水平定向鉆在市政管網(wǎng)工程中的應(yīng)用及控制

文/寧平春 岳陽市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院 湖南岳陽 414000

1、施工工藝流程

導(dǎo)向鉆機(jī)放置在入土點(diǎn)，鉆進(jìn)至出土點(diǎn)，分級擴(kuò)孔至合適的孔徑,然后再由出土點(diǎn)向入土點(diǎn)將成品管道回拉牽引到位。具體程序如下：

1.1 設(shè)備就位安裝

導(dǎo)向鉆機(jī)分為三大部分：一是導(dǎo)向鉆進(jìn)系統(tǒng)，二是動力系統(tǒng)，三是泥漿系統(tǒng)。導(dǎo)向鉆進(jìn)系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計(jì)要求導(dǎo)向鉆進(jìn)，回拉擴(kuò)孔，回拉拖管的系統(tǒng)；動力系統(tǒng)是為鉆進(jìn)系統(tǒng)提供液壓動力的系統(tǒng)；泥漿系統(tǒng)為鉆進(jìn)系統(tǒng)提供合理的鉆進(jìn)液。

1.2 導(dǎo)向軌跡設(shè)計(jì)

根據(jù)污水管道敷設(shè)技術(shù)要求和非開挖管道敷設(shè)的技術(shù)規(guī)范要求，并結(jié)合施工場地情況、地質(zhì)條件及PE管的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向孔的入土角控制、控制導(dǎo)向孔軌跡應(yīng)盡量平滑等。

1.3 導(dǎo)向孔的軌跡由三段組成

向下造斜段（輔助施工段）、水平段、向上造斜段 (輔助施工段)。

1.4 導(dǎo)向孔施工

鉆機(jī)鉆桿前端設(shè)導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置把鉆進(jìn)的參數(shù)發(fā)送到接收裝置，控向員根據(jù)接收裝置接收到的信號按設(shè)計(jì)軌跡引導(dǎo)鉆頭鉆進(jìn)施工。鉆進(jìn)過程中，地面測量人員隨鉆進(jìn)同步測控。

1.5 管線連接施工方法

PE管道的連接采用電熱熔帶接口連接，保證連接處承受的拉力遠(yuǎn)大于施工回拖力，嚴(yán)格執(zhí)行PE管道的連接操作規(guī)范。

1.6 分級擴(kuò)孔、回拉成品管

導(dǎo)向孔貫通后，卸下導(dǎo)向鉆頭，裝上流線型擠壓式擴(kuò)孔鉆頭，逐級回拉擴(kuò)孔，擴(kuò)孔至回拉成品管外徑的1.2-1.5倍孔徑，最后將成品保護(hù)管順著擴(kuò)孔軌跡牽引到位。

1.7 場地清理，設(shè)備撤場

2、施工前的準(zhǔn)備工作

在市政污水管線施工前，需要對工程情況進(jìn)行具體調(diào)查，對拉管施工區(qū)域地表以及地下情況進(jìn)行掌握和了解，以此來對管線施工的單段長度和施工作業(yè)區(qū)域進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對進(jìn)出洞口位置進(jìn)行合理選擇，從而更好地應(yīng)用非開挖拉管施工技術(shù)。

水平定向鉆施工區(qū)域和單段施工長度的劃分調(diào)查需要從三個(gè)方面來著手：一是探查地下管線，對原始資料進(jìn)行查閱，借助于專業(yè)儀器，保證不會對既有管線造成影響；二是地質(zhì)勘查，主要是調(diào)查管線位置的地質(zhì)情況；三是調(diào)查地表建筑物及設(shè)施，對地面情況進(jìn)行調(diào)查。

3、污水管線的標(biāo)高控制及導(dǎo)向

3.1 合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向孔軌跡

在導(dǎo)向孔的施工中，要嚴(yán)格依據(jù)測量定位的軸線和標(biāo)高來對導(dǎo)向鉆頭的方向和深度進(jìn)行控制，在鉆進(jìn)的過程中，因?yàn)榈貙忧闆r在不斷的發(fā)生變化，需要對鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，避免各類異常情況的出現(xiàn)，如鉆壓突變、泥漿漏失等，完成了導(dǎo)向孔的施工之后，需要結(jié)合要求來復(fù)核工作坑入土口、接收坑出土高的標(biāo)高和方位等，保證出孔符合于設(shè)計(jì)要求。

圖1 拉管施工示意圖

3.2 控制合理的分段長度

工作井區(qū)間的距離控制在150米到300米之間。

3.3 導(dǎo)向控制及措施

污水管道與其他管線不同，污水管道的重力流特征決定了其必須控制管道的坡度且要求管道的坡度和標(biāo)高誤差必須滿足《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268-2008）的要求，這對水平定向鉆的成孔控制提出了更高要求，能否確保在污水管道工藝要求，決定了該施工工藝能都在排水施工應(yīng)用。為了保證導(dǎo)向的精度，主要采取了以下三項(xiàng)措施：一是適當(dāng)設(shè)置工作坑，確保水平定向鉆的導(dǎo)向鉆頭的入土角度和標(biāo)高；二是在水平定向鉆分段設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮水平定向鉆實(shí)施的可行性；三是增加水平定向鉆施工過程測量頻率，精確換算管位深度；四是減少測量干擾，盡量在車輛較少等測量干擾少的時(shí)間段進(jìn)行施工、測量。

4、級配泥漿的護(hù)壁及作用

泥漿的主要作用是起到潤滑和護(hù)壁的作用，因此泥漿必須具有吸附、凝聚和懸浮的特性。吸附功能主要是吸附水平定向鉆擴(kuò)孔階段產(chǎn)生的泥沙，使其與配好的泥漿混合，懸浮的功能是確保泥沙持續(xù)保持懸浮狀態(tài)，在水平定向鉆施工時(shí)泥漿處于流動狀態(tài)，且還能起潤滑的作用。凝聚和吸附的功能則是泥漿吸附在剛成孔的孔壁壁上且迅速凝結(jié)，形成較堅(jiān)固的孔壁，防止孔壁周圍的泥土沙石塌落堵塞成孔。

優(yōu)質(zhì)的級配泥漿應(yīng)用到水平定向鉆施工的導(dǎo)向、擴(kuò)孔、拉管階段中，具有造壁性能和明顯的潤滑效果，實(shí)現(xiàn)水平定向鉆機(jī)頭降低扭矩的目的，工程中常遇穿越地層為粉質(zhì)粘土、粉砂等軟弱地層，因此對級配泥漿提出更高的要求：

（1）級配泥漿具有良好的流變性，具有攜帶鉆屑的能力

在水平定向鉆孔施工中，級配泥漿最主要的作用就是攜帶水平定向鉆進(jìn)過程中產(chǎn)生鉆屑，因?yàn)槲鬯芫€施工中為斜坡孔，因此要求級配泥漿有較強(qiáng)的攜帶鉆屑的能力，防止鉆孔過程中鉆屑沉積，造成鉆孔、擴(kuò)孔回拖困難等施工事故。

（2）級配泥漿具有較低的摩擦系數(shù)，潤滑性能優(yōu)良

在水平定向鉆孔施工中級配泥漿的潤滑性能是關(guān)鍵，提高級配泥漿的潤滑性能，可以極大提高水平定向鉆單位施工長度；在水平定向鉆拉管施工中，可以降低回拖拉力，提高單位回拖距離，減少工作坑的數(shù)量，降低工程造價(jià)。

（3）級配泥漿具有較強(qiáng)的護(hù)壁作用，在孔壁形成強(qiáng)度高的泥皮，維護(hù)孔壁穩(wěn)定，防止泥漿流失，尤其在粉質(zhì)粘土、粉砂等易坍塌的地質(zhì)地層，目前使用的級配泥漿主要有兩類：一類是化學(xué)級配泥漿，如丙烯酰胺、水玻璃、硅酸鹽和各種化學(xué)合成乳膠。這類化學(xué)乳膠注入地層，形成凝膠，提高孔壁的穩(wěn)定性；這類級配泥漿的特點(diǎn)是：凝結(jié)時(shí)間可以調(diào)整，能實(shí)現(xiàn)快速固化，且級配泥漿具有滲透性和流動性好。另一類是無機(jī)凝膠物質(zhì)材料，如各種水泥混合漿液，當(dāng)在流沙層或比較嚴(yán)重的漏失地層中使用。

5、施工事故及應(yīng)急措施

由于定向鉆非開挖施工具有高風(fēng)險(xiǎn)，不可預(yù)見因素多的特點(diǎn)，施工中常出現(xiàn)問題甚至事故，發(fā)生事故應(yīng)立即向項(xiàng)目部匯報(bào)并組織技術(shù)專家進(jìn)行情況分析，及時(shí)調(diào)整方案，采取補(bǔ)救措施。常用的事故原因級應(yīng)急措施見下表1：

表1 常用的事故原因級應(yīng)急措施

結(jié)語：

水平定向鉆技術(shù)是一種環(huán)境影友好、建安工程造價(jià)低、施工進(jìn)度快的非開挖施工工藝。它解決了傳統(tǒng)開挖施工對居民生活的影響，對交通、周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響；水平定向鉆施工工藝與其它施工工藝比較，具有進(jìn)出場地速度快，施工場地能靈活調(diào)整，尤其在市政管網(wǎng)工程施工時(shí)具有明顯的優(yōu)越性，并且施工占地少工程造價(jià)低。在市政地下管網(wǎng)工程中，水平定向鉆技術(shù)將得到越來越多的運(yùn)用。