水平导向钻技术在污水管道工程中的应用

□文渡超（深圳市盐田区防洪排涝设施管理所）

0 引言

水平导向钻机安装管道的方法称之为水平导向钻进法，最早出现在20世纪70年代,是传统的公路打孔和油田定向钻井技术的结合。近几年随着水平定向钻穿越控制精度的提高,其在市政管网改扩建项目及管道穿越江河工程项目上,显出独特的优势。

1 水平导向钻技术的优点

1.1 保护地面不受破坏与干扰

在施工过程中采用水平导向钻，可以保护地面不被开挖，减少了对地表产生的干扰影响，而且其施工速率快，能够对铺管方向进行控制，同时施工精确度准确，可以在河流、公路、铁路施工方面使用，甚至能够穿过建筑物下端，是一项具备安全性、有效性、环保型的施工措施。因为采用水平导向钻可以省去开挖地面的施工步骤，所以在铺设管道时其所在的上端土壤层面没有受到破坏与干扰，保证了管道的管节端的稳定性，从而防止了其变形现象的产生，并增加了管道的使用寿命。

1.2 工程造价低

使用水平导向钻进行施工能够降低由房屋或者管线的拆迁工作引起的损害，节省管线使用量，具有显著的经济价值与效益。水平钻机械的性能越来越适应各种土质。特别适用中小型管径管道的非开挖铺设。与其它非开挖的施工技术相比，其具有施工快速、造价低、占用范围小等独特的优点。

1.3 适用性强

采用水平导向钻进行施工既可以进行管线铺设，又能够巩固机场跑道或公路的地面基础，优化地下排水，而且还能够用于防渗、抽气等工程方面。

2 水平导向钻技术的不足

2.1 探测深度

水平定向钻机对卵石层、砾石层和流沙层适用度不高。受到探测器探测深度的限制，导向钻进的深度有限。

2.2 设施重量

一般情况下，水平导向钻的全套设施重量大概为400T，其中个别单件的最大重量＞30t，这些重量在对水平导向钻进行运输和组装时会产生一定难度。就目前我国的道路状况而言，特别是针对管道穿越公路的状况来说，依旧存在部分的桥梁需要进行加固工作，所以必须要用到吊装设施以及拖车等部件。

2.3 设施采购

水平导向钻的控向系统基本都是由国外生产，所以市场上采购水平导向钻均是采用进口的模式进行。水平导向钻技术对比开挖埋管施工技术在造价上相对偏高。

3 工程实例

3.1 石头围村污水管道改造工程概况

石头围村临时污水管网改造工程位于深圳盐田区和龙岗区交界处，原深圳市物业国际建筑设计有限公司设计有村内雨污分流的检查井及管道，经现场调查，发现并未实施。目前石头围村仍是雨污合流的排水体制。本次设计在石头围村口新建排水管道及截流井，截流后的雨水排入现状雨水箱涵，污水经过泵房提升后排入污水管网，这样，才能达到本次改造工程雨污分流的目的。

3.2 污水系统存在问题

由于石头围村地势较低，最低点地面标高为7.70m，现状合流管的管内底标高约5.20m，需设置截流井进行雨污分流，设计截流井的污水出水管管内底标高为4.90m。由于石头围村紧邻北山大道，北山大道市政路路面标高为8.80m，北山大道市政污水管标高为6.96m，故该污水截流管无法通过重力流排入北山道市政污水管，所以需设置临时污水提升泵站。

3.3 地质情况

3.3.1 杂填土

土壤层底的填埋深度一般在1.90～2.40m范围内，土壤层的厚度为1.90～2.40m。其主要是由工人堆填的混凝土块、碎石、杂褐色填土等物质组成，施工后要稍微进行压实。

3.3.2 淤泥和淤泥质土

土壤层底的填埋深度一般在2.20～2.40m范围内，土壤层的厚度为0.80～2.60m。其土质的颜色为灰色和深灰色，主要是由粘粒有机质物质组成，一般形态为流塑状，处于饱和状态。

3.3.3 淤泥质细沙-粗砂层

土壤层的填埋深度一般在4.10～11.00m范围内，土壤层的厚度为4.60～7.00m。其土质的颜色为深灰色，主要是由有机质、细粉砂、细沙、中砂、粗砂等物质组成，一般形态为松散状，处于饱和状态。

4 施工关键技术

4.1 路线设计

把经过探测的管线状况与所处地点的地质因素作为钻进路线设计的依据。可以运用经纬仪来计算出泥浆混合比例和钻进的方向。

4.2 安装

当完成现场整理工作之后，根据设计的步骤来进行导向钻机的安装工作，注意孔位之间要对正，安装的导向钻机组件要牢固，必须要保证管路连接的准确性。

4.3 调试

要严格按照标准的技术指标来进行导向仪的安装工作，并要认真进行反复调试，以保证精度测量误差在10.00cm以下。

4.4 钻孔

按照泥浆配比进行配置工作，同时做好钻进前的准备工作。因为施工规范对于钻孔位置要求较高，所以在进行钻杆钻进时，要严格控制钻进的位置以符合钻孔的相关要求。

4.5 测量

在进行地表测量时要以测量标准作为依据，以保证测量的各项数据符合测量标准。同时做好司钻人员的交流沟通工作，从而保证钻工施工的顺利进行。

4.6 精度

当钻进距离到达最后的10.00m时，要仔细观察钻进深度与位置，保证靶位的准确性。

5 水平导向钻施工技术

5.1 施工准备

地下管线测量：先调查确认工程施工所处位置的管线分布状况，同时在现场进行核对。当要检测地下管线的管径、走向、位置时，可以使用地下管线探测仪来进行探查，而且要通知各管线单位到现场进行交底和核对。

钻杆轨迹设计：通过观察绘制地下管线分布情况以及相关文件资料进行钻杆轨迹的设计工作。轨迹设计的阶段主要有铺设段与造斜段。造斜段管道主要作用是根据重力性质进行截污排流，因此设计时要注意流水的标高和管道的埋设。

5.2 工作坑施工

在进行每一段导向钻施工时，要注意挖掘两个工作坑。入口坑主要目的是对钻杆钻进角度与螺旋扭动等方面进行检测，在钻机处于6～10m之间进行挖掘，工作坑的具体尺寸为1.50m×6.00m。出口坑主要用于回拖时排水管的入洞工作，出口坑的尺寸与入口坑一样。

5.3 钻进施工

当钻机运送到现场时要先进行锚固工作，以保证钻机的稳定性。若钻机处于不稳固状态，将导致损耗功率或是功率直接作用于机器上，引起危险事故。当处于造斜段时，钻头每往前钻进10.00m就要对钻头的位置进行测定；当处于平铺段时，钻头每往前钻进20.00cm就要进行一次检测。当钻头处于出口坑位置时，表示钻进工作结束，开始进入扩孔阶段。扩孔的主要操作内容包括：旋转钻机，当钻杆尾部的连接孔径达到200.00mm时进行回扩头，之后再与钻杆进行连接，开启回拉扩头与钻机旋转实施扩径工作。在进行钻杆回拉扩径时，要采用注入膨润土浆的方式来降低摩擦作用，使回转扭矩与回拉阻力减弱，而且膨润土浆还能够起到冷却钻头、巩固土壁的作用。

5.4 回拉敷设管道

室外重力流污水管管径为DN300，管道覆土约3.70m；压力排水管管径为DN150，压力排水管覆土约1.50m。在还未回拖时采用热熔的方法来把双壁缠绕管拼合成与成孔长度相近的管道。注意连接管道和扩孔器，进行回拉时根据牵引力把管道拉近孔洞内。

6 施工中应注意的问题

在进行钻机锚固时要注意避开地下分布的管线，而且要保证锚固的稳定性与可靠性。钻机的稳定性是对钻机控制的基础，能够使输出功率得到充分发挥运用。在对管材进行采购时，要选择具有强大的抗外压能力、优良的抗拉能力的管材。而且管材要具备良好的柔韧力，能够抵抗沉降作用产生的外力，要尽量选择轻质的管材。

当倒空钻到达规定位置时，通过检测到的成品管道的规格、管线所涉及的位置地质状况，来选择准确、合适的扩孔器进行扩大钻孔，以保证成品管线的顺利安装。在选择扩孔方法时要考虑到扩孔器的直径与类型，来决定选用单级扩孔还是多级扩孔，而且还要选择扩孔的顺序。

7 结语

水平导向钻施工技术能够提高污水管道工程的工作效率，而且其管线的走向与标高等方面的设计均符合标准工程的要求。在交通组织方面，采用水平导向钻的方式可以降低对交通活动的影响。项目建设符合《深圳市污水系统布局规划（修编）》以及《深圳市排水管网规划-盐田片区》规划要求，紧密结合地块开发和排水现状，对于该区域内水环境的改善具有重要意义。

[1]陈宝棠,孙贺启.大孔径水平定向钻钻进液配置技术浅淡[J].非开挖技术,2004,2-3（年会专辑).

[2]席刚.定向钻拖拉法施工在重力流排水管道中的应用[J].科技经济市场，2007(11).

[3]宋娟.水平定向牵引技术在排水管施工中的应用[J].中国水运(下半月)，2008(06).