū)動(dòng)裝有契形鉆頭的鉆桿從地面鉆入，地面儀器接收由地下鉆頭內(nèi)傳送器發(fā)出的信息，控制鉆頭按照預(yù)定的方向繞過地下障礙物直達(dá)目的地，然后卸下鉆頭換裝適當(dāng)尺寸和特殊類型的回程擴(kuò)大器，使之能夠在拉回鉆桿的同時(shí)將鉆孔擴(kuò)大至所需直徑，并將需要鋪裝的管線同時(shí)返程牽回鉆孔入口處。在整個(gè)工作中，特別的混合機(jī)組提供的鉆孔混合液不斷地從鉆頭的鉆口嘴噴出，用以潤(rùn)滑鉆頭，鉆桿和加固鈷道，以提高整個(gè)工程的工作效率。

【關(guān)鍵詞】水平定向鉆；非開挖施工；實(shí)例

一、工程概況

蚌埠市高新區(qū)污水拉管工程是蚌埠市高新區(qū)內(nèi)的污水截流工程，對(duì)于企業(yè)污水排放、環(huán)保生產(chǎn)具有重要意義。本次施工共涉及九家企業(yè)，均是從廠區(qū)截流污水穿過已建成的水泥混凝土路面至污水干管。管道采用F型鋼筋混凝土D400管，全長(zhǎng)356米，最長(zhǎng)拉管距離72米，最短拉管距離28米。

二、施工準(zhǔn)備

1.地層勘探

主要了解有關(guān)地層和地下水的情況，為選擇鉆進(jìn)方法和配制鉆液提供依據(jù)。其內(nèi)容包括：土層的標(biāo)準(zhǔn)分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石情況等。地下管線探測(cè)主要了解有關(guān)地下已有管線和其它埋設(shè)物的位置，為設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡提供依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況解決施工用電、用水。以鉆機(jī)路線的入土點(diǎn)和出土點(diǎn)各挖一個(gè)工作井和接收井，便于鉆機(jī)入土開鉆，并且作為泥漿的排放和收集點(diǎn)，若泥漿過多采用泥漿車外運(yùn)。

2.技術(shù)準(zhǔn)備

（1）組織工程施工技術(shù)人員參與設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位的施工圖會(huì)審和企業(yè)內(nèi)施工技術(shù)交底，了解施工特點(diǎn)和技術(shù)要求，熟悉施工操作規(guī)程和各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)敷設(shè)管道的管徑尺寸，計(jì)算出管道孔的擴(kuò)孔次數(shù)和每次回?cái)U(kuò)所使用的回?cái)U(kuò)器的規(guī)格。

（3）根據(jù)鉆機(jī)操縱手冊(cè)和導(dǎo)向儀的控制、精度要求，制定出詳細(xì)的技術(shù)交底。并向施工作業(yè)人員進(jìn)行交底。

（4）與鉆機(jī)操作手共同制定出管道中線和高程的控制數(shù)據(jù)和糾偏措施。

3.機(jī)械準(zhǔn)備

采用國(guó)產(chǎn)DDW-350鋪管鉆機(jī)，馬克3導(dǎo)向儀。另配功率為45KW的不停鉆射流循環(huán)泥漿攪拌系統(tǒng)，可快速制備鉆進(jìn)用泥漿；操縱臺(tái)全功能數(shù)字儀表顯示，獨(dú)立的液壓錨樁系統(tǒng)。鉆機(jī)整體性能優(yōu)越。

（1）鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)功率：200KW最大推力，拉力：380KN

最大回轉(zhuǎn)扭矩；18000N.m輸出軸轉(zhuǎn)速：0-110r/min

泥漿系統(tǒng)功率：45KW泥漿泵流量：320L/min

泥漿泵壓力：10Mpa角度范圍：8°一20°

鉆桿規(guī)格φ89mmx7mm/5000配套鉆桿300m

鉆頭級(jí)配：6個(gè)一φ450mm

主機(jī)外形尺寸（長(zhǎng)x寬x高）：5200mmx2300mmx2200mm

泥漿攪拌站外形尺寸（長(zhǎng)x寬x高）：4200mmx2300mmx2700mm

三、施工方案

1.施工工藝流程

2.施工測(cè)量

2-1平面控制放線

平面控制及放線，依據(jù)現(xiàn)有邊線，通過勘測(cè)方提供的控制點(diǎn)引測(cè)本工程的定位點(diǎn)，為保證施工各階段控制點(diǎn)網(wǎng)，坐標(biāo)及高程的準(zhǔn)確，首先對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)各控制樁加以保護(hù)。并把各控制點(diǎn)引測(cè)至現(xiàn)場(chǎng)外加以保護(hù)，以便豎向引測(cè)放線。同時(shí)要做閉合校核。

施工前通過全站儀沿地面上拉管的中心線每3米設(shè)置一樁（有障礙物的除外），并沿拉管的中心線撒好白灰線且測(cè)出樁高程，算好樁高程與設(shè)計(jì)拉管流水面的關(guān)系。

2-2高程控制

高程控制根據(jù)勘測(cè)方提供的水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的高程控制點(diǎn)。根據(jù)本工程的實(shí)際情況，在現(xiàn)場(chǎng)選擇固定的地方做臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，并做好保護(hù)。

高程控制采用兩次儀器高程前后視等距測(cè)法，保持精度。為保證設(shè)計(jì)方向、位置的正確性，控制線的傳遞用經(jīng)緯儀進(jìn)行引測(cè)，保證平面位置的準(zhǔn)確。

3.基坑開挖

工作坑深度根據(jù)拉管流水面高程確定。為保證工作坑內(nèi)干燥和擴(kuò)孔施工，在工作坑側(cè)邊設(shè)（4m寬x1.5m長(zhǎng)x1.5m深）泥漿沉淀池.并在池底設(shè)泥漿泵隨時(shí)將多余泥漿抽出坑外。

工作坑視土質(zhì)情況是否采用支護(hù)。

4.地層勘探地下管線探測(cè)及鉆進(jìn)軌跡的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

地層勘探主要了解有關(guān)地層和地下水的情況，為選擇鉆進(jìn)方法和配制鉆液提供依據(jù)。其內(nèi)容包括：土層的標(biāo)準(zhǔn)分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石情況等。需要在現(xiàn)場(chǎng)挖探坑確定土質(zhì)情況。

導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)是否合理對(duì)管線施工能否成功至關(guān)重要。鉆孔軌跡的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)工程要求、地層條件、地形特征、地下障礙物的具體位置、鉆桿的入出土角度、鉆桿允許的曲率半徑、鉆頭的變向能力、導(dǎo)向監(jiān)控能力和被鋪設(shè)管線的性能等。

5.鉆機(jī)就位

根據(jù)管道設(shè)計(jì)坡度方向和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，安置鉆機(jī)。因拉管距離長(zhǎng)，拉力較大，鉆機(jī)底腳要安置在20cm厚C15混凝土平基上，并在平基混凝土內(nèi)預(yù)留f20鋼筋（地錨）和鉆機(jī)焊接緊密，以防地基沉降影響鉆機(jī)穩(wěn)定。

6.鉆液的配置

鉆液的好與壞對(duì)于拉管施工的成敗起到了關(guān)鍵的作用。鉆液具有冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具，更重要的是可以懸浮和攜帶鉆屑，使混合后的鉆屑成為流動(dòng)的泥漿順利地排出孔外，既為回拖管線提供足夠的環(huán)形空間，又可減少回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護(hù)壁的作用。

鉆液由水、膨潤(rùn)土和聚合物組成。水是鉆液的主要成份，膨潤(rùn)土和聚合物通常稱為鈷液添加劑。鉆液的品質(zhì)越好與鉆屑混合越適當(dāng)，所制造的泥漿的流動(dòng)性和懸浮性越好，回?cái)U(kuò)成孔的效果越理想，成功的概率越大。

為改善泥漿性能，有時(shí)要加入適量化學(xué)處理劑。燒堿（或純堿）可增粘、增靜切力、調(diào)節(jié)PH值，投入燒堿量一般為膨潤(rùn)土量的2%。

根據(jù)以上理論，本工程的鉆液配合比確定為：膨潤(rùn)土20%，轉(zhuǎn)液寶1%，水75%，2%膨潤(rùn)土重量的燒堿。

7.導(dǎo)向鉆進(jìn)

鉆機(jī)就位后，調(diào)整鉆機(jī)導(dǎo)向桿到略高于設(shè)計(jì)管位中心高程的位置，水平鈷入土中。在導(dǎo)向鉆頭中安裝發(fā)射器，通過地面接收器，測(cè)得鉆頭的深度、鴨嘴扳的面向角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電池狀況等參數(shù)，將測(cè)得參數(shù)與鉆孔軌跡進(jìn)行對(duì)比，以便及時(shí)糾正。地面接收器具有顯示與發(fā)射功能，將接收到的孔底信息無(wú)線傳送至鉆機(jī)的接收器并顯示，操作手根據(jù)信號(hào)反饋操縱鉆機(jī)按正確的軌跡鉆進(jìn)。在導(dǎo)向鉆孔過程中技術(shù)人員根據(jù)探測(cè)器所發(fā)回的信號(hào)，判斷導(dǎo)向頭位置與鉆進(jìn)路線圖的偏差，隨時(shí)調(diào)整。并把調(diào)整數(shù)值記錄在“鉆進(jìn)位置”相應(yīng)的表格中。

為了保證導(dǎo)向頭能嚴(yán)格按照操作人員發(fā)出的指令前進(jìn)，需要在管道線路初步布點(diǎn)后對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行加密加細(xì)。間隔3m設(shè)中線、高程控制點(diǎn)，用木樁做出明顯標(biāo)志，并在樁點(diǎn)周圍用混凝土砌出護(hù)墩加以保護(hù)?？刂迫藛T嚴(yán)格按照點(diǎn)位，操縱儀器。

管道在孔內(nèi)拉動(dòng)的過程中受重力的作用，會(huì)發(fā)生管道下沉現(xiàn)象。因此導(dǎo)向鈷進(jìn)的鉆進(jìn)點(diǎn)選擇在略高于設(shè)計(jì)管中線的地方。以減低管道自重對(duì)高程的影響。

8.擴(kuò)孔

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，采用刮刀式擴(kuò)孔器。擴(kuò)孔器尺寸為鋪設(shè)管徑的1_2～1.5倍，即40cmx1.5=6cm。這樣既能夠保持泥漿流動(dòng)暢通叉能保證管線的安全、順利的拖入孔中。

回拉擴(kuò)孔鋪管的距離比較長(zhǎng)，泥漿作用特別重要，孔中缺少泥漿會(huì)造成塌孔等意外事故，使導(dǎo)向鉆進(jìn)失去作用并為再次鉆進(jìn)埋下隱患?？紤]到地層泥漿較易漏失，泥漿漏失后，孔中缺少泥漿，鉆桿及管線與孔壁間的摩擦力增大，導(dǎo)致拉力增大。因此要保持在整個(gè)鉆進(jìn)過程中有“返漿”，并根據(jù)地質(zhì)情況的變化及時(shí)調(diào)整鉆液配比以產(chǎn)生的不同泥漿。

本工程選用的DDW-350型鋪管鉆機(jī)有混合攪拌、泵送系統(tǒng)。施工中將水、膨潤(rùn)土、聚合物等加入混合倉(cāng)，進(jìn)行充分?jǐn)嚢栊纬摄@液。然后由鉆液泵將鉆液通過中空鉆桿輸送至孔底鉆頭，并與孔中鉆屑混合形成泥漿在孔底流動(dòng)。實(shí)驗(yàn)人員需要隨時(shí)檢測(cè)泥漿內(nèi)各組成材料的配比并及時(shí)調(diào)整，反復(fù)循環(huán)使用。

9.拉管

拉力計(jì)算：φ400管重量為45.76kg/m。管道傾斜角度為：10。

F拉=（G'+G' xμ）xn=（16.38+16.38x0.4）x1.15=26.37噸

G'一管道總重量在X方向的分量μ-摩擦系數(shù)n-安全系數(shù)經(jīng)計(jì)算.所選用拉管機(jī)能承受該拉力。

管道檢驗(yàn)合格后，即可進(jìn)入拉管施工。首先用現(xiàn)場(chǎng)制作的“封套”將管頭密封，然后在管頭后端接上回?cái)U(kuò)頭，管后接上分動(dòng)器進(jìn)行接管，將管子回接到工作井后，卸下回?cái)U(kuò)頭、分動(dòng)器、取出剩余鉆桿，堵上封堵頭，進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

施工時(shí)，拉管機(jī)操作人員要根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)均勻平穩(wěn)的牽引管道，切不可生拉硬拽。

10.注漿加固

管道拉通后，為了避免地面沉降，需要進(jìn)行注漿加固。由于受場(chǎng)地條件限制，本次采用孔內(nèi)注漿的加固措施。

拉管施工前在管道前端連接兩根與管道同長(zhǎng)度的f25鋼管.與管道一同拉入土中并一同到達(dá)拉管設(shè)計(jì)終點(diǎn)樁號(hào)。到達(dá)終點(diǎn)后，解除f 25鋼管與管道的連接，在兩根鋼管前面各加一橫6m長(zhǎng)同直徑的注漿花管。

移動(dòng)拉管機(jī)到接收坑，和f25鋼管連接并回拽。每拽入6m，把鋼管和拉管機(jī)的連接取消，換成和高壓注漿泵連接。注入1：1水泥、粉煤灰漿液（0.4Mpa），從而置換觸變泥漿，補(bǔ)充管道周圍的空隙。然后再換再拉，再拉再注，反復(fù)進(jìn)行。直到把鋼管全部拉出接收坑，注漿過程也就全部結(jié)束了。

在注漿施工時(shí)應(yīng)注意：

根據(jù)實(shí)際情況每3-6米注漿一次，根據(jù)計(jì)算注漿量一定大于泥漿量，注漿時(shí)盡量保持不要間斷。

當(dāng)花鋼管拖入地面時(shí)一定要用堵頭堵死，防止?jié){液從花管前端流出。

11.安全保護(hù)系統(tǒng)

由于施工中的地質(zhì)情況復(fù)雜、距離較遠(yuǎn)等特點(diǎn)，在施工中必須設(shè)置必要的安全保護(hù)措施，主要有：

防觸電報(bào)警系統(tǒng)，一旦地下鉆頭觸及電纜等帶電體后，鉆機(jī)發(fā)出觸電報(bào)警，此時(shí)操作手必須坐在座椅上不得離開，以免觸電。報(bào)警解除后，操作人員方可離開鉆機(jī)。

遠(yuǎn)距離遙控緊急停機(jī)裝置，隨鉆跟蹤測(cè)量者應(yīng)時(shí)刻保持與鉆機(jī)操作手的聯(lián)系，一旦發(fā)生意外應(yīng)及時(shí)處置。目前一般采用無(wú)線通信聯(lián)絡(luò)方式，有時(shí)由于受到當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響這種方式己不能應(yīng)付緊急突發(fā)事件。所以在施工中應(yīng)由隨鉆跟蹤者采用緊急措施停止鉆機(jī)工作，待處理完后，由后者解除對(duì)鉆機(jī)的限制后，方可啟動(dòng)鉆機(jī)。

12.井室砌筑

在砌筑井室時(shí)，應(yīng)注意以下四項(xiàng)：

（1）測(cè)量人員準(zhǔn)確測(cè)設(shè)井位，支墊層模板，澆筑墊層混凝土打底板。

（2）嚴(yán)格控制井室的幾何尺寸在允許偏差之內(nèi)。井室內(nèi)的爬梯應(yīng)采用球墨鑄鐵。

（3）磚墻勾縫砂漿塞入灰縫中，壓實(shí)拉平，深淺一致，橫豎縫交接處應(yīng)平整。凹縫比墻面凹入3-4毫米，勾完一段應(yīng)及時(shí)將墻面清掃干凈，灰縫不應(yīng)有搭茬、毛刺、舌頭灰等現(xiàn)象。

（4）井蓋均選用重型井蓋。

13.工作坑土方回填

還土應(yīng)選用細(xì)土、好土進(jìn)行回填，不得含礫石、垃圾，回填應(yīng)兩側(cè)分層對(duì)稱回填，管道回填管頂以上0.5m處，并應(yīng)注意保護(hù)。

14.拉管的質(zhì)量控制方法及要求

路面建筑物及管道鋪設(shè)區(qū)域無(wú)塌陷，施工后進(jìn)行雷達(dá)掃描檢測(cè)，不得低于壓實(shí)度要求。

管鋪設(shè)規(guī)定要求：

管鋪設(shè)滿足排氣要求，管無(wú)向上的折點(diǎn)。水平最大偏差±0.3米?？v向垂直最大偏差±0，25米。保持管內(nèi)壁干凈，拉管過程中封堵內(nèi)壁。

拉管過程中，操作手嚴(yán)格按照地面預(yù)布控制樁的平面位置和高程控制鉆頭走向，每隔水平距離3米校核一次。

管道內(nèi)底高程的復(fù)測(cè)

管道拉通后，應(yīng)對(duì)管道內(nèi)底高程進(jìn)行復(fù)合測(cè)量。用鉆機(jī)將裝有探測(cè)囂的鉆頭在管道內(nèi)拉動(dòng)，試驗(yàn)人員根據(jù)探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)來(lái)確定鉆頭的深度，經(jīng)過換算后即計(jì)算出管內(nèi)底高程。得出的結(jié)果和原始控制軌跡高程進(jìn)行比較，就得到各樁位高程偏差數(shù)值。

結(jié)論：

水平定向鉆非開挖施工的本次實(shí)例運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，滿足了企業(yè)要求。在工期要求短，無(wú)法破路開挖或可減少破路開挖的情況下，可以節(jié)省工程造價(jià)，縮短工程工期，以期取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。