定向鉆在高速公路路面積水處治中的應用

王曉光

中交第一公路勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710075

高速公路自運營以來，隨著沿線地區經濟建設的發展，交通量增長迅速，重載大貨車和超載車輛所占比重增加。并經過多年運營，局部路段的服務水平明顯下降，在中央分隔帶、左側路緣石等多處出現積水的病害，對路基的穩定性、行車安全性、道路服務水平等造成很大的影響。但受到車流量大和環保因素限制，根本不具備大開挖施工的條件。文章依托某高速公路路面積水處治工程，提出了一種新的處治措施。

1 工程概況

某高速公路技術標準為雙向四車道，設計速度為120km/h，路基寬度為27.5m，路面寬度為25.5m。在樁號K1512+390 ～K1512+410 段右側超高段處，超車道與中央分隔帶之間出現大面積積水現象，尤其在暴雨時節，超車道路面積水更加嚴重，導致事故多發。據現場調查，中央分隔帶原有排水設施由于嚴重淤堵，已無法用于排水，致使局部路面出現積水現象。經調查，路基填料為碎石土、卵石土。在樁號K23+065 ～K23+083 段左側，超車道與中央分隔帶之間也出現積水現象。根據管養單位說明，路面曾做過超薄磨耗層處理后導致積水。根據現場情況，該路段處于正常段（非超高段），超車道略微低于行車道，且超車道橫坡朝向中央分隔帶，因此導致路面水匯集至靠近中央分隔帶處，中央分隔帶附近并無任何排水設施，形成積水現象。經調查，路基填料為碎石土、卵石土。

2 水平定向鉆介紹

水平定向鉆進技術最早出現于20 世紀60 年代，到80年代中期國內逐漸開始使用該技術。水平定向鉆進技術是工程技術行業的一種管道施工工藝，在不開挖地表面的條件下，鋪設多種地下公用設施、管道、電纜等，被廣泛應用于供水、天然氣、電力、石油、電信、煤氣、市政工程等行業的管線鋪設中，適用的地質有沙土、黏土、卵石等非硬巖地區，即我國大部分地區均可施工。水平定向鉆進技術具有施工精度高、施工速度快、施工成本低等優點，經過十幾年的飛速發展，成為發達國家中新興的產業。目前其發展趨勢正朝著大型化和微型化、適應硬巖作業、自備式錨固系統、鉆桿自動堆放與提取、鉆桿連接自動潤滑、防觸電系統等自動化作業功能、超深度導向監控、應用范圍廣等方向發展。

近幾十年，我國管道鋪設以及市政排水項目的大量使用水平定向鉆進技術，積累了許多寶貴的工程實踐經驗。目前已形成許多相關規范和標準，主要包括《水平定向鉆法管道穿越工程技術規程》（CECS 382：2014）、《水平定向鉆機》（JB/T 10548—2016）等。

3 處治措施

由于該高速公路車流量大，要求施工期不能阻斷交通，且要求對原有結構、設施破壞達到最小，經過多次方案研究后，提出采用水平定向鉆進技術。

K1512+390 ～K1512+410 處在原有的排水附近的中央分隔帶邊緣設集水井，井寬60cm，井長50cm，井深30cm。在集水井處，下設Ф20cm 的PE 排水管，通過定向鉆進技術，將水引到路基排水溝中。

K23+065 ～K23+083 處在中央分隔帶內設矩形縱向引水溝，溝寬20cm，溝深20cm，溝壁5cm，采用C15 水泥混凝土預制。首先將中央分隔帶邊緣積水匯集于積水最低點K23+073 處；然后在積水最低點K23+073 處，中央分隔帶設集水井，井寬60cm，井長50cm，井深30cm；最后在集水井處，下設Ф20cm 的PE 排水管，通過定向鉆進技術，將水引到路基排水溝中。

4 關鍵施工流程與施工技術

施工流程包括施工準備、泥漿配置、導向鉆孔、擴孔、鋪設管材（管線回拖）、質量檢驗與驗收等。

4.1 施工準備

調查開鉆附近是否埋設管道等其他構造物，封閉右幅超車道，右幅車輛單車道通行，做好限速等交通組織措施。

4.2 泥漿配置

采用膨潤土、化學處理劑和水進行配制，其中，黏度為50 ～60s，比重為2.5 ～3.0，pH 值不小于9。鉆孔泥漿用量估算公式如下：

式中：V 為鉆孔泥漿用量，m3；De為終孔直徑，m；L為穿越長度，m；K 為比例系數，取值3 ～5。該項目比例系數取值4，估算得到鉆孔泥漿用量約為6.2m3。

由于施工過程中，地質條件等因素的變化，使泥漿性能參數需要實時監控和調整。黏度用馬氏漏斗每2h 測一次，若發現黏度不足，需在鉆井液中加入增黏劑等大分子物質。鉆孔泥漿的pH 值采用試紙進行測試。且施工過程中需保持穩定的泥漿循環，若需較長時間停止，必須向鉆孔內定時補充新的泥漿，同時活動鉆具，以此補充泥漿漏失和防止卡鉆事故發生。

4.3 導向鉆孔

導向孔軌跡一般由直線段、曲線段、水平直線段組成。該項目根據施工現場條件，導向孔軌跡由直線段、曲線段和水平直線段組成，入土角度為28°。根據地質情況，選擇合適的鉆頭和導向板，每鉆進一根鉆桿要測量一次鉆頭的實際位置，以便能夠及時調整鉆頭的鉆進方向，確保所完成的導向孔盡量符合設計軌跡的要求，并確保鉆頭在預定位置出土。若發現導孔偏離，糾偏應平緩，避免出現大的轉角。

4.4 擴孔

一般情況下，使用大型鉆機時，當管線直徑大于30cm時，就要進行預擴孔，使用小型鉆機時；當管線直徑大于10cm 時，就要進行預擴孔，預擴孔的直徑和次數根據具體的鉆機型號和地質情況而定。該項目最終的擴孔直徑為280mm，且進行多級擴孔，即分多次將鉆孔直徑擴至達到設計要求。擴孔鉆進開始之前應確保擴孔器噴嘴流暢。在擴孔過程中，若出現拉力異常或扭矩，需降低進尺的速度，然后查明情況，調整相關參數后進行擴孔。

4.5 鋪設管材

鋪設的管材必須具有足夠韌性、強度、良好的抗腐能力和焊接性能。該項目采用PE 管，回拖PE 管時，先將鉆桿、擴孔器、回拖活節和被安裝管線依次連接好，從出土點開始回拖作業。

管材所能承受的最大回拖力：

式中：σ 為管材的屈服強度，MPa；D1為鋼管外徑，mm；D 為管道內徑，mm；N 為安全系數，低壓管道取2。該項目在具體施工過程中，DN200PE 管（SDR17）所能承受的最大回拖力為77kN。回拖速度應勻速，回拖過程應連續，如果在特殊情況下需要中止，中止時間不宜超過4h。

4.6 質量檢驗與驗收

完工后對施工質量進行質量檢驗與驗收，應符合《水平定向鉆法管道穿越工程技術規程》（CECS 382—2014）第七章以及各地方規范要求。

5 技術優點

（1）施工期間不需阻斷交通，確保高速公路不中斷運營，對交通影響較小。

（2）施工期間不會大面積破壞路面結構層，有一定的經濟效果。

（3）施工期間對周圍環境影響較小，不破壞原有地貌，適應環保的各項要求。

（4）與其他施工方法相比，進出場速度快，并且施工占地少，工程造價較低。

6 結束語

隨著水平定向鉆進設備不斷發展和施工經驗的不斷積累，該技術將廣泛應用于各行各業。尤其是針對高速公路，水平定向鉆進技術具有對路面結構層和原地貌損壞較小、實時定位、不阻斷交通、施工周期較短、穿越精度高等明顯的優勢，可廣泛應用于各等級公路路面積水病害處治中。