非開挖定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析

靳子良

（黃埔區(qū)財(cái)政投資評(píng)審中心）

0 前言

定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)從上世紀(jì)90 年代初引入我國(guó)后得到了一定的發(fā)展，該技術(shù)利用水平定向鉆機(jī)，通過預(yù)定的設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)后進(jìn)行擴(kuò)孔回拖鋪管，從而達(dá)到鋪設(shè)地下管線的施工方法。隨著定向鉆進(jìn)施工工藝的成熟和不斷發(fā)展，其施工造價(jià)進(jìn)一步降低，而傳統(tǒng)的開挖鋪管工藝因受環(huán)保、交通等諸多因素影響而增加的多種措施費(fèi)用，其相對(duì)定向鉆進(jìn)施工經(jīng)濟(jì)性有待于進(jìn)一步分析。

1 定向鉆進(jìn)相關(guān)技術(shù)

1.1 導(dǎo)向孔施工

目前水平導(dǎo)向鉆進(jìn)大多采用切削鉆頭，通過鉆桿的某個(gè)方向推進(jìn)和鉆頭回轉(zhuǎn)等方式達(dá)到鉆孔軌跡按照原設(shè)定軌跡推進(jìn)。在鉆頭鉆進(jìn)過程中，通過地表的接收器接收到鉆頭發(fā)出的信號(hào)后，操作人員利用監(jiān)測(cè)到的信號(hào)來觀察鉆頭的前進(jìn)方向和深度，通過和設(shè)計(jì)管道軸線及標(biāo)高來精確控制鉆孔的軌跡。

1.2 鉆進(jìn)回?cái)U(kuò)

導(dǎo)向孔施工后，需要一個(gè)擴(kuò)孔器來擴(kuò)大鉆孔，以便在減少阻力的情況下安裝成品管線。一般將鉆孔逐級(jí)擴(kuò)孔至管道直徑的1.3～1.5 倍，擴(kuò)孔中較為重要的三個(gè)參數(shù)指標(biāo)分別為回拖力、轉(zhuǎn)速和鉆進(jìn)液用量。擴(kuò)孔器的回拉力主要保證擴(kuò)孔刀具有足夠的壓力來完成切削動(dòng)作；擴(kuò)孔器的轉(zhuǎn)速受前進(jìn)速度、地質(zhì)狀況以及設(shè)備相關(guān)條件等情況影響而只能在某個(gè)區(qū)間才能保證高效；鉆進(jìn)液用量是及時(shí)將鉆渣清除出口的重要保證，三個(gè)指標(biāo)的正確選用是擴(kuò)孔順利高效完成的保證。

1.3 回拖鋪管

擴(kuò)孔完成后，將擴(kuò)孔器、鉆桿和成品管線進(jìn)行連接后，將管線回拉進(jìn)入已完成的孔中。鋪管過程盡量一次完成，避免過程中產(chǎn)生阻力。管線接頭的抗拉強(qiáng)度是否滿足拖管要求是拖管順利進(jìn)行以及滿足后續(xù)閉水試驗(yàn)的重要保證。對(duì)于PE 管一般采用電熱熔接口，回拖前應(yīng)檢查電熱熔焊接質(zhì)量，焊接自然冷卻后即可拖管。

回拖鋪管作為最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)，鋪管前應(yīng)再次檢查相關(guān)設(shè)備是否處于良好狀態(tài)，拉管過程中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注拉力的變化，出現(xiàn)拉力過大應(yīng)及時(shí)將管子退出孔外，以免管道被拉扁或者是拉斷，同時(shí)應(yīng)重新清孔或者再次擴(kuò)孔，提高管道的可通過性。

1.4 泥漿配置及循環(huán)方式

泥漿配置主要目的為護(hù)壁和攜渣能力，不同的地質(zhì)情況應(yīng)考慮采用不同的粘度，確保能達(dá)到護(hù)壁的效果；攜渣清渣效果不僅要求泥漿有一定的粘度，還需要有一定的流速，若流速過大，將對(duì)孔壁產(chǎn)生較大擾動(dòng)，甚至導(dǎo)致塌孔，所以特殊情況可以采用反循環(huán)排渣[1]。

2 定向鉆進(jìn)鋪管優(yōu)勢(shì)

2.1 受天氣影響較少

基坑開挖后若受雨水天氣的持續(xù)影響，將很大程度上導(dǎo)致工期滯后，而定向鉆施工受雨水影響較小，基本可以忽略，工期有保障。

2.2 對(duì)交通影響較小

對(duì)于采用開挖進(jìn)行管道施工，常規(guī)情況均有占1～2 個(gè)車道，對(duì)于繁忙的路段尤其是上下班高峰期，影響是較為嚴(yán)重的。而采用非開挖方式進(jìn)行施工，只需對(duì)井的位置進(jìn)行相關(guān)圍蔽，且施工速度較快，對(duì)交通的干擾較小。

2.3 對(duì)周邊環(huán)境影響較少

常規(guī)的開挖方式施工，對(duì)街道兩側(cè)的店鋪的經(jīng)營(yíng)帶來一定的麻煩，施工現(xiàn)場(chǎng)若文明施工不規(guī)范，揚(yáng)塵現(xiàn)象凸顯，必將對(duì)周邊居民生活帶來諸多不便。而采用定向鉆進(jìn)鋪管法，類似問題可以得到很大程度避免。同時(shí)非開挖方式無需回填中粗砂等材料，避免了材料的浪費(fèi)。

3 施工定額的變化

市政工程綜合定額（2010）定向鉆進(jìn)工作內(nèi)容含設(shè)備就位、現(xiàn)場(chǎng)組裝、測(cè)位鉆孔、回拖擴(kuò)孔、清理現(xiàn)場(chǎng)、整理資料等。

市政工程綜合定額（2018）[2]定向鉆進(jìn)將其分為鉆導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔、回拖布管等。隨著水平定向鉆進(jìn)技術(shù)的成熟，定額根據(jù)市場(chǎng)情況進(jìn)行了調(diào)整。下文以塑料管（一類地區(qū)，不考慮管材）為例。

表1

目前國(guó)內(nèi)定向鉆鋪管技術(shù)多用于粘土、亞粘土、粉沙土等軟土層中，極少用于巖石等硬質(zhì)巖層中，在定額設(shè)置當(dāng)中未考慮入巖增加費(fèi)。

4 實(shí)例測(cè)算

本次截取一段新建污水管道作為對(duì)比分析的基礎(chǔ)，污水管道采用d500，管道長(zhǎng)度為84.1 米，設(shè)裝配式污水井4 座，井徑為φ1000mm，基礎(chǔ)埋深約為4m。

4.1 放坡開挖

根據(jù)地質(zhì)情況，對(duì)實(shí)施路段采用1:0.4 的比例放坡，管道基底采用碎石砂墊層150mm，基礎(chǔ)采用180°C20 混凝土基礎(chǔ)，其余部分回填石屑。

4.2 鋼板樁支護(hù)，直槽開挖

擬采用9m 的拉森鋼板樁進(jìn)行支護(hù)，管道基底采用碎石砂墊層150mm，基礎(chǔ)采用180°C20 混凝土基礎(chǔ)。

4.3 定向鉆進(jìn)施工

定向鉆進(jìn)施工入土造斜段L1 和L2 設(shè)計(jì)值分別為8.070m 和20.950m，定向鉆進(jìn)總長(zhǎng)度為146.983m，設(shè)計(jì)入土角度為20°，工作井長(zhǎng)寬均設(shè)置為2m，深度為2m，如圖3 所示。

4.4 分部分項(xiàng)費(fèi)用對(duì)比分析

采用《廣東省市政綜合定額2018》對(duì)三種情況下的分部分項(xiàng)費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比，主材執(zhí)行《廣州市建設(shè)工程造價(jià)管理站關(guān)于發(fā)布2019 年5 月份廣州市建設(shè)工程價(jià)格信息及有關(guān)計(jì)價(jià)辦法的通知》（穗建造價(jià)〔2019〕72 號(hào)），詳見表2。

由表2 可知，直槽開挖因鋼板樁支護(hù)原因，造價(jià)較高。管道所需長(zhǎng)度為84.1 米，放坡開挖和水平定向鉆造價(jià)分別為1702.91 元/米和1954.31 元/米。上表的對(duì)比是未考慮原狀路面或綠化的破除或恢復(fù)，不考慮基層，僅常規(guī)的瀝青混凝土面層（6cm 中粒式改性瀝青AC-20C+7cm 粗粒式瀝青混凝土AC-25C） 造價(jià)約為208.12 元/m2。而每米管道放坡開挖約5 個(gè)平方，另外隨著綠色施工標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，施工圍蔽若采用相對(duì)便宜的PVC 板（約為400 元/米），全封閉費(fèi)用會(huì)更高。所以水平定向鉆在具體實(shí)施過程中有極大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié)語

圖1 放坡開挖示意圖

圖2 放坡開挖示意圖

圖3 牽引管設(shè)計(jì)示意圖

表2

非開挖定向鉆鋪管技術(shù)導(dǎo)向孔鉆進(jìn)、鉆進(jìn)回?cái)U(kuò)、回拖鋪管作為定向鉆鋪管技術(shù)的重點(diǎn)工序，其施工工藝和機(jī)械設(shè)備得到了一定的改進(jìn)和完善，施工成本得到進(jìn)一步降低，本文選取一段污水管道為測(cè)算對(duì)象，分別用放坡開挖、支護(hù)下的直槽開挖和定向鉆鋪管技術(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，通過對(duì)比可以看出，采用定向鉆鋪管技術(shù)可以較好的節(jié)省投資。