鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝在電力管線施工中的應(yīng)用

中交機(jī)電工程局有限公司 高瑞朋

1 鋼制保護(hù)管水平定向鉆施工工藝概述

鋼制保護(hù)管水平定向鉆是目前研究的高效管道施工技術(shù)，對于鋼制保護(hù)管水平定向鉆技術(shù)的導(dǎo)向系統(tǒng)，需要在早期勘察地下地質(zhì)條件，然后根據(jù)現(xiàn)場施工條件，制訂實際作業(yè)路線。通過這樣的工序，可以保障定向鉆在施工時的施工精度，還能更好地提高施工效率，從而實現(xiàn)安全生產(chǎn)。尤其是在進(jìn)行超過5m 的管道施工作業(yè)時，相比傳統(tǒng)開挖工藝，使用水平定向鉆極大減少了基坑過深的工作量，更好地降低施工成本，縮短工期。采用鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝施工，對比傳統(tǒng)的管道施工技術(shù)而言，其施工穩(wěn)定性更高。定向鉆在具體進(jìn)行水平鉆孔施工時，遇到較大障礙物或者掩體可以通過引導(dǎo)導(dǎo)向管升高或降低高程實現(xiàn)對障礙物的規(guī)避，這是傳統(tǒng)的管道開挖施工技術(shù)不具備的特質(zhì)。這樣能夠使得項目作業(yè)達(dá)到連續(xù)性，穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)具備較高的適應(yīng)性。通過導(dǎo)向系統(tǒng)，可以勘測出地下的實際情況，再結(jié)合現(xiàn)場狀況，可以制訂相應(yīng)的工作路線。該項技術(shù)還有利于降低項目成本，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益全面提升。定向鉆技術(shù)采用的是鉆孔擴(kuò)孔技術(shù)，不用大規(guī)模破壞地面結(jié)構(gòu)，占用的地面道路較少，能規(guī)避地下的各種較大障礙物或者掩體，從而極大地減少工作量，縮短工期，降低成本。

2 鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝原理

采用水平定向鉆施工前對現(xiàn)狀管線位置進(jìn)行核對，通過電力定位系統(tǒng)，通過導(dǎo)向，分級擴(kuò)孔的方法，確保鉆機(jī)按預(yù)定的軌跡完成導(dǎo)向孔，從而達(dá)到精確鋪管的目的，其原理如下。

第一，水平定向鉆施工前管線探測，通過對地下管線布置情況的探測，確定拉管線路走向。第二，采用專用鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，通過導(dǎo)向監(jiān)控設(shè)備對鉆頭鉆進(jìn)方向及鉆進(jìn)軌跡進(jìn)行實時監(jiān)控。第三，根據(jù)鋼制保護(hù)管管徑及電力保護(hù)管敷設(shè)及預(yù)留數(shù)量，進(jìn)行導(dǎo)向孔分級擴(kuò)孔。第四，導(dǎo)向孔分級擴(kuò)孔完成后，由專業(yè)鉆機(jī)牽引鋼制保護(hù)管按導(dǎo)向路徑穿越敷設(shè)。第五，鋼制保護(hù)管穿越完成后，在其內(nèi)部穿入電力MPP 保護(hù)管，并進(jìn)行電纜敷設(shè)施工。

天津地鐵11號線110kV 單回線路鋼制保護(hù)管內(nèi)套MPP 電力保護(hù)管工藝斷面如圖1所示。

圖1 鋼制保護(hù)管內(nèi)套MPP 電力保護(hù)管斷面圖（4電力電纜保護(hù)管+1通信電纜保護(hù)管）

3 電力管線穿越方式的選擇

電力管線施工時常常會遇到公路、鐵路、河流、水塘等自然或人工障礙，受環(huán)境因素的影響，不可能繞行或采取繞行。如果傳統(tǒng)方法無法進(jìn)行施工，在電力管線施工的階段就要穿越下部的障礙物，這就是穿越管線的施工方式。

一般電力管線施工時常用的穿越形式主要有明挖穿越（開挖法）、水平定向鉆越穿越（水平定向鉆穿越法）、頂管穿越（隧道穿越法），目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工程實踐中，尤其是在穿越鐵路、公路、河流等方面有著重要的價值。

4 鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝在電力管線施工中的應(yīng)用特點

4.1 適應(yīng)性強(qiáng)

水平定向鉆機(jī)可以應(yīng)用在多種地質(zhì)條件下進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)，該方法應(yīng)用在管道鋪設(shè)的過程中有著非常明顯的優(yōu)勢，同時也可以進(jìn)行公路和管道地基的施工作業(yè)。

4.2 減少工程量

鋼制保護(hù)管水平定向鉆施工工藝避免了開挖施工對交通、建筑及電力管線的影響，減少了開挖所帶來的經(jīng)濟(jì)損失及資源浪費，同時縮短了施工周期，經(jīng)濟(jì)效益高。減少了傳統(tǒng)明挖穿越方式的土方開挖、土方倒運(yùn)、土方回填工作，有利于控制揚(yáng)塵保護(hù)環(huán)境，尤其是基本避免綠化的遷移回遷、道路的重復(fù)修補(bǔ)等工作。

頂管穿越與水平定向穿越相比，頂管穿越需建造頂管穿越始發(fā)井、接收井，涉及深基坑、高支模、降水等危及超危工程施工，施工難度大、施工周期長，容易對周邊建筑物造成不利影響，頂管隧道、頂管井皆屬于有限空間且容易積水、積有毒氣體，極度危害運(yùn)營生產(chǎn)安全。

4.3 安全可靠性高

通過鋼制保護(hù)管及注漿，避免了單獨使用MPP管道穿越時，運(yùn)行中MPP 管道易受外力因素?fù)p傷的情況，同時由于有鋼制保護(hù)管的保護(hù)，避免了預(yù)留管道變形導(dǎo)致電纜無法敷設(shè)的現(xiàn)象。相比傳統(tǒng)明挖穿越方式，鋼制保護(hù)管水平定向鉆施工避免了明挖方式對地下管線的破壞，尤其是對燃?xì)?、自來水及通信管線，大大降低了安全事故，避免大開大挖造成深基坑對施工人員安全及周邊建筑穩(wěn)定性造成影響。

4.4 加快施工進(jìn)度

鋼制保護(hù)管水平定向鉆施工工藝采用非開挖施工工藝，在不影響城市交通的情況下有效減少對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的破壞。施工所需的作業(yè)面較小，減少施工前的施工準(zhǔn)備（施工占路、破路、渣土運(yùn)輸手續(xù)辦理），同時其使用鉆進(jìn)技術(shù)相較于開挖回填施工進(jìn)度更快，有效地加快施工進(jìn)度。

4.5 工程造價低

在鋪設(shè)電力管線的過程中，工程造價一直都是施工人員重視的一項工作。全面地降低項目建設(shè)成本，提高工程的綜合效益水平，在現(xiàn)場應(yīng)用的過程中加強(qiáng)管線鋪設(shè)施工處理，避免周邊建筑物造成阻礙和影響，同時也不會給周邊建筑物產(chǎn)生任何危害。這種技術(shù)與其他技術(shù)相比，占地范圍造價低，施工速度快，因此得到廣泛地應(yīng)用。

5 鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝在電力管線施工中的應(yīng)用方法

5.1 配套機(jī)具

由于鉆孔軌跡高差較大，為保證鉆進(jìn)液的有效循環(huán)，選用兩臺泥漿泵（GN2500），泵量2500L/Min，最大壓力10MPa，兩臺泥漿泵并聯(lián)使用。施工中使用泥漿馬達(dá)需要大量的泥漿泵，為使鉆液可以更好地循環(huán)，綜合考慮鉆液的攜帶能力，目的是調(diào)整動塑性比、剪切力等參數(shù)，以達(dá)到現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)；適當(dāng)?shù)亟档豌@井液粘度，增強(qiáng)其流動性提高流速，可起到更好的效果。由于鉆孔軌跡曲率半徑較?。≧=800m），所以在鉆進(jìn)作業(yè)的環(huán)節(jié)極易出現(xiàn)磨損的情況，縮短結(jié)構(gòu)部件的壽命，每個牙輪鉆頭平均鉆進(jìn)時間不超過44.6h，鉆進(jìn)長度平均不超過246m。

5.2 采用先進(jìn)的鉆井工具和設(shè)備

采用先進(jìn)的鉆井工具和設(shè)備是實現(xiàn)定向井鉆井軌跡控制的重要措施。這些工具和設(shè)備可以提高鉆井效率，降低成本，保證鉆井質(zhì)量。第一，要盡可能選擇先進(jìn)的鉆井工具，如高效鉆頭、鉆桿、井下測量設(shè)備等。這些工具可以提高鉆井速度，延長使用壽命，降低能耗，減少對環(huán)境的影響。第二，建立實時監(jiān)測和反饋系統(tǒng)，確保鉆井過程中的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。利用先進(jìn)的傳感技術(shù)，可以獲得實時鉆井參數(shù)和地質(zhì)數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析和處理，可以實現(xiàn)實時反饋和調(diào)整，保持鉆井過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。井底動力系統(tǒng)也需要根據(jù)不同的地質(zhì)條件和鉆井條件，對井底動力系統(tǒng)的扭矩、推進(jìn)力等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確保鉆頭在地下保持最佳的鉆進(jìn)性能[1]。

5.3 導(dǎo)向孔的施工

近年來，鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝逐漸加入導(dǎo)向儀，此項技術(shù)的加入大大提高了鉆機(jī)的工作效率，進(jìn)一步保證工程的順利完成。在鉆機(jī)準(zhǔn)備工作完成后，不僅要檢查鉆機(jī)是否有問題，還要按要求進(jìn)行試鉆，確保鉆機(jī)可正常工作。鉆機(jī)安裝結(jié)束后進(jìn)行導(dǎo)向孔施工，對施工區(qū)域的地質(zhì)進(jìn)行分析，將控向、泥漿和司鉆的每個環(huán)節(jié)都落實到位，并分析各項參數(shù)以確保鉆出的導(dǎo)向孔符合施工方案，在實際鉆孔時，還要參照穿越曲線以及設(shè)計曲線，保證鉆孔過程中方向控制的準(zhǔn)確，具體來說導(dǎo)向孔施工期間，將建立穿越曲線數(shù)據(jù)庫，采集每個數(shù)據(jù)采集點的，傾角、方位角、水平距離、高差、左右偏差值等控向數(shù)據(jù)。該工程導(dǎo)向孔施工采用月蝕導(dǎo)向系統(tǒng)實時跟蹤與定位，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

5.4 洗孔

擴(kuò)孔施工完成之后，通過合適的鉆頭再“過”一次，這就是洗孔。具體操作時應(yīng)遵循“慢拉快轉(zhuǎn)”的原則，主要目的是將鉆孔軌跡加以修正，并且可以將一些鉆屑帶出孔內(nèi)，通過清潔讓鉆孔保持通暢，還能降低回拉就位產(chǎn)生的拉力以及扭力。其次，在一定程度上保護(hù)孔壁。有關(guān)洗孔環(huán)節(jié)，返出泥漿粘度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過沖洗液泥漿，以此表明內(nèi)部暢通而且效果滿足預(yù)期要求。

6 鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝在電力管線施工中的管理策略

6.1 加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理

鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝在電力管線施工過程中，不僅涉及廣泛的學(xué)科和專業(yè)，還包括廣泛而復(fù)雜的內(nèi)容，如施工技術(shù)、施工材料、施工工藝等。因此，離不開良好的、科學(xué)的施工現(xiàn)場管理。作為電力管線施工現(xiàn)場管理工作的執(zhí)行者，管理人員的專業(yè)水平和工作態(tài)度非常重要。只有以負(fù)責(zé)、認(rèn)真的工作態(tài)度對待施工現(xiàn)場的每一個細(xì)節(jié)，才能有效地把控電力管線施工工程施工現(xiàn)場的質(zhì)量，及時消除任何安全隱患，為施工人員創(chuàng)造一個安全穩(wěn)定的施工環(huán)境，有效地保證后期工程的順利、安全開展。施工單位首先需要根據(jù)項目實際情況組建一支高素質(zhì)的施工現(xiàn)場管理隊伍，同時建立合理、科學(xué)的管理制度和獎懲制度[2]。對管理人員進(jìn)行定期的專業(yè)培訓(xùn)和素質(zhì)教育，確保其在開展施工現(xiàn)場管理工作時能以專業(yè)、負(fù)責(zé)的態(tài)度有效履行管理職責(zé)，盡量減少因操作失誤造成的不良影響，及時發(fā)現(xiàn)并解決施工過程中的質(zhì)量問題和安全隱患，保證工程后期順利、安全進(jìn)行。提高整體施工質(zhì)量，幫助企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，樹立良好的企業(yè)形象，促使企業(yè)以更好的姿態(tài)面對日益激烈的市場競爭。

6.2 加強(qiáng)施工人員管理

電力管線施工工程建設(shè)過程中，施工質(zhì)量和施工效率與現(xiàn)場人員密切相關(guān)。因此，提高其監(jiān)督管理工作的質(zhì)量對住房項目的發(fā)展至關(guān)重要。施工單位需要定期、隨機(jī)地對施工人員進(jìn)行專業(yè)技能培訓(xùn)和素養(yǎng)教育，提高施工人員的技能水平和責(zé)任心。同時，還需要安排專業(yè)的技術(shù)人員對項目的整個施工過程進(jìn)行監(jiān)督，及時發(fā)現(xiàn)不合理的情況，提供監(jiān)督。安全問題一直是電力管線施工工程建設(shè)過程中的一項重點監(jiān)控工作。只有保證了施工現(xiàn)場的安全，才能保證工程的順利進(jìn)行，也是對施工現(xiàn)場人員人身安全的有效保障，關(guān)系到施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤和利益。因此，建設(shè)單位需要加強(qiáng)對施工現(xiàn)場的安全監(jiān)管工作，及時發(fā)現(xiàn)和糾正任何存在的安全隱患，盡可能減少安全事故的發(fā)生。此外，要定期、隨機(jī)地對施工現(xiàn)場人員進(jìn)行安全意識教育，建立一套合理、科學(xué)的工程安全規(guī)程進(jìn)行管理和全面實施。

總的說來，鋼制保護(hù)管水平定向鉆工藝是一種效果較好，且更加安全的技術(shù)。選擇最佳的施工技術(shù)，在保證土層結(jié)構(gòu)完整性的條件之下開展施工作業(yè)。這樣可以有效地降低項目成本，促進(jìn)施工速度提升。但由于這項技術(shù)的應(yīng)用時間較短，還需要施工人員對其進(jìn)行深入研究，使這項技術(shù)更加成熟，進(jìn)而確保電力管道的鋪設(shè)工作達(dá)到更高的效率。