水平定向钻技术在供水管道穿越工程中的应用

杨 磊

（河北省水利工程局，石家庄 050021）

1 工程概述

献县2017年度地下水超采综合治理农村生活用水置换项目管道工程，淮镇引水支线穿子牙新河左堤及主河槽，穿越长度774.46m。本段入土点桩号19+195.54；出土点桩号19+970。穿越钢管选用DN600单PE涂塑复合钢管，壁厚14mm，管件壁厚16mm。定向钻穿越平面如图1。

图1 定向钻穿越平面示意图

由图1可知，始弯曲段水平长度171.81m，水平段长度445.12m，终弯曲段水平长度171.81m，共774.46m。

2 施工准备

2.1 材料

本工程穿越钢管DN600单PE涂塑复合钢管，由建设单位提供，开工前对甲供材料认真核验，核验管材管件材质证明书、合格证等资料。

对甲方供物资材料的产品说明书、产品出厂合格证、相关质量证明文件等资料，验收做好准备；对自购料采购的管理办法、审批程序，做好自采物资工作，做好临时仓库、场地的仓储准备工作。

2.2 施工机械

根据本工程的施工工艺要求，确定施工用设备的规格、型号和数量。组织维修人员对计划投入的施工机械设备逐台进行检修和保养，保证施工机具处于正常使用状态。

投入主要施工机械：GD-100T型水平定向钻1套，导向仪器2台，水准仪1台，全站仪1台，挖掘机2台，起重机1台，拖车1台，泥浆泵1台。

2.3 场地准备

临时用地设在管道沿线，堆管场地布置于此；提前做好交桩、测量和放线等一切准备工作；做好现场“四通一平”工作，并在危险区、交通要道等位置设置安全警示标志牌。

2.4 文件及资料准备

编制项目管理计划、管理制度、质量管理体系、安全管理体系等。

3 施工方法

3.1 施工测量

对测量资料进行复核，校验测量基准点的精度，确保测量资料和数据的准确性。进行施工平面控制网点的布设，并对所布设的控制网进行外业施测及内业平差计算，分析控制网精度，高程控制网布设，选择牢固基石或埋设混凝土桩作为水准标石，再根据施工需要对高程控制点进行加密，满足施工规范要求。

平面控制网点和水准点满足精度后，将测量成果报监理工程师，取得批复后，进行施工。

测出管道安装中心线，标出中心桩，间距不大于50m。

3.2 施工放线

安装线路中心线和施工作业带边界确定后，用白灰放出边线。

根据中心线桩和出、入土点桩放线。入土点作业区50m×50m，放线原则：按照入土点位置，前后分别设15m和35m，左右设20m和30m。泥浆池为20m×20m；出土点作业区40m×30m，放线原则：以出土点为基准，前方30m，后方10m。用白石灰将边线和穿越中心线标识出。

3.3 设置护桩

线路控制桩和沿线路的临时性、永久性水准点设置护桩。

3.4 施工区清理

3.4.1 作业带清理

使用挖掘机和装载机进行整平，将地表杂物、沟坎等进行清理、平整。

3.4.2 定向钻机作业区清理

（1）入土点作业区修筑。入土点边线用白石灰标出，入土点作业区尺寸50m×50m，人工清理作业区中的杂物。在作业区边周围用挖掘机开挖排水沟，排水沟尺寸0.5m×0.5m。

挖泥浆池及地锚坑各1个，泥浆池尺寸20m×20m×2m。泥浆池内铺土工布。地锚坑尺寸5m×3m×1.8m。

（2）出土点作业区修筑。出土点作业区长40m，宽30m，用白石灰将出土点作业区标出，人工清理作业区中的杂物。在作业区边线周围，开挖排水沟0.5m×0.5m，将水排至便道排水沟内。

挖泥浆池1个，泥浆池尺寸20m×20m×2m。泥浆池内铺土工布。

3.5 钻孔及扩孔

3.5.1 钻孔机具安装、调试

开钻施工前，认真检查钻杆、扩孔器等钻机具质量，清洗丝扣，再进行无损检测，主要有钻头直径、板式扩孔器水眼等，在扩孔和回拖前，检查扩孔器的水眼是否畅通，锁销是否完好、卸扣有无变形、万向节的丝扣润滑完好程度等。

3.5.2 试钻孔

钻孔机具连接完成后，对设备进行单机试运，并调试泥浆、控向系统。配备足量的泥浆，进行喷射，钻机试钻进20～30m，检测各系统和各部位的运行情况，发现问题后及时进行处理。

3.5.3 管材组焊

在钻机试钻的同时，根据拖管的长度，严格按照相关标准进行组焊，做好管道试水压试验。

3.5.4 钻导向孔

开钻前，准备好表格纸；开钻后，绘制钻进导向孔的横、纵坐标曲线图，作为永久保存资料。

导向孔钻进施工时，检查井眼返出泥浆情况，及时取样，检查泥浆性能是否满足规范要求，并做好记录。钻进施工时，穿越曲线偏移量、出土点的横向偏差和纵向偏差严格按照规范控制，导向孔实际穿越曲线与设计穿越曲线的偏移量半径不大于1%，出土点沿设计轴线的横向偏差不大于穿越长度的1%；纵向偏差不大于穿越长度的1%，且不超过3m。

3.5.5 扩孔

在出入钻两端，为方便连接接头，在地面以下2m深的位置进行开挖，及时观察扩孔情况，发现扩孔不顺畅时，进行一次洗孔。扩孔器直径比穿越管道直径大150mm。根据现场扩孔情况，确定下一步钻进施工参数，在扩孔中，严格控制泥浆质量，防止塌孔。

3.5.6 管材试压

定向钻穿越管段回拖前，单独进行水压试验，试验压力须符合要求。水压试验包括：试验前的准备工作、管线充水、封堵、打压和排水等试验的所有工序，在试验管段灌满水后，要在不大于工作压力的条件下，充分浸泡后进行试压，浸泡时间不少于24h。

水压逐渐升至试验压力后，停止加压，保持恒压15min；15min后检查压力变化、渗漏流量，符合规范要求为合格。

3.6 管道回拖

在出土侧开挖发送沟，管线回拖时，用吊车和钻机将管线吊起向前推进，减少回拖力。在管线和钻具连接完成后一起回拖。所有准备工作完成后开始回拖，回拖时不能停顿，将成品管线拖至预定位置为止。

4 施工技术措施

4.1 泥浆质量控制

为保证泥浆性能，使膨润土有充足的水化时间，在用量不变时，采用2座泥浆罐；采用罐车运送自来水，按照设定好的泥浆配合比，采用优质膨润土，再搭配添加剂，配出符合要求的泥浆，提高泥浆悬浮和携带能力，稳固井眼，形成稳固的保护层，防止钻孔垮塌。

4.2 管道回拖

本工程定向钻穿越大堤和主河槽，关键在与于管道回拖施工。根据提供的河流水文、河床轮廓图及地质勘探资料，确定定向钻位置线，打定位桩。严格按照设计的钻进轨迹要求，安装调整钻机位置和角度。

4.3 防漏堵漏措施

严格控制泥浆的密度，钻导向孔时控制好钻速、均匀钻进，开泵时可先小排量，返出后逐渐加大排量，反复洗孔，避免压力激增憋漏地层。地表出现泥浆跑漏的情况后，立即进行围堰处理，用泥浆泵将泥浆吸入罐车，然后运至指定地点。

4.4 防塌措施

泥浆配置过程中，每30min测量一次泥浆性能，检测泥饼的质量，如不合格，根据实际情况，适量增加防塌剂的用量。

4.5 防卡措施

在本工程中，防卡也是重要工作，首先要注意泥浆过滤饼的质量，泥浆要保持性能良好、滤失量小、泥饼薄且坚韧致密、具有良好的流变性能等。根据施工情况加入适量固体防塌润滑剂、无污染液体润滑剂，减小摩擦阻力。

5 结语

水平定向钻拉管施工具有无污染、噪音小和速度快等优点，施工时间和季节不限制，施工占地少，施工周期较短，成本较低，安全性较高，不需要对地表进行挖掘，在各种工程施工中被广泛应用。