定向钻敷管技术在几内亚市政工程中的应用

李俊峰，崔 亮

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300000）

1 项目概况

赤道几内亚市政给、排水管网工程，包括厂站工程和管网工程，其中管网工程又包括新城区部分和新建高速公路部分，管道敷设长度达230 km。

2 非开挖定向钻孔铺管技术介绍

非开挖技术是20世纪70年代初,美国人克林顿·马丁将定向钻探技术和传统的铺管施工结合起来，发明了定向钻铺管施工。

目前在我国国内，定向钻敷管技术在市政给、排水施工中已广泛应用。

3 工程穿越地形及地质

马拉博已建成的高速公路地貌总体走向是东西方向，整个马拉博是由火山喷发形成，具有典型火山岛地形地貌特征。

高速公路周边构筑物钻探取芯资料显示：第一层为腐植土；第二层为粘土；第三层含碎石粘土。工程要敷设的给、排水管道高程位于第二层粘土层上，该层易于钻机掘进、且地质稳定。

4 穿管材料、设备的选择

穿管工程因为要穿越高速公路底部，马拉博部分高速公路设计时，一些部位路基采用火山灰回填且夹杂孤石，穿管时火山灰对管材及钻机钻头的磨损相当大，这就要求管材在选择时要谨慎。定向钻施工常用管材为钢管和PE管。

穿管工程大部分发生在道路两侧开阔、通视的高速公路旁，但在高速公路k5至码头路段两侧修建有大量民房和工厂，大型设备无作业面，该工程最远穿越距离在110 m左右，综合考虑，施工单位选用GBS-20A型钻机钻孔，DigiTrak Eclipse地下定位系统跟踪定位。钻机采用φ73 mm×3 000 mm 优质钻杆，入射角范围 8°～20°；DigiTrak Eclipse地下定位系统可远程准确操作，在远程操作时，会显示实际深度。

5 定向钻铺管施工

5.1 现场勘察放线

为保证导向孔的施工精确要求，施工、设计一同对高速公路十几处需要进行穿管的管线走向及埋深等情况进行了调查。测量人员根据设计图纸，测量放出管道轴线和检查井平面位置，定出钻孔中线和地表走向，根据管线设计高程及埋深，初步确定导向孔造斜长度和入孔点、出孔点位置。

5.2 导向孔轨迹设计

导向孔一般由3段组成，入土造斜孔段、直线孔段、出土造斜孔段。对于污水管的穿管，这3段施工要求精确控制，入土造斜孔段是钻具进入铺管深度的过渡段，一般选在高速公路高程较高一端开始，也就是污水管的上游。直线孔段是铺设管道段，出土造斜孔段是钻出段，一般选在高速公路高程较低一端钻出，也就是污水管的下游。在污水管穿管时，由于施工单位高速公路两端的污水检查井安装完成，因此导向孔设计的轨迹必须与设计管道一致，尤其是坡度的控制严格符合设计及规范要求，否则将可能导致回流或者下游污水检查井返工。

该工程采用典型的导向孔的形态，由以下5项基本参数决定：①穿越起点；②穿越终点；③铺管深度；④第一弧形孔曲率半径；⑤第二弧形孔曲率半径。

直线孔段（管道铺设段）轨迹设计：先根据设计图纸和地面、地下勘查结果，测量放线，确定管道铺设轴线，再沿管道轴线起始点，每3 m测放地面高程，用管道中心设计高程减去其正上方的地面高程来确定管道埋深。这样根据每3 m的管道埋深来确定管道的钻孔轨迹。

导向孔弧形段按下面公式算：

入孔：h0=h1-R（1-cosα0）α0——钻进时的初始倾角；h1——铺管深度。

X0=h0/tanα0R——弧形孔段曲率半径，此3个参数均为根据。

X1=X0+R sinα工程实际自己确定。X0、h0为入孔直线段

X=X1-R sinα水平距离和深度。

h=h1-R(1-cosα)

出孔：X=Rsinα

h=h1-R(1-cosα)

5.3 定向钻孔施工

定向钻孔施工采用GBS-20A型钻机钻孔、DigiTrak Eclipse地下定位系统跟踪定位的工艺。DigiTrak Eclipse地下定位系统包括：传感器、接收器、远程显示器三部分。

钻进前先对导向仪进行标定，检测误差是否在允许范围内，标定合格后方可开始钻进施工。

在钻进过程中，要不时对钻头定位。钻头的定位是通过放置在钻头里面的传感器来实现的。在钻进过程中，由钻头内的传感器不断发出的孔内信号来调整钻头的钻进方向，使钻头不偏离设计轨迹方向。钻头在直线段的钻进中轴线即为铺设管道的中轴线。

5.4 反拉扩孔

导向孔施工完成后进行分级扩孔施工。扩孔由小孔径到大孔径逐级进行，直至将该钻孔扩大到1.2倍的设计管道直径，以方便安装成品管道。同时将钻液泵入钻孔中，保证孔洞完整和不塌方，并将切削下的土屑带回到地面，为回拉管道创造适宜的环境。

5.5 回拉管道

在扩孔完成后、管道铺设前，用水准仪从控制井处，复测扩孔高程。测量无误后立即将待铺设的管道与回拉头、扩孔头及钻杆连接，由钻机牵引将管线拉入已扩钻孔中，完成管道铺设。采用GBS-20A定向钻机，直径500 cm的管道采用3次扩孔，最大可以拖拉120 m，施工大约需要72 h；直径300 cm的管道需要扩孔一次，最大可以拖拉180 m，施工大约需要40 h。

5.6 灌注泥浆

管道在铺设拖拉过程中由于管道与孔洞中泥浆摩擦，管道进口部分2～3 m范围内泥浆被带走，管道其余部分均被泥浆紧紧包裹，铺设完成后，为防止钻孔需要对管道进口部分2～3 m范围进行灌浆，确保钻孔与管道紧密结合，采用灌注泥浆法。拌制合适的泥浆，用压力泵往钻孔中灌注泥浆，直到钻孔溢满。

5.7 连接检查井

管道拖拉就位后，清理控制井，砌筑检查井。管道与检查井墙接头处应安放遇水膨胀橡胶止水圈或其它止水材料。控制井外侧回填时，先回填中粗砂至管顶以上0.5 m，再分层回填土方夯实。

6 结语

穿管结束后，管理公司组织业主、工程师以及分包商按照中欧规范对管道进行闭水压力验收，质量全部合格。

［1］蔡亮学，何利民，吕宇玲，薛振兴.水平定向钻穿越方案设计方法研究［J］.石油工程建，2010（2）.

［2］刘建华，黎晓林.定向钻非开挖技术在城市建设中的应用［J］.中国市政工程，2006（6）.