淺談HDD施工技術(shù)在引洮供水二期工程的應(yīng)用

郭顏榛

(甘肅省水務(wù)投資有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000)

引洮供水二期工程是國(guó)務(wù)院確定的全國(guó)172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程項(xiàng)目之一，也是國(guó)家確定2015年開工的27項(xiàng)重大水利項(xiàng)目之一。工程供水范圍為定西市、白銀市、天水市和平?jīng)鍪械陌捕▍^(qū)、隴西縣、通渭縣、會(huì)寧縣、武山縣、甘谷縣、秦安縣、靜寧縣等8個(gè)縣區(qū)，惠及人口達(dá)348萬(wàn)人，新增灌溉面積29.2萬(wàn)畝。

引洮供水二期工程六干渠利用會(huì)寧縣中川東渠、北川渠原渠線，自老鴉岔總干渠24#隧洞進(jìn)口取水，經(jīng)中川、高陵、高廟、古城、祖厲河至?xí)幙h東山水廠，全長(zhǎng)32 km，設(shè)計(jì)流量1.5 m3/s、加大流量1.65 m3/s，控制灌溉面積1.3萬(wàn)畝；建筑物設(shè)計(jì)采用上游隧洞、暗渠輸水和下游壓力管道(DN1 000 mm、壁厚14 mm涂塑復(fù)合壓力鋼管)有壓輸水相結(jié)合的方式，達(dá)到了全程自流；六干渠末端615.17 m(樁號(hào)31+065.05～31+760.79)管道工程設(shè)計(jì)采用頂管法和開挖埋管法施工，該段管道途徑住宅區(qū)域、交通道路及東山森林公園等，對(duì)居民生活、城市交通和周圍環(huán)境影響大，施工條件和地質(zhì)條件都十分復(fù)雜，因此，經(jīng)多方案比選采用了HDD非開挖施工技術(shù)。

1 HDD施工技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 施工技術(shù)原理

HDD施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不開挖地表建筑，完成一個(gè)先導(dǎo)孔，使其后序工作能穩(wěn)步進(jìn)行，在鉆桿頂端部位換接上較大直徑的擴(kuò)孔鉆頭及直徑大于擴(kuò)孔鉆頭的待鋪設(shè)管道，隨后在回拉擴(kuò)孔工序進(jìn)行的同時(shí)，將待鋪設(shè)的管道一起拉入到鉆孔中，最終完成鋪管作業(yè)。

1.2 施工技術(shù)的特點(diǎn)

HDD施工技術(shù)是利用固定在鉆孔附近具有穩(wěn)固基礎(chǔ)水平面的水平定向鉆機(jī)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件初步選定施工的入射角度，隨后根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行調(diào)整，最終確定一個(gè)適合施工的入射角度鉆入地下，當(dāng)入射鉆頭達(dá)到方案指定的目標(biāo)方位，隨后提出鉆頭完成先導(dǎo)孔，其后根據(jù)次序更換較大孔徑尺寸規(guī)格的擴(kuò)孔器械，目的是將事先形成的先導(dǎo)孔逐步增大至施工所需的孔徑大小，隨后將所需鋪設(shè)孔徑大小的管道一次性回拉到設(shè)計(jì)位置，保證管道順利安全鋪設(shè)。

1.3 施工技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

開挖埋管法在管線沿線對(duì)地面破壞大，破壞性強(qiáng)，占用交通資源，給本來(lái)不太富裕的交通造成更大的壓力，但是HDD法施工占用工作面積小，施工便捷，基本不妨礙地面交通和地面建筑物，不影響人們的日常生活和工作秩序，大多數(shù)項(xiàng)目不需要開挖工作井和接收井，基本沒有土方開挖和回填量。

開挖埋管法在遇到地下轉(zhuǎn)彎施工麻煩，容易造成開挖工作量大，投資高、安全隱患較多；HDD施工過程中不僅可以在直線的管道軌跡中鉆進(jìn)和鋪設(shè)，而且還可以沿著多種曲線和直線組合在一起的管道鋪設(shè)軌跡中鉆進(jìn)，在遇見障礙物時(shí)通過相對(duì)比頂管法容易。

開挖埋管法需要投入大量的機(jī)械、設(shè)備、人力及財(cái)力，而且在有的小斷面尺寸很慢保證滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)常出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，影響工期和增加投資。采用HDD法施工既實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、信息化又能節(jié)約時(shí)間、節(jié)約費(fèi)用、保證工期。

開挖埋管法在遇到公路、鐵路、村莊、溝渠等障礙物時(shí)造價(jià)大、施工工期長(zhǎng)，采用HDD法施工可減少甚至避免搬遷，更加有效控制工期，從而得到更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

采用HDD法施工對(duì)環(huán)境不造成影響，符合環(huán)保要求。

水平定向鉆技術(shù)能夠普遍用于很多施工作業(yè)的過程中，比如管道施工，抽氣作業(yè)，防滲作業(yè)等等，并且水平定定向鉆技術(shù)所用的水平定向鉆機(jī)適用于各種性質(zhì)的土質(zhì)，無(wú)論水利供水管道在什么樣的土質(zhì)環(huán)境下施工，水平定向鉆技術(shù)都可以滿足條件。另外，水平定向鉆技術(shù)不僅適用于加固公路與跑道的路基，而且也廣泛應(yīng)用于市政工程的管道鋪設(shè)和燃?xì)廨斔凸こ痰墓艿腊惭b，因此水平定向鉆技術(shù)不僅僅是優(yōu)點(diǎn)多而且較為突出，適用范圍較廣，在今后的各個(gè)領(lǐng)域的施工中都可以用到，在不久的將來(lái)HDD施工技術(shù)將普遍應(yīng)用到各行各業(yè)中。

2 HDD施工保證措施

2.1 施工技術(shù)階段劃分

HDD施工技術(shù)鉆孔施工中可以分為三個(gè)階段，即形成先導(dǎo)孔、回拉擴(kuò)孔和管道鋪設(shè)，有時(shí)第二階段和第三階段也可合并為第二階段，即回拉擴(kuò)孔的同時(shí)進(jìn)行管道鋪設(shè)。形成先導(dǎo)孔過程中先導(dǎo)孔鉆進(jìn)是使用帶斜坡面的、直徑一般較小的鉆頭依照施工方案中預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡進(jìn)行鉆進(jìn)，從而先完成較小直徑的導(dǎo)引孔，繼而能夠?yàn)楹罄m(xù)回拉擴(kuò)孔和管道鋪設(shè)提供有利引導(dǎo)作用。HDD施工技術(shù)鉆進(jìn)設(shè)施依據(jù)設(shè)計(jì)軌跡要求布設(shè)并提前調(diào)整好鉆具(機(jī)架)在入口處的初始入射角度，開始導(dǎo)向/定向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中技術(shù)人員通過監(jiān)測(cè)和可控的技術(shù)手段使鉆孔按方案設(shè)計(jì)的軌跡延伸，且保證鉆孔過程中的偏差值在可控范圍內(nèi)，并從另一端預(yù)先設(shè)定的區(qū)域內(nèi)鉆出地表，完成先導(dǎo)孔的施工。在鉆進(jìn)施工過程中，為避免鉆桿被所在土層夾緊、抱死，根據(jù)實(shí)施考慮需要由泥漿泵通過鉆桿、鉆頭打出膨化水泥泥漿量的多少，同時(shí)也在一定程度上起到固化通道、防止管道塌陷的作用。

施工程序：(1)現(xiàn)場(chǎng)踏勘、設(shè)計(jì)待鋪管道的軌跡→(2)測(cè)量放線→(3)施工便道修筑及作業(yè)帶清理、場(chǎng)地平整、施工圍護(hù)→(4)設(shè)備搬遷、井場(chǎng)布置→(5)系統(tǒng)安裝、調(diào)試→(6)控向系統(tǒng)調(diào)?！?7)試鉆→(8)鉆先導(dǎo)孔(先導(dǎo)孔對(duì)接)→(9)擴(kuò)孔、清孔→(10)管道回拖→(11)設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)→地貌恢復(fù)、泥漿處理。

2.2 夯管鋪設(shè)偏差及精度控制

1)在施工過程中可能造成偏差的主要原因包括以下幾個(gè)方面：

軌道安裝偏差；

軌道設(shè)計(jì)用料與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不相符或不融合，不能起到很好固定鋼管的作用；

基礎(chǔ)不穩(wěn)定；

鋼管本身剛性小，易彎曲；

鋼管間焊接偏斜；

施工所遇的地質(zhì)層軟硬不均勻，管道斜交；

夯進(jìn)管道時(shí)遇到障礙物；

管道直徑與長(zhǎng)度不匹配。

2)夯管精度控制：

嚴(yán)格控制流砂層中夯管的精度控制；

嚴(yán)格控制卵礫石地層中夯管的精度控制；

回拉管道時(shí)，應(yīng)精心控制好回拉速度，密切關(guān)注回拉力、回拉扭矩、孔內(nèi)回拉應(yīng)力及泥漿壓力、流量等；回拉管道應(yīng)保持平順，盡量避免停頓，回拉管道應(yīng)一次性全部拉入孔內(nèi)，并回拉至設(shè)計(jì)位置；如回拉過程出現(xiàn)停頓應(yīng)立刻根據(jù)情況采于補(bǔ)救措施確保管道偏離軌跡在可控的范圍內(nèi)，否則要立刻停止回拉工序。

2.3 提高夯管效率的措施

(1)注漿潤(rùn)滑：泥漿在工程中使用很多，特別是在鉆孔施工中，泥漿可謂是真?zhèn)€工序的“血液”，需要不斷的注射；血液的質(zhì)量決定了人身體狀態(tài)的好壞，同樣泥漿的質(zhì)量的好壞對(duì)鉆孔施工是否順利和安全也起到?jīng)Q定性的作用，漿液可以起到潤(rùn)滑劑的作用，能夠大大減少地層與鋼管之間的摩擦，減小鋼管進(jìn)入的阻力，因此注漿潤(rùn)滑是提高夯管效率的最有效、最經(jīng)濟(jì)的輔助辦法，材料一般分膨潤(rùn)土(使用于砂土層)和人工合成的高分子造漿材料(使用于黏土層)。

(2)管道外表涂蠟：石蠟對(duì)金屬有較好的親和力，起到減阻的作用。

(3)切削頭：在鋼管被夯入土層的一端焊上特制的切削頭，不僅起到保護(hù)管頭不變形的作用，而且還使管段阻力減到最小。

(4)其他措施：管內(nèi)排土和更換管錘。

3 結(jié)語(yǔ)

水平定向鉆施工技術(shù)相比傳統(tǒng)管道開挖法技術(shù)有著很多的優(yōu)勢(shì)，在甘肅省引洮供水二期工程六干渠東山水廠管道工程施工中應(yīng)用，成功穿越了會(huì)寧縣祖厲河、居民住宅小區(qū)、城市交通道路及東山森林公園等，有效縮短了建設(shè)工期，減少了工程投資，避免了對(duì)居民生活、城市交通的影響，確保了引洮供水二期工程的通水目標(biāo)，為水平定向鉆施工技術(shù)在我省水利行業(yè)中的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為廣大水利施工人員提供了更大的便利和技術(shù)支撐。