非開挖定向鉆施工在運營高速公路排水中的應(yīng)用

高進帥

（河北銳馳交通工程咨詢有限公司石家莊市050000）

非開挖定向鉆施工在運營高速公路排水中的應(yīng)用

高進帥

（河北銳馳交通工程咨詢有限公司石家莊市050000）

作為非開挖施工的重要分支，定向鉆技術(shù)以其不影響車輛通行的施工優(yōu)勢，在運營高速公路養(yǎng)護上的應(yīng)用越來越廣泛。以DN361.8mm排水管道定向鉆穿越黃石高速公路工程為實例，介紹了定向鉆施工的技術(shù)特點，指出了設(shè)計的基本原則和設(shè)計要點，簡要介紹了主要施工工藝，并結(jié)合高速公路養(yǎng)護施工的特點，闡述了交通組織、施工沉降觀測及施工應(yīng)急預(yù)案等重要保障措施。

定向鉆；高速公路；排水

非開挖定向鉆是一種在不開挖路面、不阻斷交通、不破壞環(huán)境的情況下，將管道從障礙物下方穿越的施工技術(shù)，具有導(dǎo)向精度高、施工周期短的特點，大大減小了對高速公路路基、路面的影響，尤其是保證了施工中車輛的正常通行。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，交通量迅猛增長，非開挖定向鉆技術(shù)在運營高速公路上必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1　工程概況

其中途徑衡水深州境內(nèi)時，自K218+877至K189+089（約30km）路段為利用原G307舊路進行修建，高速公路主線北側(cè)即為石津總干渠（灌溉性質(zhì)），公路排水直接排至灌渠內(nèi)，建設(shè)期未設(shè)置高速邊溝。根據(jù)國家南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計，2015年末石津總干渠作為河北省南水北調(diào)配套工程，將向衡水、滄州地區(qū)輸送飲用水，水質(zhì)要求達到二類飲用水標(biāo)準，因此高速公路路面瀝水嚴禁排入干渠內(nèi)。

為有效解決黃石高速與石津總干渠南水北調(diào)配套工程并線路段的路面排水問題，保證高速公路行車安全，確保南水北調(diào)供水水質(zhì)安全，擬定了于高速公路北幅路側(cè)增設(shè)排水邊溝，集中匯流，通過在沿線增設(shè)的100座橫向圓管涵將水排至主線南側(cè)邊溝的排水方案。

為保證施工期間高速公路的正常運營，新增橫向排水圓管涵采用非開挖定向鉆施工技術(shù)。設(shè)計排水管徑為DN361.8mm，管壁厚度19.1mm，每道管涵長度32m，入土角15°，出土角0°，管材采用HDPE平壁管，壓力等級0.6MPa，環(huán)剛度不小于8kN/m2。

2　工程地質(zhì)

項目所在深州市，地處滹沱河故道，屬黑龍港流域，地勢平坦，土層深厚，以壤質(zhì)潮土為主。黃石高速公路該路段填土高度在1.5～2.5m范圍內(nèi)，定向鉆增設(shè)HDPE管位于高速公路路面頂面下方1.8～2.5m范圍內(nèi)，涉及土層為高速公路填土路堤部分，主要為粘性土、粉質(zhì)粘土，無不良地質(zhì)。

3　主要設(shè)計參數(shù)的確定

（1）穿越深度的確定

定向鉆穿越高速公路時，管道敷設(shè)埋置深度對結(jié)構(gòu)的安全性、施工的可行性具有重要影響，由于黃石高速公路的路面結(jié)構(gòu)層厚度達到了73cm，因此參考《公路路基設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于巖溶地區(qū)路基的概念，根據(jù)7.6.2章節(jié)的有關(guān)要求頂板厚度與路基跨越溶洞長度之比大于0.8，得到管頂覆土深度位于路面結(jié)構(gòu)層下方即可；由于公路行業(yè)目前針對非開挖定向鉆敷設(shè)管道無國家規(guī)范可依據(jù)，參考福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準《水平定向鉆進管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)程》中的有關(guān)規(guī)定，定向鉆管道敷設(shè)穿越高速公路的管頂最小埋置深度為路面以下2.5m。

由于黃石高速公路該路段填土較低，埋置深度較深的情況下管道的排水效果差且后期養(yǎng)護困難易出現(xiàn)淤塞，綜合各方面因素考慮，管頂最小覆土深度確定為1.8m，位于高速公路路基工作區(qū)下方。

綜上所述，在數(shù)字化時代背景下，出版編輯的內(nèi)容服務(wù)隨著時代的發(fā)展而不斷進步。加之?dāng)?shù)字技術(shù)的日新月異，但凡可以承載數(shù)字內(nèi)容的載體都可以改變數(shù)字編輯的從業(yè)方向，從最開始的網(wǎng)站、論壇到現(xiàn)在微博、微信、云服務(wù)、區(qū)塊鏈、網(wǎng)絡(luò)直播、人工智能等，不斷變化的載體意味著編輯自身必須不斷地學(xué)習(xí)，這樣才能真正跟上時代的潮流，成為一名優(yōu)秀的數(shù)字編輯。

（2）導(dǎo)向軌跡設(shè)計

黃石高速為東西走向，北側(cè)為石津干渠渠道，南側(cè)為農(nóng)田，入土點選擇在南側(cè)農(nóng)田內(nèi)，距離管道接收坑（位于高速公路邊溝處）25m，為盡量減少農(nóng)田占用面積，設(shè)計入土角選定為15°，出土點位于北側(cè)干渠渠道邊坡上，設(shè)計出土角為0°。選定各參數(shù)后經(jīng)計算，鉆桿彎曲半徑約為1500D，滿足鉆桿的最小1200D的最小曲率要求，HDPE管道為水平放置，因此不存在施工回拖曲率半徑的限制。

（3）管線回拉力計算及機具選擇

定向鉆回拉力計算：

式中，Py為擴孔鉆頭迎面阻力，Pf為管周圍摩阻力（kN）。

式中，Dk為擴孔鉆頭外徑，終孔選定為500mm鉆頭，管道外徑D為400mm，Ra為迎面土擠壓力，粘性土選定為60kPa，L管道長度為32m，f為管道與周圍土的單位側(cè)摩擦力（kN），粘性土中選定為0.4kPa，經(jīng)計算可得到回拉力為27.8kN，鉆機根據(jù)計算回拉力的1.5～3倍選用。

（4）HDPE管強度計算

按照管頂最大覆土H=2.13m進行計算，管頂各路面結(jié)構(gòu)層和上路床石灰土的折合恒載合計為42kN/m2，由于埋置深度基本位于路基工作區(qū)以下，不再考慮車輛荷載的影響，本項目選用的HDPE管材為PE80級，容許公稱壓力不小于0.6MPa，滿足受力要求。

4　施工保障措施與應(yīng)急預(yù)案

定向鉆施工穿越運營高速公路是一項具有一定風(fēng)險的施工方法，其主要施工流程如圖1所示，為確保施工中高速公路的運營安全和降低施工后的路面沉降風(fēng)險，特別制定了拉管完成后壓注水泥漿的技術(shù)措施，且為應(yīng)對施工中的突發(fā)情況制定了應(yīng)急預(yù)案。

（1）水泥漿置換填充

在拉管施工時，將注漿用花管用抱箍固定于HDPE排水管頂端，花管與排水管一并拖拉進入鉆孔內(nèi)，拉管完成后進行注漿，將排水管周圍孔隙中潤滑泥漿全部置換為水泥漿，以保證施工后高速公路路基的穩(wěn)定性，同時減小沉降量。

注漿花管采用鋼管，外徑54.8mm，漿液采用純水泥漿，漿液在攪拌均勻過篩后，再泵送加注。注漿漿液配合比為水泥∶水∶膨脹劑=14.154∶10∶1.389。注漿水泥采用不低于32.5R的水泥。在注漿前應(yīng)進行室內(nèi)配比試驗和現(xiàn)場注漿試驗，可根據(jù)實驗結(jié)果合理調(diào)整施工參數(shù)。

在現(xiàn)場施工中選用了高速水凝材料，采用現(xiàn)場攪拌，材料凝結(jié)時間可以調(diào)控，材料混合后，凝結(jié)時間可控制在10～60min，早期強度高，2h可達到1.5MPa以上，混合料也可以和周圍土顆粒發(fā)生反應(yīng)，形成強度，混合料凝固過程及凝固以后不收縮。

注漿壓力為1～5MPa。注漿結(jié)束標(biāo)準：

①注漿壓力逐步升高，達到設(shè)計終壓并繼續(xù)注漿10min以上。

②水泥漿注入量達到設(shè)計數(shù)量，空隙填充達到90%以上，且結(jié)束時的進漿量在20～30L/min以下。注漿路段注漿孔完成后，進行效果檢查和評定，不合格者補充鉆孔注漿。注漿壓力由小到大依次施加，避免一開始就采用大注漿壓力。

（2）施工沉降監(jiān)測與應(yīng)急預(yù)案

定向鉆施工的監(jiān)控包括對高速公路路面沉降、開裂、水平位移等內(nèi)容，施工前對定向鉆下穿范圍路面進行布點標(biāo)記，布點范圍為排水管軸線兩側(cè)20m，布點間距縱橫間距為2m，施工開始后，需詳細記錄路面點的三維坐標(biāo)，同時仔細觀察、記錄路面裂縫情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

沿定向鉆施工軸線觀測路面沉降超過3cm時，應(yīng)按照緊急預(yù)案要求準備路面處置材料和設(shè)備。

緊急預(yù)案：

①路面檢測發(fā)生沉降超過1cm后要進行路面處置預(yù)警，路面處治施工區(qū)域應(yīng)按照《公路養(yǎng)護作業(yè)規(guī)程》的要求擺設(shè)限速、限行、施工標(biāo)志、反光錐等；

②材料準備：細粒式瀝青冷料、小型路面銑刨機1臺，小型壓路機1臺；

③處理措施：銑刨路面，沿管線中心左右4m范圍銑刨2cm，鋪設(shè)瀝青冷料，瀝青冷料高出路面1.5cm，壓路機壓實；

④處置路面時分車道進行，冷處理結(jié)束后開放交通。

5　結(jié)語

本次排水改造采用定向鉆施工技術(shù)穿越運營高速公路，充分體現(xiàn)了不污染化境、不影響交通、對高速公路路基破壞小、施工安全可靠、施工周期短、社會與經(jīng)濟效益好的特點，充分體現(xiàn)了非開挖施工的優(yōu)越性，同時也開創(chuàng)了定向鉆施工在河北省運營高速公路養(yǎng)護中大規(guī)模密集應(yīng)用的先例，為以后非開挖技術(shù)在高速公路養(yǎng)護工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50268-2008給水排水管道工程施工及驗收標(biāo)準［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］ DG/T J08-2075-2010，J11722-2010管線定向鉆進技術(shù)規(guī)范［S］.上海：2010.

［3］ 蘇向軍.污水管道定向鉆孔托拉法施工技術(shù)［J］.中國市政工程，2008（2）：41-44.

［4］ 朱璇，屈學(xué)平.DN630供水管道定向鉆穿越淮河工程的設(shè)計與施工［J］.非開挖技術(shù)，2011（2）：11-14.

Application of Non-Excavation Directional Drilling Construction in Operating Expressway Drainage

GAO Jin-shuai
（Hebei Reach Traffc Engineering Consulting Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050000，China）

As an important component of non-excavation construction，directional drilling technology has a construction advantage of not influencing vehicle traffic.It is more and more widely applied in operating expressway maintenance.Taking directional drilling of DN361.8mm drainage pipeline crossing an expressway engineering as a living example，technical features of directional drilling construction are introduced，the basic principle of design and design points are pointed out，and main construction technologies are introduced briefly.In combination with features ofexpresswaymaintenanceconstruction，importantsafeguardmeasuresliketrafficorganization，construction settlement observation and construction emergency plan and so on are elaborated.

Directional drilling；Expressway；Drainage

U417.3

B

1673-6052（2016）03-0120-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.035