南水北調東線一期濟寧市續建配套工程定向鉆穿越G327國道設計施工淺析

王亞峰，安月蘭，黃雪芬

（1.濟寧市水利工程施工公司，山東 濟寧 272000；2.濟寧市黃淮水利勘測設計院，山東 濟寧 272000）

1 施工概況

南水北調東線一期濟寧市續建配套工程（第二期）施工中，曲阜支線需穿越國道G327。原設計中，使用定向鉆穿越327國道，管徑為630，管材為鋼管，設計樁號14+100～14+258，設計長度158 m。根據《油氣輸送管道穿越工程設計規范》（GB 50423-2007），穿越鐵路或二級及二級以上公路時，應采用在套管或涵洞之內敷設穿越管段，經計算，需在道路下部增加800的鋼管作為套管，套管長度60 m，增加套管后部分定向鉆穿越管徑變更為800，穿越段長度延長為238 m。

2 套管及定向鉆長度計算

根據施工現場測量，定向鉆斜穿過國道G327，國道正下方直線長度為52.7 m，考慮到定向鉆彎曲通過及安全延伸長度，800的套管長度定為60 m。

根據中國非開挖技術協會編制的《水平定向鉆進管線鋪設工程技術規范》第4.1.2.2軌跡設計參數：“鋪設鋼管的最小允許彎曲半徑可用下列公式計算。但是，為了利于鋪管，最小彎曲半徑應盡可能大?！?/p>

式中：Rmin為最小彎曲半徑，m；206 為常數（Nm/mm）2；D 為管子的外徑，mm；S為安全系數，S=1～2；K2為管子的屈服極限（N/mm2）。

因入土端有高壓線及高壓線桿，高壓線埋深約1.0 m，高壓線桿深度1.5～2 m，800鋼管最終擴孔孔徑1.1 m，故此該處應達到3.3 m。以入土點為基準點高程為0.0 m，穿越最低點高程為-9.0 m。因327國道與入土點高差為1.5 m，故此327國道與管道高差為10.5 m。變更后800穿越長度計算如下：

入土端直線段水平長度a1=b1÷tgθ入=3.3÷tg10°=18.8 m

入土端曲線水平長度a2=Rmin×sinθ入=785×sin10°=136.3 m

入土端曲線水平長度c1=Rmin×sinθ出=785×sin7°=95.7 m

入土端直線水平長度c1=d1÷tgθ出=3.1÷tg7°=25.2 m

穿越段施工總長度L1=a1+a2+c1+c2=276 m

管道連接返平段：（管道在深度約2.2 m處返平焊接連頭）

入土段返平長度s1=h÷tg入=2.2÷tg10°=12.5 m

出土段返平長度s2=h÷tg出=2.2÷tg7°=17.9 m

實際鋪設管道長度L=L1-s1-s2=276-12.5-17.9=245.6 m

圖1 定向鉆穿越剖面示意圖

3 鋼管焊接及防腐

在φ600鋼管進行防腐處理后，將φ600鋼管放入φ800鋼管中，在接口處進行斜向30°焊接，焊接完成后對斜向接口及60 m長的φ800鋼管進行防腐，保證穿越段無裸露鋼管，見圖2。

圖2 鋼管焊接及防腐示意（單位：cm）

4 定向鉆施工

4.1 施工準備

根據工程施工前進行的工程地質勘察報告，穿越段地質情況為原土層，地下管線分布均已取得相關部門確認，影響穿越施工的管線已進行避讓，地面無影響施工建筑物。

4.2 施工工藝流程

地質勘察→高程測量→穿越軌跡設計→鉆機就位→鉆導向孔→擴孔→回拖→設備離場→地貌恢復。

4.3 施工步驟

（1）測量、放線、挖工作坑：按照建設方指定的設計穿越位置，用水準儀對所要穿越的公路及施工現場（進鉆點、出鉆點）進行詳細的高差測量。根據現場測量及計算，準確放線并開挖進鉆點、出鉆點工作坑。停鉆機一側5 m需開挖一個3 m（寬）×4 m（長）×2 m(深)的斜坡工作坑；鉆機停放在工作坑5 m之外；拖管工作坑開挖一個2 m（寬）×60 m（長）×2 m(深)的斜坡工作坑。

（2）繪制“導向鉆進施工軌跡圖”：根據現場測量結果，計算出每根鉆桿的鉆進深度及角度并繪制出導向鉆進施工軌跡圖，為下一步安全準確導向鉆進做好準備。

（3）停放、固定鉆機及擺放螺旋鋼管：工作坑挖好后將鉆機停在入鉆工作坑處，將焊接及防腐做好的鋼管呈直線擺放在出鉆斜坡工作坑內。

（4）導向鉆孔 ：參照“導向鉆進施工軌跡圖”的數據，采用射流輔助鉆進方式，由導向員、司鉆員等相互配合，按設計軌跡鉆進直到出鉆點工作坑。為保證預擴孔及回拖工作的順利進行，鉆導向孔時要求造斜段應嚴格按設計曲線鉆進。經過對軸線及鉆機就位情況進行校準，檢查無誤后方能開始鉆進施工?？叵蛟O備采用無線控向系統，以提高鉆進的準確性，導向孔完成后經檢查合格后方可進行預擴孔。

（5）配制泥漿：切實保證泥漿的性能是穿越工程順利進行的前提及保證公路基礎設施安全的前提。泥漿作為鉆進沖洗液，使用優質的膨潤土和添加劑，嚴格按照比例經攪拌系統攪拌成泥漿注入洞內，具有潤滑鉆具、穩定孔壁、降低回轉扭矩和回拉力，降低拖管時管道和洞壁的摩擦系數、冷卻鉆頭和發射器、攜帶土屑、減少腐蝕、固孔護管等作用。

長距離穿越，泥漿的作用尤其重要，孔內缺少泥漿往往是鉆孔失敗的重要原因。保持整個過程中有反漿，對工程順利進行至關重要，為改善泥漿性能，需加入適量添加劑來配制成不同性能的泥漿。

（6）擴孔 ：鉆孔結束后，卸下導向鉆頭，將鉆桿、擴孔器、回拖活節依次連接好，然后由鉆機轉盤帶動鉆桿旋轉后退，逐級擴孔，為確保順利及安全，通常的將成孔孔徑設計為回拖管徑的 1.2～1.5倍，結合本次拉管施工的實際情況，安全系數暫定1.4，本工程設計孔徑為Φ630 mm，最終擴孔直徑確定882 mm，采用錐型桶式擴孔鉆頭分級擴孔，直到擴孔孔徑符合托管要求為止。然后根據地層地質情況確定順孔次數，經技術人員根據鉆機在順孔時反應的各種參數數據的判定，確定拉管時間。順孔結束后，將鉆桿、擴孔器、回拖活節和被安裝管線依次連接好，一次性將管線回拖至入土點為止。由于使用了專用工具和鉆好的孔中充滿泥漿，所以管線在回拖過程中是不旋轉的，管線在擴好的孔中是處于懸浮狀態，管壁四周與孔洞之間由泥漿潤滑，這樣即減少了回拖阻力，又保護了管道防腐層。

（7）拖拉管：將提前焊接好的帶有拉頭鋼管擺放好。檢查擴孔器內各通道及各泥漿噴嘴是否暢通，確認合格后才能連接，連接順序為管線+連結頭+旋轉接頭+擴孔器+鉆桿；擴孔器直徑為穿越管道直徑的1.2～1.5倍，目的是減小拖拉力，保護防腐層；全部連接完后應送泥漿沖洗，檢查各泥漿噴嘴是否正常，合格后進行回拖施工；管道回拖施工應連續進行，除發生不可抗拒的原因（如設備故障、卡鉆等）外，嚴禁在施工中無故停拖。在回拖時進行連續作業，避免因停工造成阻力增大；回拖過程中，要認真觀察漿泥運行情況，動用泥漿制漿系統、泥漿循環處理系統和利用泥漿回收坑和泥漿處理坑盡力分離、除砂泥漿、回收泥漿殘物，盡量減少環境污染；管道回拖出土，用大鉗與單斗、人工配合卸下鉆桿、擴孔器、回拖萬向節和“U”型環等機具，割掉回拖頭，用事先準備好的材料回拖管管口封堵。

4.4 設備撤場

所有作業完成，經現場施工驗收后，系統拆除連接，設備撤場。按照鉆機、泥漿系統、動力系統、機具鋼板排等順序依此撤離施工現場。

4.5 地貌恢復、泥漿處理

施工完畢待設備全部撤離后，將泥漿池中的剩余泥漿用專用的泥漿罐車拉運到當地環境保護部門指定的棄泥場。泥漿中的殘余極少量泥土混合物就地深埋。

5 結論與建議

5.1 結論

南水北調東線一期濟寧市續建配套工程（第二期）曲阜支線定向鉆穿越G327工程涉路工程設計文件及施工方案主要評價結論如下：

（1）曲阜支線穿越G327采用定向鉆施工方式，未侵入公路建筑界限。穿越交叉角度為74.8°，滿足規范要求。

（2）曲阜支線穿越G327時管道埋深為8.0～10.2 m，滿足規范要求，在此埋深下路面沉降值為20 mm，滿足《給水排水工程頂管技術規程》（CEC246:2008）規定“穿越施工造成的公路路面沉降量應小于或等于20 mm”的要求。

（3）曲阜支線定向鉆穿越G327時，采用DN800螺旋鋼管作為套管，滿足《公路工程技術標準》中“管道與各級公路相交叉且采用下穿方式時，應設置地下通道（涵）或套管”的規定。

5.2 建議

（1）無地下管線、障礙物的相關詳細調查資料，施工前對沿線路段地下管線、障礙物進行詳細調查，保證與其它管線的安全距離。

（2）完善施工方案關于場地恢復、應急預案等方面的內容。

（3）施工企業核查定線鉆穿越局部增加套管的可行性。