水平定向鉆非開挖施工的運用實例

文/周衛豐 馬鞍山天和市政工程有限公司 安徽馬鞍山 243000

水平定向鉆非開挖施工的運用實例

文/周衛豐 馬鞍山天和市政工程有限公司 安徽馬鞍山 243000

非開挖施工方案即水平鉆機鉆孔牽引管道的施工方法。水平導向鉆進法，它的主要特點是，可根據預先設計好的鋪管線路驅動裝有契形鉆頭的鉆桿從地面鉆入，地面儀器接收由地下鉆頭內傳送器發出的信息，控制鉆頭按照預定的方向繞過地下障礙物直達目的地，然后卸下鉆頭換裝適當尺寸和特殊類型的回程擴大器，使之能夠在拉回鉆桿的同時將鉆孔擴大至所需直徑，并將需要鋪裝的管線同時返程牽回鉆孔入口處。在整個工作中，特別的混合機組提供的鉆孔混合液不斷地從鉆頭的鉆口嘴噴出，用以潤滑鉆頭，鉆桿和加固鉆道，以提高整個工程的工作效率。

水平定向鉆；非開挖施工；實例

一、工程概況

蚌埠市高新區污水拉管工程是蚌埠市高新區內的污水截流工程，對于企業污水排放、環保生產具有重要意義。本次施工共涉及九家企業，均是從廠區截流污水穿過已建成的水泥混凝土路面至污水干管。管道采用F型鋼筋混凝土D400管，全長356米，最長拉管距離72米，最短拉管距離28米。

二、施工準備

1.地層勘探

主要了解有關地層和地下水的情況，為選擇鉆進方法和配制鉆液提供依據。其內容包括：土層的標準分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石情況等。地下管線探測主要了解有關地下已有管線和其它埋設物的位置，為設計鉆進軌跡提供依據。根據現場實際情況解決施工用電、用水。以鉆機路線的入土點和出土點各挖一個工作井和接收井，便于鉆機入土開鉆，并且作為泥漿的排放和收集點，若泥漿過多采用泥漿車外運。

2.技術準備

（1）組織工程施工技術人員參與設計單位、建設單位的施工圖會審和企業內施工技術交底，了解施工特點和技術要求，熟悉施工操作規程和各項技術數據。

（2）根據敷設管道的管徑尺寸，計算出管道孔的擴孔次數和每次回擴所使用的回擴器的規格。

（3）根據鉆機操縱手冊和導向儀的控制、精度要求，制定出詳細的技術交底。并向施工作業人員進行交底。

（4）與鉆機操作手共同制定出管道中線和高程的控制數據和糾偏措施。

3.機械準備

采用國產DDW-350鋪管鉆機，馬克3導向儀。另配功率為45KW的不停鉆射流循環泥漿攪拌系統，可快速制備鉆進用泥漿；操縱臺全功能數字儀表顯示，獨立的液壓錨樁系統。鉆機整體性能優越。 （1）鉆機的主要技術參數：發動機功率：200KW最大推力/拉力：380KN

最大回轉扭矩：18000N.m輸出軸轉速：0－110r/min

泥漿系統功率：45KW泥漿泵流量：320L/min

泥漿泵壓力：10Mpa角度范圍：8°—20°

鉆桿規格：Φ89mm×7mm/5000配套鉆桿：300m

鉆頭級配：6個—Φ 450mm

主機外形尺寸（長×寬×高）：5200mm×2300mm×2200mm

泥漿攪拌站外形尺寸（長×寬×高）：4200mm×2300mm×2700mm

三、施工方案

1.施工工藝流程

2.施工測量

2-1平面控制放線

平面控制及放線，依據現有邊線，通過勘測方提供的控制點引測本工程的定位點，為保證施工各階段控制點網，坐標及高程的準確，首先對施工現場內各控制樁加以保護。并把各控制點引測至現場外加以保護，以便豎向引測放線。同時要做閉合校核。

施工前通過全站儀沿地面上拉管的中心線每3米設置一樁（有障礙物的除外），并沿拉管的中心線撒好白灰線且測出樁高程，算好樁高程與設計拉管流水面的關系。

2-2高程控制

高程控制根據勘測方提供的水準點引測施工現場的高程控制點。根據本工程的實際情況，在現場選擇固定的地方做臨時水準點，并做好保護。

高程控制采用兩次儀器高程前后視等距測法，保持精度。為保證設計方向、位置的正確性，控制線的傳遞用經緯儀進行引測，保證平面位置的準確。

3.基坑開挖

工作坑深度根據拉管流水面高程確定。為保證工作坑內干燥和擴孔施工,在工作坑側邊設（4 m寬×1.5 m長×1.5 m深）泥漿沉淀池,并在池底設泥漿泵隨時將多余泥漿抽出坑外。

工作坑視土質情況是否采用支護。

4.地層勘探地下管線探測及鉆進軌跡的規劃與設計

地層勘探主要了解有關地層和地下水的情況，為選擇鉆進方法和配制鉆液提供依據。其內容包括：土層的標準分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石情況等。需要在現場挖探坑確定土質情況。

導向孔軌跡設計是否合理對管線施工能否成功至關重要。鉆孔軌跡的設計主要是根據工程要求、地層條件、地形特征、地下障礙物的具體位置、鉆桿的入出土角度、鉆桿允許的曲率半徑、鉆頭的變向能力、導向監控能力和被鋪設管線的性能等。

5.鉆機就位

根據管道設計坡度方向和現場實際情況，安置鉆機。因拉管距離長，拉力較大，鉆機底腳要安置在20cm厚C15混凝土平基上，并在平基混凝土內預留∮20鋼筋（地錨）和鉆機焊接緊密，以防地基沉降影響鉆機穩定。

6.鉆液的配置

鉆液的好與壞對于拉管施工的成敗起到了關鍵的作用。鉆液具有冷卻鉆頭、潤滑鉆具，更重要的是可以懸浮和攜帶鉆屑，使混合后的鉆屑成為流動的泥漿順利地排出孔外，既為回拖管線提供足夠的環形空間，又可減少回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護壁的作用。

鉆液由水、膨潤土和聚合物組成。水是鉆液的主要成份，膨潤土和聚合物通常稱為鉆液添加劑。鉆液的品質越好與鉆屑混合越適當，所制造的泥漿的流動性和懸浮性越好，回擴成孔的效果越理想，成功的概率越大。

為改善泥漿性能，有時要加入適量化學處理劑。燒堿（或純堿）可增粘、增靜切力、調節PH值，投入燒堿量一般為膨潤土量的2%。

根據以上理論，本工程的鉆液配合比確定為：膨潤土20%，轉液寶1%，水75%，2%膨潤土重量的燒堿。

7.導向鉆進

鉆機就位后，調整鉆機導向桿到略高于設計管位中心高程的位置，水平鉆入土中。在導向鉆頭中安裝發射器，通過地面接收器，測得鉆頭的深度、鴨嘴板的面向角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電池狀況等參數，將測得參數與鉆孔軌跡進行對比，以便及時糾正。地面接收器具有顯示與發射功能，將接收到的孔底信息無線傳送至鉆機的接收器并顯示，操作手根據信號反饋操縱鉆機按正確的軌跡鉆進。在導向鉆孔過程中技術人員根據探測器所發回的信號，判斷導向頭位置與鉆進路線圖的偏差，隨時調整。并把調整數值記錄在“鉆進位置”相應的表格中。

為了保證導向頭能嚴格按照操作人員發出的指令前進，需要在管道線路初步布點后對控制點進行加密加細。間隔3m設中線、高程控制點，用木樁做出明顯標志，并在樁點周圍用混凝土砌出護墩加以保護。控制人員嚴格按照點位，操縱儀器。

管道在孔內拉動的過程中受重力的作用，會發生管道下沉現象。因此導向鉆進的鉆進點選擇在略高于設計管中線的地方。以減低管道自重對高程的影響。

8.擴孔

根據現場地質情況，采用刮刀式擴孔器。擴孔器尺寸為鋪設管徑的1.2～1.5倍，即40cm×1.5=6cm。這樣既能夠保持泥漿流動暢通又能保證管線的安全、順利的拖入孔中。

回拉擴孔鋪管的距離比較長，泥漿作用特別重要，孔中缺少泥漿會造成塌孔等意外事故，使導向鉆進失去作用并為再次鉆進埋下隱患。考慮到地層泥漿較易漏失，泥漿漏失后，孔中缺少泥漿，鉆桿及管線與孔壁間的摩擦力增大，導致拉力增大。因此要保持在整個鉆進過程中有“返漿”，并根據地質情況的變化及時調整鉆液配比以產生的不同泥漿。

本工程選用的DDW-350型鋪管鉆機有混合攪拌、泵送系統。施工中將水、膨潤土、聚合物等加入混合倉，進行充分攪拌形成鉆液。然后由鉆液泵將鉆液通過中空鉆桿輸送至孔底鉆頭，并與孔中鉆屑混合形成泥漿在孔底流動。實驗人員需要隨時檢測泥漿內各組成材料的配比并及時調整，反復循環使用。

9.拉管

拉力計算:φ400管重量為45.76kg/m。管道傾斜角度為：10。

F拉=(G’+ G’×μ)×n =(16.38+16.38×0.4)×1.15=26.37噸

G’-管道總重量在X方向的分量 μ-摩擦系數 n-安全系數經計算,所選用拉管機能承受該拉力。

管道檢驗合格后，即可進入拉管施工。首先用現場制作的“封套”將管頭密封，然后在管頭后端接上回擴頭，管后接上分動器進行接管，將管子回接到工作井后，卸下回擴頭、分動器、取出剩余鉆桿，堵上封堵頭，進行水壓試驗。

施工時，拉管機操作人員要根據設備數據均勻平穩的牽引管道，切不可生拉硬拽。

10.注漿加固

管道拉通后，為了避免地面沉降，需要進行注漿加固。由于受場地條件限制，本次采用孔內注漿的加固措施。

拉管施工前在管道前端連接兩根與管道同長度的∮25鋼管,與管道一同拉入土中并一同到達拉管設計終點樁號。到達終點后，解除∮25鋼管與管道的連接，在兩根鋼管前面各加一根6 m長同直徑的注漿花管。

移動拉管機到接收坑，和∮25鋼管連接并回拽。每拽入6 m，把鋼管和拉管機的連接取消，換成和高壓注漿泵連接。注入1：1水泥、粉煤灰漿液（0.4Mpa），從而置換觸變泥漿，補充管道周圍的空隙。然后再換再拉，再拉再注，反復進行。直到把鋼管全部拉出接收坑，注漿過程也就全部結束了。

在注漿施工時應注意：

根據實際情況每3-6米注漿一次，根據計算注漿量一定大于泥漿量，注漿時盡量保持不要間斷。

當花鋼管拖入地面時一定要用堵頭堵死，防止漿液從花管前端流出。

11.安全保護系統

由于施工中的地質情況復雜、距離較遠等特點，在施工中必須設置必要的安全保護措施，主要有：

防觸電報警系統，一旦地下鉆頭觸及電纜等帶電體后，鉆機發出觸電報警，此時操作手必須坐在座椅上不得離開，以免觸電。報警解除后，操作人員方可離開鉆機。

遠距離遙控緊急停機裝置，隨鉆跟蹤測量者應時刻保持與鉆機操作手的聯系，一旦發生意外應及時處置。目前一般采用無線通信聯絡方式，有時由于受到當時當地環境的影響這種方式己不能應付緊急突發事件。所以在施工中應由隨鉆跟蹤者采用緊急措施停止鉆機工作，待處理完后，由后者解除對鉆機的限制后，方可啟動鉆機。

12.井室砌筑

在砌筑井室時，應注意以下四項：

（1）測量人員準確測設井位，支墊層模板，澆筑墊層混凝土打底板。

（2）嚴格控制井室的幾何尺寸在允許偏差之內。井室內的爬梯應采用球墨鑄鐵。

（3）磚墻勾縫砂漿塞入灰縫中，壓實拉平，深淺一致，橫豎縫交接處應平整。凹縫比墻面凹入3-4毫米，勾完一段應及時將墻面清掃干凈，灰縫不應有搭茬、毛刺、舌頭灰等現象。

（4）井蓋均選用重型井蓋。

13.工作坑土方回填

還土應選用細土、好土進行回填，不得含礫石、垃圾，回填應兩側分層對稱回填，管道回填管頂以上0.5m處，并應注意保護。

14.拉管的質量控制方法及要求

路面建筑物及管道鋪設區域無塌陷，施工后進行雷達掃描檢測，不得低于壓實度要求。

管鋪設規定要求：

管鋪設滿足排氣要求，管無向上的折點。水平最大偏差±0.3米。縱向垂直最大偏差±0.25米。保持管內壁干凈，拉管過程中封堵內壁。

拉管過程中，操作手嚴格按照地面預布控制樁的平面位置和高程控制鉆頭走向，每隔水平距離3米校核一次。

管道內底高程的復測

管道拉通后，應對管道內底高程進行復合測量。用鉆機將裝有探測器的鉆頭在管道內拉動，試驗人員根據探測器發出的信號來確定鉆頭的深度，經過換算后即計算出管內底高程。得出的結果和原始控制軌跡高程進行比較，就得到各樁位高程偏差數值。

結論：

水平定向鉆非開挖施工的本次實例運用，實現了設計意圖，滿足了企業要求。在工期要求短，無法破路開挖或可減少破路開挖的情況下，可以節省工程造價，縮短工程工期，以期取得良好的社會效益和經濟效益。