水平定向钻技术在综合管廊中的应用

2019-01-04

城市建设理论研究（电子版） 2018年23期

关键词：管廊钻杆定向

中冶京诚工程技术有限公司北京 102600

正文：

背景

近几年，我国城市地下综合管廊施工大部分采用明挖的方式，虽然施工过程简单，但其可能会对现状主干道路进行破坏，拆迁的经济成本较高，另外，拆迁过程中存在的钉子户甚至有可能影响工程进度[1]。此时，考虑采用非开挖技术。

在地下综合管廊分支口施工过程中，非开挖技术施工可最大限度降低对交通和环境的影响，采用水平定向钻方法可以直接将电力管道从分支口引出，避免了因开挖对周边环境造成的影响。

1.水平定向钻的施工工艺

1.1 水平定向钻的工作流程

水平定向钻进是指在不开挖地表的条件下，采用水平定向钻机成孔并敷设管道的方法[2]。它的工作流程如下：

（1）钻孔泥浆配制

泥浆的配置方法需要根据地层条件、管道穿越深度及长度来决定。

钻孔内泥浆量按下式计算：

式中: V-钻孔泥浆用量（m2）；k-比例系数，取值范围为3～5，一般取3；D-大孔直径（m）；d-小孔直径（m）

（2）先导孔钻进

钻进过程中，钻头将钻孔的位置参数发送到地面的钻进规划软件，操作人员根据这些数据及时调整实际钻进轨迹,确保达到设计的要求。

（3）扩孔

导向孔完成后,需将钻孔孔径扩大至铺设管道所需的直径，一般为管径的1.5～2.0倍。回扩时如果回扩一次不能满足要求,可回扩多次。

（4）拖管

钻孔回扩完成后，即可拖入需要铺设的管道，可将最后一次扩孔与拖管同时进行。

1.2 水平定向钻工程设计

1.2.1 管道设计要求

在进行管道回拖时，需要考虑到管道所能承受的最大回拖力。

式中: F-管道所能承受的最大回拖力（N）；σ-管道的屈服强度（MPa）；D1-管道外径（m）；D-管道内径（m）；N-安全系数，给水、排水、通信、电力管道等低压管道取2.0，燃气等高压管道取3.0

1.2.2 穿越轨迹设计

在设计水平定向钻穿越轨迹时一般需要考虑三个方面，一是所铺设的管道穿越地下的深度和水平长度，二是需要避开地下管线和建（构）筑物，三是钻进过程中对钻进角度及弧度的控制。

（1）水平定向钻的穿越轨迹应按下公式计算：

图1.2.2（1）穿越轨迹设计图

式中: α-入土角（°）；R-曲率半径（m）；a-入土端直线段的水平长度（m）；h-入土端底部直线段与地面的高度（m）；b1-入土端直线段的高度（m）；b2-入土端曲线的高度（m）；L0-底部曲线段的长度（m）；β-出土角（°）；c-出土端直线段的水平长度（m）；d1-出土端直线段的高度（m）；d2-出土端曲线的高度（m）；L-穿越长度（m）

（2）确定曲率半径

回拖管线的弯曲度大于钻杆的弯曲度时以钻杆的曲率半径计算，回拖管线的弯曲度小于钻杆的弯曲度时以回拖管线的曲率半径计算。

例如钢管的弯曲半径 R≥1200d，d为钢管的直径，直径450㎜的钢管最小曲率半径R=1200*450㎜=540m。

（3）铺设钢管的时候，每根钻杆的弯曲角度的计算：

式中: S-以钢管的弯曲半径为半径的圆的横截面积（m2）；L-钻杆的长度（m）；∝-钻杆的弯曲度（rad）

例如钢管直径为450mm，钻杆长度为3m，每根钻杆的弯曲度∝ =

2.案例分析

2.1 工程概况

华清西路是城市一条主干路，道路红线为50m，全长约1.7km。车流量大，交通堵塞，且红线内部分居民楼占用非机动车道，开挖难度较大。管廊类型为缆线管廊，位于机非分隔带与非机动车下方。主管廊采用顶管施工工艺，利用顶管工作井设计相应具有通风、吊装、配电、逃生、过路分支等功能性节点。其次，过路分支口采用定向钻工艺。