非開挖定向鉆施工在運營高速公路排水中的應用

高進帥

（河北銳馳交通工程咨詢有限公司石家莊市050000）

非開挖定向鉆施工在運營高速公路排水中的應用

高進帥

（河北銳馳交通工程咨詢有限公司石家莊市050000）

作為非開挖施工的重要分支，定向鉆技術以其不影響車輛通行的施工優勢，在運營高速公路養護上的應用越來越廣泛。以DN361.8mm排水管道定向鉆穿越黃石高速公路工程為實例，介紹了定向鉆施工的技術特點，指出了設計的基本原則和設計要點，簡要介紹了主要施工工藝，并結合高速公路養護施工的特點，闡述了交通組織、施工沉降觀測及施工應急預案等重要保障措施。

定向鉆；高速公路；排水

非開挖定向鉆是一種在不開挖路面、不阻斷交通、不破壞環境的情況下，將管道從障礙物下方穿越的施工技術，具有導向精度高、施工周期短的特點，大大減小了對高速公路路基、路面的影響，尤其是保證了施工中車輛的正常通行。隨著經濟社會的不斷發展，交通量迅猛增長，非開挖定向鉆技術在運營高速公路上必將得到越來越廣泛的應用。

1　工程概況

其中途徑衡水深州境內時，自K218+877至K189+089（約30km）路段為利用原G307舊路進行修建，高速公路主線北側即為石津總干渠（灌溉性質），公路排水直接排至灌渠內，建設期未設置高速邊溝。根據國家南水北調規劃設計，2015年末石津總干渠作為河北省南水北調配套工程，將向衡水、滄州地區輸送飲用水，水質要求達到二類飲用水標準，因此高速公路路面瀝水嚴禁排入干渠內。

為有效解決黃石高速與石津總干渠南水北調配套工程并線路段的路面排水問題，保證高速公路行車安全，確保南水北調供水水質安全，擬定了于高速公路北幅路側增設排水邊溝，集中匯流，通過在沿線增設的100座橫向圓管涵將水排至主線南側邊溝的排水方案。

為保證施工期間高速公路的正常運營，新增橫向排水圓管涵采用非開挖定向鉆施工技術。設計排水管徑為DN361.8mm，管壁厚度19.1mm，每道管涵長度32m，入土角15°，出土角0°，管材采用HDPE平壁管，壓力等級0.6MPa，環剛度不小于8kN/m2。

2　工程地質

項目所在深州市，地處滹沱河故道，屬黑龍港流域，地勢平坦，土層深厚，以壤質潮土為主。黃石高速公路該路段填土高度在1.5～2.5m范圍內，定向鉆增設HDPE管位于高速公路路面頂面下方1.8～2.5m范圍內，涉及土層為高速公路填土路堤部分，主要為粘性土、粉質粘土，無不良地質。

3　主要設計參數的確定

（1）穿越深度的確定

定向鉆穿越高速公路時，管道敷設埋置深度對結構的安全性、施工的可行性具有重要影響，由于黃石高速公路的路面結構層厚度達到了73cm，因此參考《公路路基設計規范》中關于巖溶地區路基的概念，根據7.6.2章節的有關要求頂板厚度與路基跨越溶洞長度之比大于0.8，得到管頂覆土深度位于路面結構層下方即可；由于公路行業目前針對非開挖定向鉆敷設管道無國家規范可依據，參考福建省工程建設地方標準《水平定向鉆進管線鋪設工程技術規程》中的有關規定，定向鉆管道敷設穿越高速公路的管頂最小埋置深度為路面以下2.5m。

由于黃石高速公路該路段填土較低，埋置深度較深的情況下管道的排水效果差且后期養護困難易出現淤塞，綜合各方面因素考慮，管頂最小覆土深度確定為1.8m，位于高速公路路基工作區下方。

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（2）導向軌跡設計

黃石高速為東西走向，北側為石津干渠渠道，南側為農田，入土點選擇在南側農田內，距離管道接收坑（位于高速公路邊溝處）25m，為盡量減少農田占用面積，設計入土角選定為15°，出土點位于北側干渠渠道邊坡上，設計出土角為0°。選定各參數后經計算，鉆桿彎曲半徑約為1500D，滿足鉆桿的最小1200D的最小曲率要求，HDPE管道為水平放置，因此不存在施工回拖曲率半徑的限制。

（3）管線回拉力計算及機具選擇

定向鉆回拉力計算：

式中，Py為擴孔鉆頭迎面阻力，Pf為管周圍摩阻力（kN）。

式中，Dk為擴孔鉆頭外徑，終孔選定為500mm鉆頭，管道外徑D為400mm，Ra為迎面土擠壓力，粘性土選定為60kPa，L管道長度為32m，f為管道與周圍土的單位側摩擦力（kN），粘性土中選定為0.4kPa，經計算可得到回拉力為27.8kN，鉆機根據計算回拉力的1.5～3倍選用。

（4）HDPE管強度計算

按照管頂最大覆土H=2.13m進行計算，管頂各路面結構層和上路床石灰土的折合恒載合計為42kN/m2，由于埋置深度基本位于路基工作區以下，不再考慮車輛荷載的影響，本項目選用的HDPE管材為PE80級，容許公稱壓力不小于0.6MPa，滿足受力要求。

4　施工保障措施與應急預案

定向鉆施工穿越運營高速公路是一項具有一定風險的施工方法，其主要施工流程如圖1所示，為確保施工中高速公路的運營安全和降低施工后的路面沉降風險，特別制定了拉管完成后壓注水泥漿的技術措施，且為應對施工中的突發情況制定了應急預案。

（1）水泥漿置換填充

在拉管施工時，將注漿用花管用抱箍固定于HDPE排水管頂端，花管與排水管一并拖拉進入鉆孔內，拉管完成后進行注漿，將排水管周圍孔隙中潤滑泥漿全部置換為水泥漿，以保證施工后高速公路路基的穩定性，同時減小沉降量。

注漿花管采用鋼管，外徑54.8mm，漿液采用純水泥漿，漿液在攪拌均勻過篩后，再泵送加注。注漿漿液配合比為水泥∶水∶膨脹劑=14.154∶10∶1.389。注漿水泥采用不低于32.5R的水泥。在注漿前應進行室內配比試驗和現場注漿試驗，可根據實驗結果合理調整施工參數。

在現場施工中選用了高速水凝材料，采用現場攪拌，材料凝結時間可以調控，材料混合后，凝結時間可控制在10～60min，早期強度高，2h可達到1.5MPa以上，混合料也可以和周圍土顆粒發生反應，形成強度，混合料凝固過程及凝固以后不收縮。

注漿壓力為1～5MPa。注漿結束標準：

①注漿壓力逐步升高，達到設計終壓并繼續注漿10min以上。

②水泥漿注入量達到設計數量，空隙填充達到90%以上，且結束時的進漿量在20～30L/min以下。注漿路段注漿孔完成后，進行效果檢查和評定，不合格者補充鉆孔注漿。注漿壓力由小到大依次施加，避免一開始就采用大注漿壓力。

（2）施工沉降監測與應急預案

定向鉆施工的監控包括對高速公路路面沉降、開裂、水平位移等內容，施工前對定向鉆下穿范圍路面進行布點標記，布點范圍為排水管軸線兩側20m，布點間距縱橫間距為2m，施工開始后，需詳細記錄路面點的三維坐標，同時仔細觀察、記錄路面裂縫情況，發現問題及時處理。

沿定向鉆施工軸線觀測路面沉降超過3cm時，應按照緊急預案要求準備路面處置材料和設備。

緊急預案：

①路面檢測發生沉降超過1cm后要進行路面處置預警，路面處治施工區域應按照《公路養護作業規程》的要求擺設限速、限行、施工標志、反光錐等；

②材料準備：細粒式瀝青冷料、小型路面銑刨機1臺，小型壓路機1臺；

③處理措施：銑刨路面，沿管線中心左右4m范圍銑刨2cm，鋪設瀝青冷料，瀝青冷料高出路面1.5cm，壓路機壓實；

④處置路面時分車道進行，冷處理結束后開放交通。

5　結語

本次排水改造采用定向鉆施工技術穿越運營高速公路，充分體現了不污染化境、不影響交通、對高速公路路基破壞小、施工安全可靠、施工周期短、社會與經濟效益好的特點，充分體現了非開挖施工的優越性，同時也開創了定向鉆施工在河北省運營高速公路養護中大規模密集應用的先例，為以后非開挖技術在高速公路養護工程中的應用奠定了基礎。

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB50268-2008給水排水管道工程施工及驗收標準［S］.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［2］ DG/T J08-2075-2010，J11722-2010管線定向鉆進技術規范［S］.上海：2010.

［3］ 蘇向軍.污水管道定向鉆孔托拉法施工技術［J］.中國市政工程，2008（2）：41-44.

［4］ 朱璇，屈學平.DN630供水管道定向鉆穿越淮河工程的設計與施工［J］.非開挖技術，2011（2）：11-14.

Application of Non-Excavation Directional Drilling Construction in Operating Expressway Drainage

GAO Jin-shuai
（Hebei Reach Traffc Engineering Consulting Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050000，China）

As an important component of non-excavation construction，directional drilling technology has a construction advantage of not influencing vehicle traffic.It is more and more widely applied in operating expressway maintenance.Taking directional drilling of DN361.8mm drainage pipeline crossing an expressway engineering as a living example，technical features of directional drilling construction are introduced，the basic principle of design and design points are pointed out，and main construction technologies are introduced briefly.In combination with features ofexpresswaymaintenanceconstruction，importantsafeguardmeasuresliketrafficorganization，construction settlement observation and construction emergency plan and so on are elaborated.

Directional drilling；Expressway；Drainage

U417.3

B

1673-6052（2016）03-0120-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.035