水平定向钻在寿光市供水工程中的应用

赵文卿，朱庆义

（山东省科源工程建设监理中心，山东 济南 250014）

南水北调东线一期寿光市供水配套续建工程，需要在卫东化工支线穿越S226省道公路，穿越里程桩号为4+510，穿越长度34.0m，穿越深度为路面以下4.5m。省道S226宽约15.0m，道路边线两侧地面与道路高差为1.5m左右，拟建场地施工条件较好，两侧相对高差为0.07m。据地质勘探资料显示：①层为素填土，厚度0.35m；②层为粉质砂壤土，厚度为5.0m；③层为粉砂，厚度为5.5m。拟采用水平定向钻方式施工，交通较为便利，地质条件和施工环境较好。

1 水平定向钻施工方案

水平定向钻穿越省道施工设备主要包括水平导向钻机、管线探测仪、导向探测仪、泥浆拌制系统、装载机、发电机、电焊机、吊车等。

施工工作流程为：开挖工作坑—测放标志线—安装水平导向钻机——钻导向孔。导向孔完成后进行预扩孔，扩孔时按土层情况配置相应泥浆，扩孔按设计应逐级回扩，不宜跃级。回扩孔径达到设计要求，且拉力、扭矩在安全范围内便可将预制完好的TPEP钢管进行回拖。

1.1 工作井与接收井施工

1）降排水。由于施工区地下水位埋深较浅，需进行降排水。根据现场土壤特性，拟采用管井降水方案，降水井布置在工作井和接收井周边，数量各为3眼，井深为20m，井径为600mm，每眼井出水管接至汇水总管，由汇水总管排至公路路边排水沟内。

2）工作井制作。工作井和接收井分别设置在公路一侧，工作井采用挖掘机配合人工进行开挖。工作井底板尺寸7.5m×5.0m，接收井底板尺寸为5.0m×5.0m，深度根据管线埋深而定。水位降到基坑开挖底标高1.0m以下时，进行土方开挖作业。基坑开挖上部采用挖掘机开挖，挖至底部30 cm时，采用人工进行开挖至设计标高。工作井的支护形式为工作井的四角设置型钢剪力支撑，并加设横向钢管支撑，防止塌方。工作井左右两侧进行放坡处理，两侧边坡需保证稳定，对于土质松散处可加大边坡。为了防止管道在拖运过程中左右摆动，在接收井出土点需挖一个长36.0m，宽1.5m，深4.5m的发送沟，在拖拽的过程中，为了防止管道的防腐层被刮伤，在管道底下每隔6m铺垫装有细土的麻袋，麻袋上面涂有润滑油，且采用汽车吊同时起吊并向前推进以减小钻机拖拽力。

1.2 水平定向钻设备安装

钻机进场后，应及时检查机具的完备和使用性能情况，机具摆放应距工作井3.0m以外，防止机具震动造成塌方。钻机就位必须在穿越曲线的同一方向上，钻机安装就位后进行系统连接、试运转，保证设备正常工作，各系统运转正常后试转，各种参数正常后按次序钻进。

重点检查主机地锚、泥浆供应、辅助动力、系统液压、供电电缆、各显示表盘和调校控导系统等运行情况。

1.3 水平导向钻进施工

1）测量放线。根据钻机中心线与入土点、出土点成一条直线的原则，按施工布置图和穿越轴线将钻机及附属配套设备安放在预定位置，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。

2）泥浆的配备及利用。泥浆的配制和使用尤为重要，泥浆的主要作用包括排除钻屑、保护孔壁、堵漏、平衡地层压力、冷确钻头、润滑钻具与孔壁、软化硬岩土和进行导向水射流等。施工用水以就近原则，在现场设立泥浆用水的集水罐车，加入适量的苏打粉进行漂白、沉淀，使施工用水达到泥浆用水的水质标准要求。为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不能改变的情况下，采取增加泥浆的储存的数量。为了维持孔壁的稳定，提高泥浆携带能力通常加入化学添加剂来改善泥浆的流变特性，使之能适用于不同的地层情况。

3）导向孔穿越。通过导向探测仪核查、校正钻杆的水平和垂直方向，确保穿越达到设计要求，穿越过程中按设定的标志，每隔3.0m校正一次钻头的位置，以确保钻进精度。

2 管线回拖

2.1 管线回拖准备工作

管线回拖是整个穿越工程成败的关键环节，管线回拖前要仔细检查相关设备、管件等运行和完备情况。

1）穿越管段准备完成后，在管端焊上回拖管头，回拖头保证满足回拖力，同时完成打压、焊口防腐工作。

2）出土侧需开挖发送沟,管线回拖时，须用4台吊车、一台钻机将管线同时吊起并向前推进，以保护防腐层和减少回拖力。

3）管线和钻具的连接：钻杆+φ400mm扩孔器+50T“U”型环+回拖头，总体连接完成一起回拖。

4）一切准备工作就绪后开始回拖，回拖时应一气呵成，中间不得停顿，直至成品管线拖至预定位置为止。

2.2 管线回拖采取的措施

1）连管回拖前，保证预制管线（至少出土点附近的200m管线）和穿越轴线的一致性，减少管线进入孔洞时的侧向摩擦力，确保防腐层完好进入孔洞。管道放置在装有土的麻袋上，离地0.4m，在麻袋上涂上润滑油（黄油等），以减小管线底部与地面的摩擦力。

2）为了保证管线回拖过程中管线不左右晃动，回拖采用发送沟的方式进行。

3）在回拖作业时，增加高润滑泥浆，使高润滑泥浆象薄膜一样附着于表面。

4）回拖前，对预制管线焊缝进行100%X射线探伤及100%超声波探伤，探伤合格后，按设计要求进行防腐补口，并对管线进行单独水压试压。准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪，安排专人巡视管线。

5）回拖时注意加强两岸联系，时刻注意表盘的读数。同时，做好每一遍扩孔的记录，有助于下一级扩孔借鉴，使扩孔、回拖具有可溯性，保证扩孔回拖的顺利。

6）根据地质情况及上一级扩孔情况，合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水咀的数量和直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，减少岩屑床的生成。以保证扩孔回拖的顺利。

2.3 回填、恢复地貌

拖管完成后，做好管道两端的封闭施工。当所有工作完成后，对工作井按照设计及施工规范要求进行回填。

拖管定位后，可作临时封堵，待连头工序进行完毕后，按设计要求进行正式封堵。

经建设、设计、监理、施工等有关人员完成隐蔽工序验收后，再进行分层夯填，并做地貌恢复。地貌恢复完毕后，报请有关部门验收。

3 结语

通过水平定向钻在寿光市续建配套供水工程中的应用，其施工工艺比传统的人工开挖顶进的方式更科学，加快了施工进度，缩短了施工工期，工程质量得到有效控制，安全有了很大的保障，同时降低施工成本，具有较广泛的应用前景。