水平定向鉆進技術鋪設污水管道的技術

劉波波

（山西建筑工程集團有限公司，山西 晉城 048200）

0 引言

在不影響交通、不干擾周邊居民工作、生活的前提下，進行水平定向鉆進的施工，該技術可有效地解決傳統(tǒng)深基坑工程所帶來的環(huán)境污染、交通及工程結(jié)構(gòu)損壞等問題。通過施工單位認真組織各項施工工藝，實現(xiàn)了排污管道的順利施工，為道路橫向定向井的成孔工藝探索出了一條成熟的路線。隨著水平定向鉆進技術的不斷發(fā)展、日趨成熟，其應用前景也將更加廣闊。

1 項目概況

A 鎮(zhèn)生活污水治理工程涉及4 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，包括污水主干網(wǎng)80km，分支網(wǎng)20km，提升泵站3 座，污水處理廠1 座，污水檢查井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共計1140 口，A 鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設計總長度為10426.8m，其中2.3km 采用水平定向鉆施工。據(jù)地勘報告顯示，A 鎮(zhèn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以粉質(zhì)黏土為主，土壤呈軟塑、流塑狀態(tài)，穩(wěn)定性差，地下水位較高，多數(shù)管道施工面較窄，距離居民住宅較近，施工難度較大，安全風險較高。

2 施工方法

2.1 導向

在水平定向鉆進施工過程中，為了保證施工后的管道達到設計的標高要求，在施工中導向時的標高精確控制起著決定性的作用。例如，在這次水平定向鉆進施工中，穿越液化氣站段拖拉管起點坐標分別是預制場（87739.9176，51307.5404）、甲路（87842.7213，51263.9331）。由于污水處理廠的進水檢查井（87821.846，51272.88）的管道標高最低，其導向線路是不標準的V 字形。其中，污水處理廠進水檢查井附近的管道底部標高是24.2m，預制場附近的管內(nèi)底標高是24.768m，甲路AX2 井附近的管內(nèi)底標高是24.223m。預制場8 點距鉆機入土點水平間距20m，出土點距46 點水平間距25m。為了獲得精確的導引控制點資料，將其與地形圖做比較，以獲得精確的導引控制點坐標。根據(jù)對照圖制作精確的導向路線表格，本次施工中DN710mm PE100 管每米重655（外徑-壁厚）×55（壁厚）×3.142×1×0.958÷1000=108.44kg，每米拖拉管排水重量0.355×0.355×3.14×1×1000=395.72kg，而且泥漿的密度大于水的密度。為了確保管道的標高與設計一致，導向標高為（管內(nèi)底標高+內(nèi)徑+壁厚-0.45）m。

以控制點坐標為依據(jù)，利用GPS 儀器對其進行沿管線線路測量放點，在行車路面上使用紅色噴漆標記控制點，在非行車路面上設置一木樁（有障礙物的除外）標記控制點，木樁與木樁之間撒白灰連接起來，對兩相連鄰的觀測點進行編號，兩個控制點之間相隔3m。因為在這次的施工工程中，管道的導向、擴孔和拖管都將穿越液化氣站，所以在施工之前，需要對管線沿途的建筑物進行監(jiān)測，并將原始的數(shù)據(jù)記錄下來，以便與后期的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行比對，以確保施工的安全[1]。

本次施工使用的是手提步履式導向儀。導向儀的量測應定期驗證，經(jīng)校驗合格的手提步履式導向儀可使用。利用地勘資料對施工現(xiàn)場地質(zhì)情況進行分析，選擇不同的鉆頭。檢查鉆機起動后是否運行正常；第一根鉆桿在進入土層時，以設計角度緩慢而平穩(wěn)地進入土層；在導向孔鉆進時，要根據(jù)設計軌跡來鉆，且要做好記錄：導向儀反饋和記錄的數(shù)據(jù)要與相關要求一致，并且要根據(jù)記錄畫出鉆孔軌跡剖面圖。在斜區(qū)段鉆進時，要根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當?shù)卣{(diào)整推進力，以免造成鉆桿不可逆變形；鉆進時，每次前進的長度應該控制在1m 以內(nèi)，并采取分段施鉆的方式。與此同時，還要對鉆桿的彎曲度進行觀察，彎曲度不能超過鉆桿的極限彎曲度，而且彎曲度應該均勻變化；導向時，相鄰兩個觀測點間的軌道偏差應不超過擴孔最大直徑，偏差過大時，應收回此段，重新鉆孔。同時，定向鉆穿越的覆蓋層深度，必須滿足專業(yè)技術規(guī)范的要求[2]。

2.2 擴孔

終孔孔徑的選擇如表1 所示。開孔時，最后開孔直徑應為管道直徑的1.2~1.5 倍，開孔時的最大開孔直徑可根據(jù)表1 選擇。

表1 終孔孔徑的選擇

在擴孔時，擴頭一定要有連續(xù)的泥漿噴出，擴孔鉆頭的類型選擇及其適用地層如表2 所示。

表2 擴孔鉆頭適用的地層

鉆桿在擴孔過程中，由于鉆桿的拉力或扭力過大而進行擴孔“洗孔”。不同地質(zhì)條件下，定向鉆泥漿的性能指標應符合以下要求。泥漿黏度如表3 所示。

表3 泥漿黏度

泥漿pH 應控制在8~10。與一定數(shù)量的潤滑劑混合而成的泥漿適用于沙土、卵石等地質(zhì)環(huán)境。在定向鉆施工時，必須連續(xù)注漿。泥漿必須事先配制好，從鉆孔中返出來的泥漿必須達到以下處理要求：①經(jīng)過凈化處理后，可回收再用。②廢泥要妥善處理[3]。

2.3 管道焊接并拖管

為了保證施工的順利進行，在鉆機進洞的同時進行管道焊接，這樣擴孔一結(jié)束，就可以立即拉管，防止擴孔塌方。

2.3.1 HDPE 管的檢查

檢查管內(nèi)管外管是否平直，看管內(nèi)管有無裂口和缺陷。管道的端口面應垂直于管道中軸線，管道中心線不得有明顯的彎曲，管道內(nèi)外徑尺寸及圓度應符合要求。管口形狀參差不齊者，需先修平。盂管的各項性能指標必須達到設計要求[4]。

2.3.2 HDPE 管的焊接及回拖

管道焊接時，所選擇的場地要平整，能夠?qū)⒑附雍玫墓艿腊卜藕茫艿篮附訒r管道要筆直。焊接時，首先要用切割器把管道口子削平，使管口能密封對接。焊接時，要把焊片預熱到210℃，這樣就可以把管道端部擠壓到焊片上，在兩個管道端部周圍形成環(huán)形凸起。加熱時，焊片溫度應控制在預設范圍內(nèi)，以免熔融端面因PE材料失活而無法連接。加熱結(jié)束后，快速移出焊條，然后把管端推進到結(jié)合處，形成左右翻邊、內(nèi)外翻邊的環(huán)形凸起，使熔焊頭自然冷卻至少30min。回拖時，要注意鉆桿的扭矩和鉆桿的轉(zhuǎn)速，并及時調(diào)整。在拖管的過程中，要對管道沿線的構(gòu)筑物進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)超過警告值時，及時采取相應的措施。在回拖管線前，應先檢查回拖管線的末端是否堵塞，以保證管線進洞后不會有泥漿灌入。

2.4 注漿加固

回拖管線時，應將兩根D25 鋼管連同管線一同回拖，回拖前應堵住鋼管的出漿口。回拖結(jié)束后，將制備好的水泥漿注入鋼管中，待鋼管口出漿后，將鋼管回拖，回拖1m 進行一次灌漿。由于終孔直徑比管道直徑大，管道鋪設后留下的空洞對相鄰結(jié)構(gòu)的影響很大。非開挖工后注漿是用水泥泵向孔隙中注入漿液，形成固結(jié)體，起到加固土層的作用，同時降低上部地層的沉降量。在注漿初期，水泥漿液具有良好的流動性，充填了大量的孔隙，并與周圍土體形成了牢固的整體，固化后的固結(jié)體對管線起到了一定的保護作用。為了改善水泥漿的性能，可向水泥漿中加入外加劑。表4 為常用水泥外加劑的種類和作用。

表4 常用水泥外加劑

2.5 造斜段的處理

管道水平定向鉆回拖時，用一根細鋼絲綁在管道末端。鋼絲長度為L1，當全部鋼絲入坑后，停止回拉，則鋼管在挖掘端的位置剛好處于設計位置。在挖出部分空隙中填滿沙子，以確保地面不塌陷[5]。

在鉆機處的造斜段有3 種情況：①管材長度為6m，管材剛好位于井位，在并位處將管材從鉆桿中分離出來，將管材口堵住，造斜段孔洞用砂填滿。②管材長度為L2+L3，井位在找平處，在井位處將管材割斷，將多余的管材拉出，將造斜段處空洞用砂填滿。③管道的長度為L2+L3，且位于斜面上，可將斜面挖出。當周圍無構(gòu)筑物，且管道埋深淺，符合挖出條件時，可將管道平放；當管道較深的時候，需要對其進行支護，并對支護和周邊構(gòu)筑物展開沉降位移監(jiān)測，在支護完成之后，開挖將管道放平，隨后回填恢復。

2.6 注意事項

（1）水平定向鉆進施工時，由于擴孔造成的孔洞會引起管道上的結(jié)構(gòu)物沉降、開裂等問題，為了保證施工安全，必須加強對管道周圍結(jié)構(gòu)的監(jiān)測。

（2）在水平定向鉆進施工中，對導向標高的控制和泥漿配置起著關鍵性的作用，可適當增加泥漿的觀測頻次，應先對泥漿進行測試，確定泥漿的配比和添加劑的添加量。

3 管理措施

3.1 建設施工現(xiàn)場管理制度

在施工現(xiàn)場管理中，要建立完善的現(xiàn)場管理制度，并落實到具體施工流程中，確保施工過程中的安全問題能夠得到有效控制。在施工現(xiàn)場管理制度中要明確施工人員的工作內(nèi)容以及責任，加強對施工人員的監(jiān)督，確保施工人員能夠按照相關制度進行工作。另外，在建設現(xiàn)場管理制度時，要嚴格把控施工材料的質(zhì)量問題，控制好水平定向鉆進技術的質(zhì)量問題，并嚴格按照相關規(guī)定進行操作。

3.2 強化BIM 管理軟件的使用

在城市地下市政排水管道建設過程中，BIM 管理軟件的使用能夠提高污水管道鋪設的質(zhì)量，所以在施工過程中要強化BIM 管理軟件的使用。在施工前，相關工作人員要對污水管道進行詳細勘察，然后結(jié)合實際情況制定出科學合理的施工方案，在方案制定完成之后，還要通過BIM 管理軟件對管道施工進行模擬分析，了解管道實際情況與設計方案的差異性，找出問題所在，并及時與相關部門溝通，確保污水管道建設符合規(guī)范要求。同時，相關工作人員要在施工過程中加強監(jiān)督管理力度，確保水平定向鉆進技術能夠在市政排水管道建設中得到有效應用。

3.3 加強施工人員技術培訓

在城市地下市政排水管道建設中，需要有效應用水平定向鉆進技術，但是由于該技術較為復雜，所以在進行施工前要對施工人員進行專業(yè)技術培訓，確保施工人員具備一定的水平定向鉆進技術操作能力，而且要保證施工人員對相關規(guī)范和標準有足夠的認識。同時，在培訓過程中，要采用先進的教學方法，有效提高培訓效率，通過實踐操作來提高施工人員的實際操作能力。在培訓結(jié)束后，要對施工人員進行考核和評價，確保水平定向鉆進技術得到有效應用。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代城市生活廢水排放量的上升，很多地區(qū)都設置了大量的生活污水管網(wǎng)。在城市生活污水管線建設中，在不影響管線正常運行的前提下，可以使用水平定向鉆進工藝，其具有十分顯著的優(yōu)勢。在實際的施工過程中，要與污水管道的施工設計要求相結(jié)合，并根據(jù)施工現(xiàn)場的具體情況，對各個環(huán)節(jié)進行嚴格控制，對施工工藝進行優(yōu)化，從而持續(xù)地提升污水管道施工的質(zhì)量。