非开挖定向钻施工在运营高速公路排水中的应用

高进帅

（河北锐驰交通工程咨询有限公司石家庄市050000）

非开挖定向钻施工在运营高速公路排水中的应用

高进帅

（河北锐驰交通工程咨询有限公司石家庄市050000）

作为非开挖施工的重要分支，定向钻技术以其不影响车辆通行的施工优势，在运营高速公路养护上的应用越来越广泛。以DN361.8mm排水管道定向钻穿越黄石高速公路工程为实例，介绍了定向钻施工的技术特点，指出了设计的基本原则和设计要点，简要介绍了主要施工工艺，并结合高速公路养护施工的特点，阐述了交通组织、施工沉降观测及施工应急预案等重要保障措施。

定向钻；高速公路；排水

非开挖定向钻是一种在不开挖路面、不阻断交通、不破坏环境的情况下，将管道从障碍物下方穿越的施工技术，具有导向精度高、施工周期短的特点，大大减小了对高速公路路基、路面的影响，尤其是保证了施工中车辆的正常通行。随着经济社会的不断发展，交通量迅猛增长，非开挖定向钻技术在运营高速公路上必将得到越来越广泛的应用。

1　工程概况

其中途径衡水深州境内时，自K218+877至K189+089（约30km）路段为利用原G307旧路进行修建，高速公路主线北侧即为石津总干渠（灌溉性质），公路排水直接排至灌渠内，建设期未设置高速边沟。根据国家南水北调规划设计，2015年末石津总干渠作为河北省南水北调配套工程，将向衡水、沧州地区输送饮用水，水质要求达到二类饮用水标准，因此高速公路路面沥水严禁排入干渠内。

为有效解决黄石高速与石津总干渠南水北调配套工程并线路段的路面排水问题，保证高速公路行车安全，确保南水北调供水水质安全，拟定了于高速公路北幅路侧增设排水边沟，集中汇流，通过在沿线增设的100座横向圆管涵将水排至主线南侧边沟的排水方案。

为保证施工期间高速公路的正常运营，新增横向排水圆管涵采用非开挖定向钻施工技术。设计排水管径为DN361.8mm，管壁厚度19.1mm，每道管涵长度32m，入土角15°，出土角0°，管材采用HDPE平壁管，压力等级0.6MPa，环刚度不小于8kN/m2。

2　工程地质

项目所在深州市，地处滹沱河故道，属黑龙港流域，地势平坦，土层深厚，以壤质潮土为主。黄石高速公路该路段填土高度在1.5～2.5m范围内，定向钻增设HDPE管位于高速公路路面顶面下方1.8～2.5m范围内，涉及土层为高速公路填土路堤部分，主要为粘性土、粉质粘土，无不良地质。

3　主要设计参数的确定

（1）穿越深度的确定

定向钻穿越高速公路时，管道敷设埋置深度对结构的安全性、施工的可行性具有重要影响，由于黄石高速公路的路面结构层厚度达到了73cm，因此参考《公路路基设计规范》中关于岩溶地区路基的概念，根据7.6.2章节的有关要求顶板厚度与路基跨越溶洞长度之比大于0.8，得到管顶覆土深度位于路面结构层下方即可；由于公路行业目前针对非开挖定向钻敷设管道无国家规范可依据，参考福建省工程建设地方标准《水平定向钻进管线铺设工程技术规程》中的有关规定，定向钻管道敷设穿越高速公路的管顶最小埋置深度为路面以下2.5m。

由于黄石高速公路该路段填土较低，埋置深度较深的情况下管道的排水效果差且后期养护困难易出现淤塞，综合各方面因素考虑，管顶最小覆土深度确定为1.8m，位于高速公路路基工作区下方。

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（2）导向轨迹设计

黄石高速为东西走向，北侧为石津干渠渠道，南侧为农田，入土点选择在南侧农田内，距离管道接收坑（位于高速公路边沟处）25m，为尽量减少农田占用面积，设计入土角选定为15°，出土点位于北侧干渠渠道边坡上，设计出土角为0°。选定各参数后经计算，钻杆弯曲半径约为1500D，满足钻杆的最小1200D的最小曲率要求，HDPE管道为水平放置，因此不存在施工回拖曲率半径的限制。

（3）管线回拉力计算及机具选择

定向钻回拉力计算：

式中，Py为扩孔钻头迎面阻力，Pf为管周围摩阻力（kN）。

式中，Dk为扩孔钻头外径，终孔选定为500mm钻头，管道外径D为400mm，Ra为迎面土挤压力，粘性土选定为60kPa，L管道长度为32m，f为管道与周围土的单位侧摩擦力（kN），粘性土中选定为0.4kPa，经计算可得到回拉力为27.8kN，钻机根据计算回拉力的1.5～3倍选用。

（4）HDPE管强度计算

按照管顶最大覆土H=2.13m进行计算，管顶各路面结构层和上路床石灰土的折合恒载合计为42kN/m2，由于埋置深度基本位于路基工作区以下，不再考虑车辆荷载的影响，本项目选用的HDPE管材为PE80级，容许公称压力不小于0.6MPa，满足受力要求。

4　施工保障措施与应急预案

定向钻施工穿越运营高速公路是一项具有一定风险的施工方法，其主要施工流程如图1所示，为确保施工中高速公路的运营安全和降低施工后的路面沉降风险，特别制定了拉管完成后压注水泥浆的技术措施，且为应对施工中的突发情况制定了应急预案。

（1）水泥浆置换填充

在拉管施工时，将注浆用花管用抱箍固定于HDPE排水管顶端，花管与排水管一并拖拉进入钻孔内，拉管完成后进行注浆，将排水管周围孔隙中润滑泥浆全部置换为水泥浆，以保证施工后高速公路路基的稳定性，同时减小沉降量。

注浆花管采用钢管，外径54.8mm，浆液采用纯水泥浆，浆液在搅拌均匀过筛后，再泵送加注。注浆浆液配合比为水泥∶水∶膨胀剂=14.154∶10∶1.389。注浆水泥采用不低于32.5R的水泥。在注浆前应进行室内配比试验和现场注浆试验，可根据实验结果合理调整施工参数。

在现场施工中选用了高速水凝材料，采用现场搅拌，材料凝结时间可以调控，材料混合后，凝结时间可控制在10～60min，早期强度高，2h可达到1.5MPa以上，混合料也可以和周围土颗粒发生反应，形成强度，混合料凝固过程及凝固以后不收缩。

注浆压力为1～5MPa。注浆结束标准：

①注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆10min以上。

②水泥浆注入量达到设计数量，空隙填充达到90%以上，且结束时的进浆量在20～30L/min以下。注浆路段注浆孔完成后，进行效果检查和评定，不合格者补充钻孔注浆。注浆压力由小到大依次施加，避免一开始就采用大注浆压力。

（2）施工沉降监测与应急预案

定向钻施工的监控包括对高速公路路面沉降、开裂、水平位移等内容，施工前对定向钻下穿范围路面进行布点标记，布点范围为排水管轴线两侧20m，布点间距纵横间距为2m，施工开始后，需详细记录路面点的三维坐标，同时仔细观察、记录路面裂缝情况，发现问题及时处理。

沿定向钻施工轴线观测路面沉降超过3cm时，应按照紧急预案要求准备路面处置材料和设备。

紧急预案：

①路面检测发生沉降超过1cm后要进行路面处置预警，路面处治施工区域应按照《公路养护作业规程》的要求摆设限速、限行、施工标志、反光锥等；

②材料准备：细粒式沥青冷料、小型路面铣刨机1台，小型压路机1台；

③处理措施：铣刨路面，沿管线中心左右4m范围铣刨2cm，铺设沥青冷料，沥青冷料高出路面1.5cm，压路机压实；

④处置路面时分车道进行，冷处理结束后开放交通。

5　结语

本次排水改造采用定向钻施工技术穿越运营高速公路，充分体现了不污染化境、不影响交通、对高速公路路基破坏小、施工安全可靠、施工周期短、社会与经济效益好的特点，充分体现了非开挖施工的优越性，同时也开创了定向钻施工在河北省运营高速公路养护中大规模密集应用的先例，为以后非开挖技术在高速公路养护工程中的应用奠定了基础。

［1］ 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50268-2008给水排水管道工程施工及验收标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［2］ DG/T J08-2075-2010，J11722-2010管线定向钻进技术规范［S］.上海：2010.

［3］ 苏向军.污水管道定向钻孔托拉法施工技术［J］.中国市政工程，2008（2）：41-44.

［4］ 朱璇，屈学平.DN630供水管道定向钻穿越淮河工程的设计与施工［J］.非开挖技术，2011（2）：11-14.

Application of Non-Excavation Directional Drilling Construction in Operating Expressway Drainage

GAO Jin-shuai
（Hebei Reach Traffc Engineering Consulting Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050000，China）

As an important component of non-excavation construction，directional drilling technology has a construction advantage of not influencing vehicle traffic.It is more and more widely applied in operating expressway maintenance.Taking directional drilling of DN361.8mm drainage pipeline crossing an expressway engineering as a living example，technical features of directional drilling construction are introduced，the basic principle of design and design points are pointed out，and main construction technologies are introduced briefly.In combination with features ofexpresswaymaintenanceconstruction，importantsafeguardmeasuresliketrafficorganization，construction settlement observation and construction emergency plan and so on are elaborated.

Directional drilling；Expressway；Drainage

U417.3

B

1673-6052（2016）03-0120-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.035