水平定向鉆孔技術在鐵路地下套管鋪設工程中的應用

張巧江

（中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 300162）

1 工程簡介

新建鐵路京能秦皇島熱電有限公司專用線工程，自閉線和貫通線拆改項目需新設電力電纜穿越津山鐵路拉管施工和區間入地施工。

自閉線和貫通線拆改需穿越榆關站K394+760、K396+103.5非開挖各敷設3孔D160mm電力電纜套管共6根。管材均選用D160mmHDPE管。自閉線、貫通線遷改長度各1598.31m。拉管過軌情況見表1，既有線鄰近施工見表2，地質情況見表3，主要工程量見表4。

表1 拉管過軌情況表

表2 既有線鄰近施工表

表3 地質情況表

表4 主要工程量

2 施工工藝及方法

2.1 施工前準備

（1）施工前認真勘察現場實際情況，認真熟悉及審核圖紙，理解設計意圖，查看現場，校核現狀資料，在此基礎上要求業主舉行設計技術交底。施工前需探明路基填料和所有地下電纜、光纜的位置、埋深，將所有影響施工的電纜均人工挖槽、暴露于明面并按需做好防護，確保鐵路行車及其安全。

（2）組織施工人員認真學習工程技術文件，深入了解工程性質、工程范圍、設計意圖、現場的具體情況、工程質量要求、技術和安全措施等。并且依照業主及監理的要求，對施工進度整體計劃，向各參建部門下達施工任務，將技術交底工作做好。

（3）認真做好沉降觀測點的布置工作(主要布置在管線穿越范圍內)，以確保工程的順利進行，隨時掌握現狀構筑物的沉降情況。

2.2 鉆進路徑

管道中心線穿越深度為軌面以下11.3m。由于穿越時其管道軌跡為一弧線，其曲率半徑不得小于1000D，根據其穿越深度及曲率半徑，津山線K394+760拉管設計其入土角-12%、出土角+13%，其軌跡平面如圖1所示。津山線K396+103拉管設計入土角-16%、出土角+10%，其軌跡平面、剖面圖如圖2所示。

圖1 K394+760拉管布置平面圖

圖2 K396+103拉管布置平面圖

2.3 拉管施工

2.3.1 鉆機固定及工作坑開挖

將鉆機按設計位置放置，調整方向正對出土位置，鉆機固定好后安裝地錨樁。在鉆機的正前方挖掘出一長3m，寬1m的工作坑，前面深度要大于1.5m。

2.3.2 導向孔施工

導向孔施工是這個穿越過程中最關鍵的環節。

采用獵鷹F5抗干擾導向儀器，配合導向鉆頭實現導向鉆進，隨鉆隨測，進入鐵路前將鉆頭調整至水平度0～-2°之間，鐵路下方采用旋轉拉管，并實時監控鉆頭水平度保證0～-2°之間，保證鉆頭水平旋轉鉆進過程不向上抬起。待導向鉆頭通過所有鐵路線路后在鐵路外側探測鉆頭位置，全過程導向人員不得進入鐵路線路測量，嚴格按照設計軌跡完成實施導向孔。

泥漿在鉆孔過程中自泥漿泵或泥漿混合系統和鉆桿導向鉆頭射進鉆孔中。其主要作用是使鉆具降溫、夾雜鉆渣一起排至孔外地面，穩定孔洞周邊護壁以及降低鉆進所需的扭矩及拖力。

2.3.3 管材焊接

材料準備：用于焊制管件的材料其圓度應該比標準值要高，下料時需預留1cm～2cm的削切量。當管道連接時應把要焊接管件放置在平整的地表面上，夾緊管件根據所焊制的管件更替卡具，選用合適的卡瓦，削切前必須把需要焊接管材固定好，禁止松動。

削切：將要焊接的管材端頭里含的雜質和氧化層切掉，確保對接端面平順光潔。

對中：焊接管材的中線宜保持一致，盡量降低偏差，如果存在偏差，將致使應力集中，偏差應不大于壁厚的0.1倍。

加熱：確保熔融料充足，以便在熔融過程中對接完美。

切換：自加熱時間結束一直到熔融狀態對接開始，這時間段應稱為切換周期，要想熔融對接的質量有所保障，此時段越短越好。

熔融對接：這是焊接成功與否的關鍵所在，熔融壓力應貫穿熔融對接全過程。

冷卻：由于塑料材料導熱性能比較低下，降溫速率非常低，焊接件的形成時間相對較長，因此，焊縫的溫度降低必須在特定的壓力下實施。

2.3.4 擴孔施工

導向孔完成鉆進后，在出土位置松開導向鉆頭，之后更換上Φ 160mm回擴鉆頭進行反向擴孔。擴孔過程中用提高泥漿的物理粘稠度、優化泥漿的配合比的辦法來確保鉆孔的穩固性能。具體為：回擴鉆孔時泥漿的馬氏粘稠度值必須維持在35～45s之間，泥漿的比重需不小于1.03，泥漿注入黏土中攪拌混合之后產生泥漿的比重需不小于1.1（由現場土質情況確定）；選取較好膨潤土，增加泥漿的造漿率，使泥漿具備優異的懸浮能力；為增加泥漿的護壁能力，禁止坍塌，向泥漿液中加入特定比例的高分子聚合物，促使鉆孔壁生成保護膜，以體現優良的護壁能力。

2.3.5 管線回拖及注漿

用接頭把鉆桿和拉管捆綁在一起，然后將鉆機拉管開啟，回拖過程中依據回拖速度通過鉆探機注漿系統對鉆孔注入合格的泥漿，確保管線回拖后孔洞的穩固，以防路基塌陷。擴孔拉管要保證不間斷進行，確保鉆孔中的泥漿粘稠度始終保持粘滯狀態，不能使泥漿中的顆粒沉淀，確保鉆孔壁的穩定[1-3]。

回拖階段要求鉆孔泥漿具有較高的護壁、攜渣能力，同時還要具有較好的潤滑能力，降低扭矩和摩阻力；其基本配方如下：0.07-0.08水化鈉基膨潤土+0.003-0.005的鉆寶液。

管線回拖到設計地方之后，松開分動器、回擴頭，拿出其余的鉆桿，穿越管線工序結束。

3 施工注意事項

3.1 線路加固

（1）拉管穿越期間，營業線線路方向、高低、水平等須加強檢查。若線路有橫移現象，必須立馬停止作業。現場場地空間充足時，應在現場設地錨用鋼絲繩拉拽穩固線路，以防止橫向移動。

（2）施工拉管穿越期間，應盡量避免擾動原狀土結構。

（3)加強施工現場的設備檢查整修。施工期間需要時刻觀測軌道、道碴形變，加強觀測，如果出現異常，及時啟動急救措施，必須保障營業線施工安全。

（4）管道就位、線路加固后，施工人員依照線路維修標準，全部達到維修要求，經有關部門批復后亦可到車站的登記處消除要點并恢復正常行車。

3.2 沉降觀測

（1）開工前，沿鐵路兩側路基、鋼軌及拉管中心方向分別設置沉降觀測點，設置專職人員觀察、監測，若發生路基沉陷現象，必須保障營業線行車的安全，要立即采取必要防護措施。

（2）工程開工前應盡早進入施工現場監控量測，且收集既有線路沉降數據，根據施工現場監控量測數據，編制沉降曲線，穿管過程中必須實時監控，若沉降監測數據超出預定曲線，并且超出值大于設計允許值時，應馬上停工并查明原因，等完善急救的措施后，方可繼續施工。

（3）將監測數據及時處理并反饋至現場，能及時用以糾正現場拉管施工。

3.3 注漿加固

（1）注漿需要依照現場試驗確定的注漿工序進行。輸入漿量必須可以控制，嚴格把握注漿壓力、方向，需讓專職人員來實施，若注漿壓力數據突然變化或自地表、孔壁溢漿甚至跑漿時，須馬上停止注漿，并立即采取有效措施，保障注漿量滿足實際需要且符合設計的要求。

（2）注漿結束后，應進行監測，保障不跑溢漿。

（3）注漿過程中應加強監測，防止出現地面沉降、隆起溢漿等病害。

3.4 采取的措施

（1）施工前應將拉管施工方案報鐵路運營管理部門批準，并與鐵路部門協調以便順利施工。

（2）當拉管穿過鐵路所需的電力設施時，應做專項的防電絕緣措施。

（3）靠近鐵路管線附近時，應探明各光纜和電纜，并經鐵路部門同意做好改移和防護后，再進行下步工序。

4 結束語

2019年8月底，該工程全部施工完成，本次橫穿營業線非開挖鋪設6根D160mm的電纜套管施工的成功，不僅取得了較大的經濟成果，同時，也讓我們收獲了如何應用水平定向鉆孔技術穿越黏土和砂層鋪設管道的寶貴經驗，對類似穿管工程施工，有非常好的引導作用。