水平定向钻在市政管网工程中的应用及控制

文/宁平春 岳阳市规划勘测设计院 湖南岳阳 414000

1、施工工艺流程

导向钻机放置在入土点，钻进至出土点，分级扩孔至合适的孔径,然后再由出土点向入土点将成品管道回拉牵引到位。具体程序如下：

1.1 设备就位安装

导向钻机分为三大部分：一是导向钻进系统，二是动力系统，三是泥浆系统。导向钻进系统是根据设计要求导向钻进，回拉扩孔，回拉拖管的系统；动力系统是为钻进系统提供液压动力的系统；泥浆系统为钻进系统提供合理的钻进液。

1.2 导向轨迹设计

根据污水管道敷设技术要求和非开挖管道敷设的技术规范要求，并结合施工场地情况、地质条件及PE管的特点，合理设计导向孔的入土角控制、控制导向孔轨迹应尽量平滑等。

1.3 导向孔的轨迹由三段组成

向下造斜段（辅助施工段）、水平段、向上造斜段 (辅助施工段)。

1.4 导向孔施工

钻机钻杆前端设导向装置，导向装置把钻进的参数发送到接收装置，控向员根据接收装置接收到的信号按设计轨迹引导钻头钻进施工。钻进过程中，地面测量人员随钻进同步测控。

1.5 管线连接施工方法

PE管道的连接采用电热熔带接口连接，保证连接处承受的拉力远大于施工回拖力，严格执行PE管道的连接操作规范。

1.6 分级扩孔、回拉成品管

导向孔贯通后，卸下导向钻头，装上流线型挤压式扩孔钻头，逐级回拉扩孔，扩孔至回拉成品管外径的1.2-1.5倍孔径，最后将成品保护管顺着扩孔轨迹牵引到位。

1.7 场地清理，设备撤场

2、施工前的准备工作

在市政污水管线施工前，需要对工程情况进行具体调查，对拉管施工区域地表以及地下情况进行掌握和了解，以此来对管线施工的单段长度和施工作业区域进行合理设计，对进出洞口位置进行合理选择，从而更好地应用非开挖拉管施工技术。

水平定向钻施工区域和单段施工长度的划分调查需要从三个方面来着手：一是探查地下管线，对原始资料进行查阅，借助于专业仪器，保证不会对既有管线造成影响；二是地质勘查，主要是调查管线位置的地质情况；三是调查地表建筑物及设施，对地面情况进行调查。

3、污水管线的标高控制及导向

3.1 合理设计导向孔轨迹

在导向孔的施工中，要严格依据测量定位的轴线和标高来对导向钻头的方向和深度进行控制，在钻进的过程中，因为地层情况在不断的发生变化，需要对钻进参数进行适当调整，避免各类异常情况的出现，如钻压突变、泥浆漏失等，完成了导向孔的施工之后，需要结合要求来复核工作坑入土口、接收坑出土高的标高和方位等，保证出孔符合于设计要求。

图1 拉管施工示意图

3.2 控制合理的分段长度

工作井区间的距离控制在150米到300米之间。

3.3 导向控制及措施

污水管道与其他管线不同，污水管道的重力流特征决定了其必须控制管道的坡度且要求管道的坡度和标高误差必须满足《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）的要求，这对水平定向钻的成孔控制提出了更高要求，能否确保在污水管道工艺要求，决定了该施工工艺能都在排水施工应用。为了保证导向的精度，主要采取了以下三项措施：一是适当设置工作坑，确保水平定向钻的导向钻头的入土角度和标高；二是在水平定向钻分段设计时，充分考虑水平定向钻实施的可行性；三是增加水平定向钻施工过程测量频率，精确换算管位深度；四是减少测量干扰，尽量在车辆较少等测量干扰少的时间段进行施工、测量。

4、级配泥浆的护壁及作用

泥浆的主要作用是起到润滑和护壁的作用，因此泥浆必须具有吸附、凝聚和悬浮的特性。吸附功能主要是吸附水平定向钻扩孔阶段产生的泥沙，使其与配好的泥浆混合，悬浮的功能是确保泥沙持续保持悬浮状态，在水平定向钻施工时泥浆处于流动状态，且还能起润滑的作用。凝聚和吸附的功能则是泥浆吸附在刚成孔的孔壁壁上且迅速凝结，形成较坚固的孔壁，防止孔壁周围的泥土沙石塌落堵塞成孔。

优质的级配泥浆应用到水平定向钻施工的导向、扩孔、拉管阶段中，具有造壁性能和明显的润滑效果，实现水平定向钻机头降低扭矩的目的，工程中常遇穿越地层为粉质粘土、粉砂等软弱地层，因此对级配泥浆提出更高的要求：

（1）级配泥浆具有良好的流变性，具有携带钻屑的能力

在水平定向钻孔施工中，级配泥浆最主要的作用就是携带水平定向钻进过程中产生钻屑，因为污水管线施工中为斜坡孔，因此要求级配泥浆有较强的携带钻屑的能力，防止钻孔过程中钻屑沉积，造成钻孔、扩孔回拖困难等施工事故。

（2）级配泥浆具有较低的摩擦系数，润滑性能优良

在水平定向钻孔施工中级配泥浆的润滑性能是关键，提高级配泥浆的润滑性能，可以极大提高水平定向钻单位施工长度；在水平定向钻拉管施工中，可以降低回拖拉力，提高单位回拖距离，减少工作坑的数量，降低工程造价。

（3）级配泥浆具有较强的护壁作用，在孔壁形成强度高的泥皮，维护孔壁稳定，防止泥浆流失，尤其在粉质粘土、粉砂等易坍塌的地质地层，目前使用的级配泥浆主要有两类：一类是化学级配泥浆，如丙烯酰胺、水玻璃、硅酸盐和各种化学合成乳胶。这类化学乳胶注入地层，形成凝胶，提高孔壁的稳定性；这类级配泥浆的特点是：凝结时间可以调整，能实现快速固化，且级配泥浆具有渗透性和流动性好。另一类是无机凝胶物质材料，如各种水泥混合浆液，当在流沙层或比较严重的漏失地层中使用。

5、施工事故及应急措施

由于定向钻非开挖施工具有高风险，不可预见因素多的特点，施工中常出现问题甚至事故，发生事故应立即向项目部汇报并组织技术专家进行情况分析，及时调整方案，采取补救措施。常用的事故原因级应急措施见下表1：

表1 常用的事故原因级应急措施

结语：

水平定向钻技术是一种环境影友好、建安工程造价低、施工进度快的非开挖施工工艺。它解决了传统开挖施工对居民生活的影响，对交通、周边建筑物基础的破坏和不良影响；水平定向钻施工工艺与其它施工工艺比较，具有进出场地速度快，施工场地能灵活调整，尤其在市政管网工程施工时具有明显的优越性，并且施工占地少工程造价低。在市政地下管网工程中，水平定向钻技术将得到越来越多的运用。