谈水平定向钻非开挖铺管施工技术

赵 海 军

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030012)

谈水平定向钻非开挖铺管施工技术

赵 海 军

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030012)

介绍了水平定向钻非开挖铺管施工人员组织及所用机械设备，对测量放线、施工作业场地设置、钻机及配套设备就位、导向孔钻进等一系列的施工工艺进行了详细阐述，并总结了施工中相关质量问题的预控措施，以促进其推广应用。

水平定向钻，开挖，机械，泥浆

1 施工组织及施工工艺

1.1 施工组织

水平定向钻非开挖机械化程度较高，人员配备为：现场技术负责人1名，钻机司机1名、钻井液配制1人、开孔处和出口处负责拧卸钻杆各2人、运送钻杆汽车司机1名。

1.2 施工机械

水平定向钻机1台(型号XZ680)、控向设备、扩孔器φ500～φ1 200规格1套、钻杆、柴油发电机120 kW 2台。

水平定向钻机的优点是：控向设备采用地下定位系统，可控制方向、可绕避地下障碍，施工精度高、特殊的回扩器以及大排量泥浆混合泵，使钻进和回扩更加顺畅、施工设备安装和施工速度更快。

1.3 工艺流程

测量放线→钻机场地铺垫→地锚坑、泥浆坑开挖→地锚安装→钻机及配套设备就位→测量钻孔轨迹曲线→导向孔钻进→预扩孔、扩孔回拖拉管→泥浆处理→验收(在预扩孔工序开展之前同时进行管道组焊→补口补伤→试压检验)。

1)测量放线。

由于地下暗挖属于危险性较大的分项工程，故在施工前施工单位应编制专项施工方案并组织进行专家论证，开工前由建设单位组织设计交底，项目根据设计图纸和技术方案进行测量放线。

根据测量放线结果，联系当地主管部门或政府办理临时征地手续，没有经过主管部门同意不得进入现场施工。

根据施工用地的大小及入出土点的坐标进行测量放线，并放出施工作业用地边线。

2)施工作业场地设置。

穿越施工场地作业面积：入土点钻机场地：25 m×55 m(泥浆坑5 m×3 m×2 m)，出土点场地：25 m×35 m(泥浆坑 5 m×3 m×2 m)，四周安装隔离区。

3)地锚坑、泥浆坑开挖。

挖、砌排浆池(两面各1个)及地锚坑(1个,用于穿越主管)，排浆池尺寸为5 m×3 m×2 m，排浆池四周要做好防止塌方的措施。

地锚坑的设置需要和穿越主管道保持中心一条线，尺寸为6 m×8 m×3 m，挖坑时要注意放坡。

4)地锚及泥浆用料准备。

将地锚放到主管穿越地锚坑内，将地锚放入后，保证在回拖管线过程中地锚的稳固。

泥浆用料准备：施工用淡水取水放入水罐，经沉淀后利用；膨润土及必要的添加剂及时运到。

钻机就位于穿越管线位置，将地锚放入穿越管线的地锚坑中，根据施工布置图将钻机及配套设备就位于穿越管线的就位位置上。

6)测量钻孔轨迹曲线。

根据工程设计要求、地质条件、钻杆的最小曲率半径、管线允许曲率半径、埋设深度等多方面因素，测量设计最佳轨迹曲线。导向孔轨迹由三段组成，第一段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二段是管线穿越障碍物的实际长度，第三段是钻杆露出地面的过渡段。合理的穿越曲线是进行导向钻施工的基础和前提。轨迹曲线主要包括：水平倾角、方位角、入土角、出土角、穿越水平长度、最大管线埋深和曲率半径等。

7)导向孔钻进。

导向孔的钻进必须按照设计测量的钻孔轨迹曲线参数进行。采用随钻测量系统，在钻具内安装测量探头，通过探头测量钻头的位置参数，并通过有线或无线的方式将实时检测数据传送到地表接收仪器。监控操作人员通过这些数据采取适当的技术措施调整控制钻进方向的机构，使得钻孔在设计测量的轨迹曲线范围内进行钻进。

钻进初始2 m左右，要测试探头发射工作是否正常，钻进过程及时进行纠偏，纠偏要适度，避免纠偏造成不必要的麻烦。

钻进需要连续作业，避免工程中途停钻，所以穿越的管线需要提前进行预制并做好防腐外层，做好一切准备工作。

绝对式编码器是直接输出数字量的编码器。它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区组成，码盘上的二进制数码的位数是其码道数，相邻两个码道之间的扇区数目是二倍关系，光源在码盘的一侧，光敏元件在码盘的另一侧；码盘不同位置的光敏元件根据是否收到光照转换出相应的电平信号，形成二进制数。结构示意如图3所示。

8)扩孔钻进。

扩孔主要是将导向管的孔径扩大至所铺设管线的管径以上，作用是减少回拉管的扩孔工作量和回拉管的阻力。

在钻孔对面的出口坑将扩孔器连接在钻杆上，回拉进行扩孔，并在其后面不断加接钻杆。直径大的管线，需要进行多次扩孔钻进，直至满足要求为止。

扩孔时要严格执行扩孔钻进技术规程，对钻进过程中的回拖力、转速、冲洗液量三个工艺参数进行控制。扩孔钻进尽可能采用大泵量，便于扩孔钻进。

9)回拉铺管。

回拉管线采用钢管时用焊接方式与拉管头连接，采用PE管时用夹管装置连接。管线按照施工方案进行保护层设置，使管道在不同的地质中减少腐蚀，保护层不得使用缠绕式保护。

回拉管铺设前，必须对焊缝进行无损检测，确认与拉管头的连接牢固及管线检验合格方可进行回拉。回拉过程中加强双方的联系，保证质量的情况下把管线铺设到位。

在回拉管时，必须保证导向孔内有足够的泥浆，作用是利用泥浆的失水特性在孔壁形成泥皮可以保护孔壁，同时可以减少孔壁与管道之间的摩擦，保证了回拉管的顺利进行。

10)穿越完成后，进行设备转移，钻机场地地貌恢复、剩余泥浆处理和标志桩安装。

2 施工中相关问题的预控

1)地形勘测是导向孔轨迹设计前必做的工作之一，目的是查清施工线路上路的宽度、污水管最深部位的深度、路两边的高差和出土点与入土点的通视情况。

2)管材曲率是轨迹设计的重要依据，在进行轨迹曲线设计时要保证曲线的每个弧段的弯曲半径要大于所铺设管线的最小弯曲半径；曲线的每个弧段的弯曲半径要小于钻杆最小弯曲半径。

3)施工之前，施工项目管理人员必须组织召开施工专项方案和技术交底会议，并对实际操作人员进行有针对性的技术安全教育培训，考核合格后上岗。要确保方向监控人员与开钻人员的密切配合，开钻人员听从方向监控人员的指令，并按照指令操作，杜绝人为操作失误造成的方向偏移。

4)在钻前，对《岩土工程地质报告》作认真分析研究，尤其是出土一侧的地层情况，避免钻头在向上倾斜时，因土质过硬或过软而无法抬头造成延长出土。

5)卡钻的处理：防止卡钻，主要是进行人为因素控制，降低泥皮的摩擦系数，提高泥皮质量来解决，保证良好的泥浆性能，使泥皮薄而光滑是防止卡钻的主要手段。采用的方法是：保持低固相含量，泥浆含砂量不得超过0.5%；在泥浆内混入植物油；加入0.3%的石墨粉；使用润滑性良好的润滑体系。

6)防止出现跑浆的处理：成立泥浆应急小组，导向孔钻进阶段是管线穿越的关键，因为管线穿越孔还没有钻通，因此在管线导向孔的前100 m，将采取比较大的泥浆量，泥浆的流量较大便于携带出破碎的泥土，使孔始终是通路。在导向孔的后半段，泥浆压力要减小，因为穿越距离长时泥浆很难再从入土点孔洞内返出。

开始扩孔的前半段，要采取比较大的泥浆量，利用泥浆的流动把孔内的泥土带到出土点。当扩孔中段，泥浆量要减小。

在管线回拖阶段，因为整个穿越孔内充满了泥浆，因此在回拖管线的过程中，泥浆的排量与压力不用太大，随着管线进入穿越孔洞，孔内的泥浆将被管线挤出，因此管线的回拖速度不能太快。

7)回流泥浆的处理：钻机场地和管线组装场地各有一个15 m×20 m×2 m返浆收集池，泥浆通过排浆池收集，经沉淀之后处理；钻机场地泥浆经过泥浆回收池沉淀后，再经过泥浆回收系统回收再使用；焊接场地的泥浆：在进行主管穿越时，焊接场地返出的泥浆首先利用回收池收集沉淀，然后回收到钻机场地的排浆池中再利用。

总之，非开挖施工属于危险性较大的分部分项施工工程，施工前必须编制专项施工方案，经过施工单位审批后组织专家分析论证，在确保技术先进、安全可靠、经济合理的情况下开展工作。

[1] 胡远彪，王贵和，马孝春.非开挖施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[2] CJJ 104—2005，城镇直埋供热管道工程技术规程[S].

[3] GB 50235—2010，工业金属管道工程施工规范[S].

Discussion on trenchless pipe laying construction technology of horizontal directional drilling

Zhao Haijun

(ShanxiFourthConstructionGroupLimitedCompany,Taiyuan030012,China)

This paper introduced the trenchless pipe laying construction personnel organization and used machinery and equipment of horizontal directional drilling, elaborated in detail the measuring unreeling, construction site set up, drilling rig and related equipment in place, guide hole drilling and other a series of construction technology, and summarized the pre-control measures of related quality problems in construction, in order to promote its popularization and application.

horizontal directional drilling, digging, machinery, mud

1009-6825(2015)28-0111-02

2015-07-27

赵海军(1977- )，男，工程师

TU990.3

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