談水平定向鉆非開挖鋪管施工技術

趙 海 軍

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030012)

談水平定向鉆非開挖鋪管施工技術

趙 海 軍

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030012)

介紹了水平定向鉆非開挖鋪管施工人員組織及所用機械設備，對測量放線、施工作業場地設置、鉆機及配套設備就位、導向孔鉆進等一系列的施工工藝進行了詳細闡述，并總結了施工中相關質量問題的預控措施，以促進其推廣應用。

水平定向鉆，開挖，機械，泥漿

1 施工組織及施工工藝

1.1 施工組織

水平定向鉆非開挖機械化程度較高，人員配備為：現場技術負責人1名，鉆機司機1名、鉆井液配制1人、開孔處和出口處負責擰卸鉆桿各2人、運送鉆桿汽車司機1名。

1.2 施工機械

水平定向鉆機1臺(型號XZ680)、控向設備、擴孔器φ500～φ1 200規格1套、鉆桿、柴油發電機120 kW 2臺。

水平定向鉆機的優點是：控向設備采用地下定位系統，可控制方向、可繞避地下障礙，施工精度高、特殊的回擴器以及大排量泥漿混合泵，使鉆進和回擴更加順暢、施工設備安裝和施工速度更快。

1.3 工藝流程

測量放線→鉆機場地鋪墊→地錨坑、泥漿坑開挖→地錨安裝→鉆機及配套設備就位→測量鉆孔軌跡曲線→導向孔鉆進→預擴孔、擴孔回拖拉管→泥漿處理→驗收(在預擴孔工序開展之前同時進行管道組焊→補口補傷→試壓檢驗)。

1)測量放線。

由于地下暗挖屬于危險性較大的分項工程，故在施工前施工單位應編制專項施工方案并組織進行專家論證，開工前由建設單位組織設計交底，項目根據設計圖紙和技術方案進行測量放線。

根據測量放線結果，聯系當地主管部門或政府辦理臨時征地手續，沒有經過主管部門同意不得進入現場施工。

根據施工用地的大小及入出土點的坐標進行測量放線，并放出施工作業用地邊線。

2)施工作業場地設置。

穿越施工場地作業面積：入土點鉆機場地：25 m×55 m(泥漿坑5 m×3 m×2 m)，出土點場地：25 m×35 m(泥漿坑 5 m×3 m×2 m)，四周安裝隔離區。

3)地錨坑、泥漿坑開挖。

挖、砌排漿池(兩面各1個)及地錨坑(1個,用于穿越主管)，排漿池尺寸為5 m×3 m×2 m，排漿池四周要做好防止塌方的措施。

地錨坑的設置需要和穿越主管道保持中心一條線，尺寸為6 m×8 m×3 m，挖坑時要注意放坡。

4)地錨及泥漿用料準備。

將地錨放到主管穿越地錨坑內，將地錨放入后，保證在回拖管線過程中地錨的穩固。

泥漿用料準備：施工用淡水取水放入水罐，經沉淀后利用；膨潤土及必要的添加劑及時運到。

鉆機就位于穿越管線位置，將地錨放入穿越管線的地錨坑中，根據施工布置圖將鉆機及配套設備就位于穿越管線的就位位置上。

6)測量鉆孔軌跡曲線。

根據工程設計要求、地質條件、鉆桿的最小曲率半徑、管線允許曲率半徑、埋設深度等多方面因素，測量設計最佳軌跡曲線。導向孔軌跡由三段組成，第一段是鉆桿進入鋪管位置的過渡段，第二段是管線穿越障礙物的實際長度，第三段是鉆桿露出地面的過渡段。合理的穿越曲線是進行導向鉆施工的基礎和前提。軌跡曲線主要包括：水平傾角、方位角、入土角、出土角、穿越水平長度、最大管線埋深和曲率半徑等。

7)導向孔鉆進。

導向孔的鉆進必須按照設計測量的鉆孔軌跡曲線參數進行。采用隨鉆測量系統，在鉆具內安裝測量探頭，通過探頭測量鉆頭的位置參數，并通過有線或無線的方式將實時檢測數據傳送到地表接收儀器。監控操作人員通過這些數據采取適當的技術措施調整控制鉆進方向的機構，使得鉆孔在設計測量的軌跡曲線范圍內進行鉆進。

鉆進初始2 m左右，要測試探頭發射工作是否正常，鉆進過程及時進行糾偏，糾偏要適度，避免糾偏造成不必要的麻煩。

鉆進需要連續作業，避免工程中途停鉆，所以穿越的管線需要提前進行預制并做好防腐外層，做好一切準備工作。

絕對式編碼器是直接輸出數字量的編碼器。它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區組成，碼盤上的二進制數碼的位數是其碼道數，相鄰兩個碼道之間的扇區數目是二倍關系，光源在碼盤的一側，光敏元件在碼盤的另一側；碼盤不同位置的光敏元件根據是否收到光照轉換出相應的電平信號，形成二進制數。結構示意如圖3所示。

8)擴孔鉆進。

擴孔主要是將導向管的孔徑擴大至所鋪設管線的管徑以上，作用是減少回拉管的擴孔工作量和回拉管的阻力。

在鉆孔對面的出口坑將擴孔器連接在鉆桿上，回拉進行擴孔，并在其后面不斷加接鉆桿。直徑大的管線，需要進行多次擴孔鉆進，直至滿足要求為止。

擴孔時要嚴格執行擴孔鉆進技術規程，對鉆進過程中的回拖力、轉速、沖洗液量三個工藝參數進行控制。擴孔鉆進盡可能采用大泵量，便于擴孔鉆進。

9)回拉鋪管。

回拉管線采用鋼管時用焊接方式與拉管頭連接，采用PE管時用夾管裝置連接。管線按照施工方案進行保護層設置，使管道在不同的地質中減少腐蝕，保護層不得使用纏繞式保護。

回拉管鋪設前，必須對焊縫進行無損檢測，確認與拉管頭的連接牢固及管線檢驗合格方可進行回拉。回拉過程中加強雙方的聯系，保證質量的情況下把管線鋪設到位。

在回拉管時，必須保證導向孔內有足夠的泥漿，作用是利用泥漿的失水特性在孔壁形成泥皮可以保護孔壁，同時可以減少孔壁與管道之間的摩擦，保證了回拉管的順利進行。

10)穿越完成后，進行設備轉移，鉆機場地地貌恢復、剩余泥漿處理和標志樁安裝。

2 施工中相關問題的預控

1)地形勘測是導向孔軌跡設計前必做的工作之一，目的是查清施工線路上路的寬度、污水管最深部位的深度、路兩邊的高差和出土點與入土點的通視情況。

2)管材曲率是軌跡設計的重要依據，在進行軌跡曲線設計時要保證曲線的每個弧段的彎曲半徑要大于所鋪設管線的最小彎曲半徑；曲線的每個弧段的彎曲半徑要小于鉆桿最小彎曲半徑。

3)施工之前，施工項目管理人員必須組織召開施工專項方案和技術交底會議，并對實際操作人員進行有針對性的技術安全教育培訓，考核合格后上崗。要確保方向監控人員與開鉆人員的密切配合，開鉆人員聽從方向監控人員的指令，并按照指令操作，杜絕人為操作失誤造成的方向偏移。

4)在鉆前，對《巖土工程地質報告》作認真分析研究，尤其是出土一側的地層情況，避免鉆頭在向上傾斜時，因土質過硬或過軟而無法抬頭造成延長出土。

5)卡鉆的處理：防止卡鉆，主要是進行人為因素控制，降低泥皮的摩擦系數，提高泥皮質量來解決，保證良好的泥漿性能，使泥皮薄而光滑是防止卡鉆的主要手段。采用的方法是：保持低固相含量，泥漿含砂量不得超過0.5%；在泥漿內混入植物油；加入0.3%的石墨粉；使用潤滑性良好的潤滑體系。

6)防止出現跑漿的處理：成立泥漿應急小組，導向孔鉆進階段是管線穿越的關鍵，因為管線穿越孔還沒有鉆通，因此在管線導向孔的前100 m，將采取比較大的泥漿量，泥漿的流量較大便于攜帶出破碎的泥土，使孔始終是通路。在導向孔的后半段，泥漿壓力要減小，因為穿越距離長時泥漿很難再從入土點孔洞內返出。

開始擴孔的前半段，要采取比較大的泥漿量，利用泥漿的流動把孔內的泥土帶到出土點。當擴孔中段，泥漿量要減小。

在管線回拖階段，因為整個穿越孔內充滿了泥漿，因此在回拖管線的過程中，泥漿的排量與壓力不用太大，隨著管線進入穿越孔洞，孔內的泥漿將被管線擠出，因此管線的回拖速度不能太快。

7)回流泥漿的處理：鉆機場地和管線組裝場地各有一個15 m×20 m×2 m返漿收集池，泥漿通過排漿池收集，經沉淀之后處理；鉆機場地泥漿經過泥漿回收池沉淀后，再經過泥漿回收系統回收再使用；焊接場地的泥漿：在進行主管穿越時，焊接場地返出的泥漿首先利用回收池收集沉淀，然后回收到鉆機場地的排漿池中再利用。

總之，非開挖施工屬于危險性較大的分部分項施工工程，施工前必須編制專項施工方案，經過施工單位審批后組織專家分析論證，在確保技術先進、安全可靠、經濟合理的情況下開展工作。

[1] 胡遠彪，王貴和，馬孝春.非開挖施工技術[M].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[2] CJJ 104—2005，城鎮直埋供熱管道工程技術規程[S].

[3] GB 50235—2010，工業金屬管道工程施工規范[S].

Discussion on trenchless pipe laying construction technology of horizontal directional drilling

Zhao Haijun

(ShanxiFourthConstructionGroupLimitedCompany,Taiyuan030012,China)

This paper introduced the trenchless pipe laying construction personnel organization and used machinery and equipment of horizontal directional drilling, elaborated in detail the measuring unreeling, construction site set up, drilling rig and related equipment in place, guide hole drilling and other a series of construction technology, and summarized the pre-control measures of related quality problems in construction, in order to promote its popularization and application.

horizontal directional drilling, digging, machinery, mud

1009-6825(2015)28-0111-02

2015-07-27

趙海軍(1977- )，男，工程師

TU990.3

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