燃?xì)夤艿涝谒蕉ㄏ虼┰皆O(shè)計(jì)時(shí)常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策探討

黃俊岑

（重慶燃?xì)庠O(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 400000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，燃?xì)馐聵I(yè)在城市化的進(jìn)程中不斷發(fā)展。做好燃?xì)夤艿涝谒蕉ㄏ虼┰皆O(shè)計(jì)工作，關(guān)系到對(duì)能源結(jié)構(gòu)的有效調(diào)整，促進(jìn)了城市燃?xì)夤こ探ㄔO(shè)的發(fā)展。本文就燃?xì)夤艿涝谒蕉ㄏ虼┰皆O(shè)計(jì)時(shí)常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的對(duì)策。

1 燃?xì)夤艿蓝ㄏ虼┰皆O(shè)計(jì)要求

（1）穿越管段的位置應(yīng)選擇兩側(cè)場(chǎng)地寬敞、交通方便的地段，出、入土端外側(cè)各預(yù)留保持不少于10m 的直管段。

（2）定向穿越設(shè)計(jì)應(yīng)選擇的地質(zhì)條件為沙土、粉土、黏土、亞黏土。若跨越河流兩岸出現(xiàn)相當(dāng)厚的卵石層時(shí)，也可通過(guò)加套管、固結(jié)、開(kāi)挖等有效措施以實(shí)現(xiàn)管道定向穿越。

（3）水平定向穿越通常采取彈性敷設(shè)，穿過(guò)管段曲率0.5 徑既不得低于管子外徑的1500 倍，也不能低于管子外徑的1200 倍。

（4）水平定向鋪設(shè)穿越管段的入地角宜為8°～18°，出土角宜為4°～12°，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按照穿越寬度、管段的埋設(shè)深度和彈性敷設(shè)要求確定。

（5）在工程設(shè)計(jì)穿越管段的計(jì)算時(shí)，除應(yīng)兼顧地質(zhì)要求和洪水沖刷線深度外，還應(yīng)確保在施工過(guò)程中不發(fā)生水泥外冒，最少埋深應(yīng)超過(guò)工程設(shè)計(jì)的防洪沖擊線下面6m 處。

（6）燃?xì)夤艿涝诙ㄏ蜚@跨越水域時(shí)，貫穿管段至橋梁墩臺(tái)沖刷槽邊緣的間距不應(yīng)低于10m，且不應(yīng)影響到橋梁墩臺(tái)的安全。

2 水平定向穿越技術(shù)概述

2.1 水平定向穿越系統(tǒng)的構(gòu)成

城市燃?xì)夤艿浪蕉ㄏ虼┰较到y(tǒng)，是由鉆頭、電動(dòng)機(jī)、鉆頭方向調(diào)節(jié)裝置、泥漿和鉆機(jī)輔助裝置等構(gòu)成的，其中各組成單元的詳細(xì)說(shuō)明如下。

（1）鉆機(jī)。鉆機(jī)主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤艿镭炌鞒讨械你@進(jìn)或者回拖流程。因?yàn)槟苓m應(yīng)各種作業(yè)的作業(yè)特點(diǎn)，規(guī)定采用的鉆機(jī)具備調(diào)整轉(zhuǎn)盤(pán)速度和朝向的能力。

（2）電機(jī)。發(fā)電機(jī)一般是用來(lái)為鉆頭供給動(dòng)能。

（3）鉆頭方位控制裝置。鉆頭方位控制裝置一般是用來(lái)準(zhǔn)確指引鉆機(jī)的鉆頭走向。

（4）漿液。漿液一般是為鉆機(jī)的建筑施工進(jìn)行而提供的。

（5）鉆機(jī)輔助工具裝置。鉆機(jī)輔助工具裝置一般用來(lái)鉆機(jī)的鉆孔和擴(kuò)孔的建筑施工過(guò)程。圖1 為燃?xì)夤艿浪蕉ㄏ虼┰皆O(shè)備。

圖1 燃?xì)夤艿浪蕉ㄏ虼┰皆O(shè)備

2.2 水平定向穿越技術(shù)的原理

燃?xì)夤芫€水平定向穿透工藝技術(shù)，是使用與地面成相應(yīng)夾角的入射角，而由鉆進(jìn)地面的鉆井裝置在形成先導(dǎo)孔之后再按照施工的實(shí)際要求，調(diào)節(jié)先導(dǎo)孔的尺寸來(lái)敷設(shè)燃?xì)夤芫€的一項(xiàng)工藝技術(shù)。和傳統(tǒng)的燃?xì)夤艿罊M穿術(shù)比較，水平定向橫穿術(shù)不需開(kāi)展管溝挖掘的施作，通過(guò)使用具備鉆掘和排土等功能的有關(guān)機(jī)械設(shè)備，就能夠?qū)θ細(xì)夤艿赖乃椒笤O(shè)方式與施工條件進(jìn)行合理的管理[1]。圖2 為水平定向穿越技術(shù)。

圖2 水平定向穿越技術(shù)

燃?xì)夤艿浪蕉ㄏ蜇炌üこ淘O(shè)計(jì)的基本建造原理包括：首先，通過(guò)引導(dǎo)孔的形成，使用帶有引導(dǎo)功能的相關(guān)裝置把鉆頭和鉆桿沿著正確地走向引導(dǎo)到地面，以便形成引導(dǎo)孔。其次，通過(guò)使用從地面上接收到的來(lái)自于地下鉆孔中產(chǎn)生的電磁信息來(lái)對(duì)鉆孔的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行合理的監(jiān)控，然后結(jié)合的實(shí)際施工需要，在水射流式、切割式和擠壓式3 個(gè)成孔時(shí)間方法中，選取一個(gè)最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間方法實(shí)施地土中成孔作業(yè)。最后，燃?xì)夤艿赖姆笤O(shè)，在管道敷設(shè)施工前，必須先按照施工人員的實(shí)際需要在鉆桿的頂部連接上一個(gè)高加工精度的鉆頭磨損，并通過(guò)它來(lái)擴(kuò)大導(dǎo)孔的口徑，然后再選擇使用比導(dǎo)孔口徑較小的方式敷設(shè)管道，并將其直接導(dǎo)入鉆孔，從而進(jìn)行了燃?xì)夤艿赖姆笤O(shè)，如圖3 所示。

圖3 燃?xì)夤艿赖姆笤O(shè)

2.3 水平定向穿透工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

和傳統(tǒng)燃?xì)夤芫€的穿透技術(shù)相比，水平定向穿透工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下4 個(gè)方面：①建筑占用土地面積較小，并且對(duì)周?chē)祟?lèi)的生活和城市的交通環(huán)境影響比較小。②在工程中對(duì)建筑周?chē)沫h(huán)境污染影響較小，并且可以有效保護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)周?chē)木G地。③建筑施工測(cè)量精度可靠。④在工程中，所耗費(fèi)的人員和財(cái)政資源都均較小，經(jīng)濟(jì)效益也比較顯著。圖4 為水平定向鉆施工工藝流程。

圖4 水平定向鉆施工工藝流程

3 水平定向穿越設(shè)計(jì)施工說(shuō)明

（1）水平定向橫穿設(shè)計(jì)施工前的預(yù)備技術(shù)水平定向橫穿設(shè)計(jì)施工前的工作，一般包括地下水已有燃?xì)夤艿赖臋z查和燃?xì)夤艿啦馁|(zhì)的合理選擇這兩個(gè)方面：①地下水已有燃?xì)夤艿赖臋z查。燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)前期必須做的一個(gè)工作便是地下水已有燃?xì)夤艿赖臋z查，包括燃?xì)夤艿谰€路方位的確認(rèn)，并根據(jù)檢查的最后結(jié)論來(lái)正確合理設(shè)計(jì)管道鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)施工的鉆孔軌道。②燃?xì)夤艿啦馁|(zhì)的選擇。燃?xì)夤艿啦馁|(zhì)的合理選擇是水平定向橫穿設(shè)計(jì)施工前的一個(gè)十分關(guān)鍵的工作，因?yàn)槿細(xì)夤艿啦馁|(zhì)的基本物理特性的優(yōu)劣可以在較大程度上決定燃?xì)夤艿赖淖詈蠼ㄔO(shè)品質(zhì)。其中，物理與化學(xué)性質(zhì)都比較好的燃?xì)夤芫€材質(zhì)多使用三重構(gòu)造，依次為外覆蓋層、內(nèi)傘線鍍層和焊口采熱縮套層，三重構(gòu)造的使用能夠有效提高管材的物理性能[2]。

（2）水平定向穿越設(shè)計(jì)施工中的施工裝備。水平定向穿越系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工中的建設(shè)技術(shù)裝備，一般涉及水平定向鉆頭的選用、施工設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的制定和地質(zhì)勘察技術(shù)3 個(gè)方面的具體內(nèi)容：①水平定向鉆頭的選用。在水平定向鉆頭的選用中，必須考慮的主要技術(shù)指標(biāo)有鉆頭的最高力矩、最高給進(jìn)力、最高回拖力。此外，該機(jī)的主體型式也有大、中和小型機(jī)之分，形式的選用也必須按照工程建設(shè)的實(shí)際需要來(lái)合理選用。②建筑施工設(shè)計(jì)參數(shù)的確認(rèn)。待確認(rèn)的建筑施工設(shè)計(jì)參數(shù)一般有曲率半徑、鉆近角、覆蓋層的厚薄等。③地質(zhì)勘察。對(duì)城市燃?xì)夤艿婪笤O(shè)建筑的地質(zhì)勘察，一般用于確認(rèn)探孔的數(shù)量和探孔鉆探的深淺。

（3）水平定向穿越設(shè)計(jì)施工中的關(guān)鍵技術(shù)。①水平定向橫穿軌道的工程設(shè)計(jì)。水平定向橫穿軌道的工程設(shè)計(jì)是水平定向橫穿建筑設(shè)計(jì)施工過(guò)程中的重要核心環(huán)節(jié)，它對(duì)水平定向橫穿建筑設(shè)計(jì)的建筑施工有重大的作用。②引導(dǎo)孔的工程設(shè)計(jì)。在工程設(shè)計(jì)導(dǎo)孔時(shí)，必須充分考慮鋼管線路、管子材質(zhì)、管線直徑及其管子周?chē)牡刭|(zhì)情況等各種因素對(duì)導(dǎo)孔結(jié)構(gòu)的影響程度。③回拖管道的澆筑。回拖管道施工完畢后的標(biāo)記必須為成晶管直線，從鉆頭和擴(kuò)孔裝置之間的位置側(cè)露出管線內(nèi)即可。此外，回拖管道施工中還必須充分考慮鉆頭的扭力改變以及回拉力的改變等因素。

4 水平定向穿越設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法

水平定向貫通設(shè)計(jì)常見(jiàn)的問(wèn)題及其處理方式主要反映在以下兩個(gè)方面。

（1）為有效滿足工作人員的使用需求，當(dāng)前水平定向鉆頭的設(shè)計(jì)越來(lái)越大功率化，使得鉆頭的容積也越來(lái)越大，給工作人員帶來(lái)了麻煩。為能有效處理這一問(wèn)題，在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮結(jié)合工地的需求及其工作人員的特點(diǎn)來(lái)選用科學(xué)合理的鉆頭規(guī)格[3]。

（2）在水平定向貫穿建設(shè)的流程中，因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)的地理?xiàng)l件比較復(fù)雜，以至于在敷設(shè)管線時(shí)，極易發(fā)生對(duì)管線表層劃傷的現(xiàn)象。為能很好地解決這一問(wèn)題，要合理地加大水平導(dǎo)向孔的口徑，這樣才能很好地減少洞室對(duì)管線表層的損傷。

5 城市燃?xì)夤艿浪蕉ㄏ蚴┕ご┰郊夹g(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

5.1 重視定向穿越軌跡設(shè)計(jì)

對(duì)城市管網(wǎng)水平定向穿越設(shè)計(jì)而言，穿越軌跡工程中的重要一個(gè)環(huán)節(jié)，也可以說(shuō)對(duì)水平定向穿越技術(shù)的設(shè)計(jì)施工具有很大的指導(dǎo)作用，所以應(yīng)該給予高度重視。

首先就是確認(rèn)跨越巖層，盡管水平定向穿透技術(shù)所適合的巖層條件較多，但有的相對(duì)易于跨越有的則必須進(jìn)行調(diào)整和完善后方能跨越，當(dāng)然也有的巖層條件并不適于跨越，如存在大量孤巖、障礙物等的巖石地層，以及松散一致密沙礫層等，因此需要依據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告確認(rèn)合理的跨越斷面，以避免因投資過(guò)高的技術(shù)成本，而取得非常低的跨越成功率。其次是確定入土角，通常過(guò)小的入土角會(huì)導(dǎo)致覆土深度較淺，但如果此時(shí)的地質(zhì)比較疏松，很容易因鉆頭翹起而偏離預(yù)期的鉆入土角；但過(guò)大的入土角度也會(huì)導(dǎo)致管線埋深增大，進(jìn)而增加了施工困難，所以建議將入PE 管土角度限制在6°～30°左右，將管道的入土角度限制在20°以?xún)?nèi)，如為順利拖管進(jìn)洞，可采用4°～12°的出土角度。再者，為了確定曲率0.5 徑，通常情況下，隨著管子曲率0.5 徑的增加，其受的彎曲應(yīng)力越小，管子回拉摩擦力也就相應(yīng)減小。如果采用的是PE 管子，最小曲率0.5 徑應(yīng)該等于125D（D 為管道外徑），如果采用管子，則應(yīng)該滿足1200D＜最大曲率半徑＜1500D，并且為了避免鉆桿產(chǎn)生的疲勞破裂，其最大曲率0.5 徑應(yīng)該在等于1200 倍的鉆桿外徑的同時(shí)，不低于500 的PE 管子外徑。最后就是考慮與地下既有管道的間距，因?yàn)樗蕉ㄏ虼┰焦芫€屬于埋地管道，所以當(dāng)其位于既有的地下管道上方時(shí)，應(yīng)當(dāng)與其保留0.6m 以上的垂直凈距，當(dāng)其位于下方時(shí)，則依據(jù)土層條件設(shè)定安全間距，當(dāng)其與既有管線平行敷設(shè)時(shí)，在管徑等于200mm 和低于200mm 的情形下，分別保留2 倍以上擴(kuò)孔管徑的凈差和0.6m 以上的凈差。

5.2 做好施工前的準(zhǔn)備工作

做好充分的準(zhǔn)備，可以為城市燃?xì)夤苈匪蕉ㄏ蜇炌ńㄔO(shè)的成功作業(yè)起到助推作用，所以在開(kāi)始建設(shè)前期就應(yīng)該做到：首先測(cè)量城市地下的所有管路特別是燃?xì)夤艿溃悦鞔_管路的具體位置，為管路鉆孔軌跡的判斷與優(yōu)化奠定基本數(shù)據(jù)。其次注意管道材質(zhì)的選用，由于城市燃?xì)獾墓δ芴攸c(diǎn)，所以需要的管道材質(zhì)必須具備優(yōu)質(zhì)、安全的物理性能，其中以三層結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果比較好，如外覆蓋層、傘線涂層和焊口才熱縮套層，都能夠很好地符合管路功能特點(diǎn)。再次施工裝備的確定也非常關(guān)鍵，如鉆頭型號(hào)、技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比與分析（包括最高給勁力、最高扭力、最大回拖力），型號(hào)可以按照實(shí)際需求選用小、中和大鉆機(jī)。最后注重于城市燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)的地質(zhì)勘察，從而更精確地決定探孔的數(shù)量和鉆孔深淺，同時(shí)根據(jù)相關(guān)勘察測(cè)量數(shù)據(jù)和綜合數(shù)據(jù)分析，制定最佳的鉆孔角、曲率0.5 徑、覆蓋厚度等施工參數(shù)。

5.3 加強(qiáng)施工操作細(xì)節(jié)管理

此處提出的施工操作管理重點(diǎn)主要是指水平定向橫穿技術(shù)的具體施工過(guò)程和要求，通常該流程包括了兩個(gè)階段：①按照穿越設(shè)計(jì)軌跡最大程度地確定鉆取第一個(gè)導(dǎo)孔。②加工精度和管材回拉，具體包括了實(shí)地勘測(cè)、基礎(chǔ)建設(shè)工法井開(kāi)鑿、軌道線設(shè)計(jì)導(dǎo)孔施工、預(yù)加工精度和清孔以及管道返拉，最后是檢測(cè)井的砌筑，并在此階段就其中的重要環(huán)節(jié)的施工細(xì)節(jié)加以分析。

對(duì)成孔的關(guān)鍵一導(dǎo)孔施工，首先調(diào)節(jié)鉆頭使之和導(dǎo)孔保持直同道線，再根據(jù)設(shè)計(jì)軌跡合理的調(diào)節(jié)鉆頭的傾角和入射深淺，然后按照規(guī)范安裝鉆桿、探頭和造斜鉆頭磨損進(jìn)行跟蹤定向鉆孔，其間要依據(jù)定向裝置接收到的實(shí)際信號(hào)合理調(diào)節(jié)傾斜角度以達(dá)到正確導(dǎo)向軌跡需求，每隔4m 做定點(diǎn)調(diào)節(jié)并檢測(cè)傾角、旋轉(zhuǎn)和垂直深度，最大深度偏差可控制在50%之內(nèi)。必須重視的是，首先應(yīng)該做好在鉆孔過(guò)程中的數(shù)據(jù)記錄，以確定是否出現(xiàn)了回填土情況，并且做好對(duì)鉆孔曲線與鉆桿傾角的調(diào)節(jié)工作，使之達(dá)到所規(guī)定的設(shè)計(jì)范圍，以高效地完成導(dǎo)向型鉆孔施工，為后期的預(yù)擴(kuò)鉆孔工程打下了基礎(chǔ)。針對(duì)預(yù)加工精度處理，需要工作人員仔細(xì)審核導(dǎo)向孔的施工質(zhì)量，以確定其是否與原設(shè)計(jì)軌跡一致，在確保導(dǎo)向孔精準(zhǔn)的基礎(chǔ)上按照土質(zhì)地層類(lèi)型選定并配置適當(dāng)?shù)姆磾U(kuò)鉆頭磨損，以用于回拉加工精度，并相應(yīng)提高擴(kuò)洞級(jí)數(shù)，如為黏質(zhì)地層，加工精度時(shí)可選用刮刃劍鉆頭的磨損并利用清液形成自然造漿，以提高洞室的穩(wěn)定性，若土質(zhì)地層中有較大的含沙量，則宜選擇優(yōu)質(zhì)水泥，并且在膨潤(rùn)土的影響下采用泥漿護(hù)壁，其間宜根據(jù)質(zhì)地從小到大的先后順序開(kāi)始逐漸調(diào)整加工精度，在其滿足敷管條件后方可停止。此外，在確定施工精度后應(yīng)及時(shí)清孔，水泥配比一定要符合施工要求，并通過(guò)儀表變化確定孔內(nèi)是否清理完畢，在確保滿足管道敷設(shè)要求后將擴(kuò)孔鉆機(jī)的磨損處重新連接分動(dòng)器，并在安裝套管的狀況下焊接外套筒，以保證孔隙泥漿充分，然后牽引回拉后重新敷設(shè)管線，在返拉過(guò)程中應(yīng)小心調(diào)節(jié)鉆機(jī)牽引力和轉(zhuǎn)速，以避免管壁破損[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著中國(guó)科學(xué)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，非開(kāi)挖定向鉆穿透技術(shù)已是.中國(guó)非開(kāi)挖技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位并且進(jìn)展速度最快的技術(shù)之一，和傳統(tǒng)挖掘建筑施工技術(shù)比較，定向鉆穿透技術(shù)既不阻礙交通，也不損傷動(dòng)植物，從而減少了傳統(tǒng)挖掘?qū)κ忻袢粘Ｉ畹闹苯佑绊懀瑴p少對(duì)道路、周?chē)ㄖ闹苯訐p害和不良影響。