非開挖定向鉆進鋪管技術及經濟性分析

靳子良

（黃埔區財政投資評審中心）

0 前言

定向鉆進鋪管技術從上世紀90 年代初引入我國后得到了一定的發展，該技術利用水平定向鉆機，通過預定的設計軌跡鉆進后進行擴孔回拖鋪管，從而達到鋪設地下管線的施工方法。隨著定向鉆進施工工藝的成熟和不斷發展，其施工造價進一步降低，而傳統的開挖鋪管工藝因受環保、交通等諸多因素影響而增加的多種措施費用，其相對定向鉆進施工經濟性有待于進一步分析。

1 定向鉆進相關技術

1.1 導向孔施工

目前水平導向鉆進大多采用切削鉆頭，通過鉆桿的某個方向推進和鉆頭回轉等方式達到鉆孔軌跡按照原設定軌跡推進。在鉆頭鉆進過程中，通過地表的接收器接收到鉆頭發出的信號后，操作人員利用監測到的信號來觀察鉆頭的前進方向和深度，通過和設計管道軸線及標高來精確控制鉆孔的軌跡。

1.2 鉆進回擴

導向孔施工后，需要一個擴孔器來擴大鉆孔，以便在減少阻力的情況下安裝成品管線。一般將鉆孔逐級擴孔至管道直徑的1.3～1.5 倍，擴孔中較為重要的三個參數指標分別為回拖力、轉速和鉆進液用量。擴孔器的回拉力主要保證擴孔刀具有足夠的壓力來完成切削動作；擴孔器的轉速受前進速度、地質狀況以及設備相關條件等情況影響而只能在某個區間才能保證高效；鉆進液用量是及時將鉆渣清除出口的重要保證，三個指標的正確選用是擴孔順利高效完成的保證。

1.3 回拖鋪管

擴孔完成后，將擴孔器、鉆桿和成品管線進行連接后，將管線回拉進入已完成的孔中。鋪管過程盡量一次完成，避免過程中產生阻力。管線接頭的抗拉強度是否滿足拖管要求是拖管順利進行以及滿足后續閉水試驗的重要保證。對于PE 管一般采用電熱熔接口，回拖前應檢查電熱熔焊接質量，焊接自然冷卻后即可拖管。

回拖鋪管作為最后一個重要環節，鋪管前應再次檢查相關設備是否處于良好狀態，拉管過程中應時刻關注拉力的變化，出現拉力過大應及時將管子退出孔外，以免管道被拉扁或者是拉斷，同時應重新清孔或者再次擴孔，提高管道的可通過性。

1.4 泥漿配置及循環方式

泥漿配置主要目的為護壁和攜渣能力，不同的地質情況應考慮采用不同的粘度，確保能達到護壁的效果；攜渣清渣效果不僅要求泥漿有一定的粘度，還需要有一定的流速，若流速過大，將對孔壁產生較大擾動，甚至導致塌孔，所以特殊情況可以采用反循環排渣[1]。

2 定向鉆進鋪管優勢

2.1 受天氣影響較少

基坑開挖后若受雨水天氣的持續影響，將很大程度上導致工期滯后，而定向鉆施工受雨水影響較小，基本可以忽略，工期有保障。

2.2 對交通影響較小

對于采用開挖進行管道施工，常規情況均有占1～2 個車道，對于繁忙的路段尤其是上下班高峰期，影響是較為嚴重的。而采用非開挖方式進行施工，只需對井的位置進行相關圍蔽，且施工速度較快，對交通的干擾較小。

2.3 對周邊環境影響較少

常規的開挖方式施工，對街道兩側的店鋪的經營帶來一定的麻煩，施工現場若文明施工不規范，揚塵現象凸顯，必將對周邊居民生活帶來諸多不便。而采用定向鉆進鋪管法，類似問題可以得到很大程度避免。同時非開挖方式無需回填中粗砂等材料，避免了材料的浪費。

3 施工定額的變化

市政工程綜合定額（2010）定向鉆進工作內容含設備就位、現場組裝、測位鉆孔、回拖擴孔、清理現場、整理資料等。

市政工程綜合定額（2018）[2]定向鉆進將其分為鉆導向孔、擴孔、回拖布管等。隨著水平定向鉆進技術的成熟，定額根據市場情況進行了調整。下文以塑料管（一類地區，不考慮管材）為例。

表1

目前國內定向鉆鋪管技術多用于粘土、亞粘土、粉沙土等軟土層中，極少用于巖石等硬質巖層中，在定額設置當中未考慮入巖增加費。

4 實例測算

本次截取一段新建污水管道作為對比分析的基礎，污水管道采用d500，管道長度為84.1 米，設裝配式污水井4 座，井徑為φ1000mm，基礎埋深約為4m。

4.1 放坡開挖

根據地質情況，對實施路段采用1:0.4 的比例放坡，管道基底采用碎石砂墊層150mm，基礎采用180°C20 混凝土基礎，其余部分回填石屑。

4.2 鋼板樁支護，直槽開挖

擬采用9m 的拉森鋼板樁進行支護，管道基底采用碎石砂墊層150mm，基礎采用180°C20 混凝土基礎。

4.3 定向鉆進施工

定向鉆進施工入土造斜段L1 和L2 設計值分別為8.070m 和20.950m，定向鉆進總長度為146.983m，設計入土角度為20°，工作井長寬均設置為2m，深度為2m，如圖3 所示。

4.4 分部分項費用對比分析

采用《廣東省市政綜合定額2018》對三種情況下的分部分項費用進行對比，主材執行《廣州市建設工程造價管理站關于發布2019 年5 月份廣州市建設工程價格信息及有關計價辦法的通知》（穗建造價〔2019〕72 號），詳見表2。

由表2 可知，直槽開挖因鋼板樁支護原因，造價較高。管道所需長度為84.1 米，放坡開挖和水平定向鉆造價分別為1702.91 元/米和1954.31 元/米。上表的對比是未考慮原狀路面或綠化的破除或恢復，不考慮基層，僅常規的瀝青混凝土面層（6cm 中粒式改性瀝青AC-20C+7cm 粗粒式瀝青混凝土AC-25C） 造價約為208.12 元/m2。而每米管道放坡開挖約5 個平方，另外隨著綠色施工標準要求的提高，施工圍蔽若采用相對便宜的PVC 板（約為400 元/米），全封閉費用會更高。所以水平定向鉆在具體實施過程中有極大的經濟優勢。

5 結語

圖1 放坡開挖示意圖

圖2 放坡開挖示意圖

圖3 牽引管設計示意圖

表2

非開挖定向鉆鋪管技術導向孔鉆進、鉆進回擴、回拖鋪管作為定向鉆鋪管技術的重點工序，其施工工藝和機械設備得到了一定的改進和完善，施工成本得到進一步降低，本文選取一段污水管道為測算對象，分別用放坡開挖、支護下的直槽開挖和定向鉆鋪管技術進行經濟性對比，通過對比可以看出，采用定向鉆鋪管技術可以較好的節省投資。