水平定向钻孔技术在铁路地下套管铺设工程中的应用

张巧江

（中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162）

1 工程简介

新建铁路京能秦皇岛热电有限公司专用线工程，自闭线和贯通线拆改项目需新设电力电缆穿越津山铁路拉管施工和区间入地施工。

自闭线和贯通线拆改需穿越榆关站K394+760、K396+103.5非开挖各敷设3孔D160mm电力电缆套管共6根。管材均选用D160mmHDPE管。自闭线、贯通线迁改长度各1598.31m。拉管过轨情况见表1，既有线邻近施工见表2，地质情况见表3，主要工程量见表4。

表1 拉管过轨情况表

表2 既有线邻近施工表

表3 地质情况表

表4 主要工程量

2 施工工艺及方法

2.1 施工前准备

（1）施工前认真勘察现场实际情况，认真熟悉及审核图纸，理解设计意图，查看现场，校核现状资料，在此基础上要求业主举行设计技术交底。施工前需探明路基填料和所有地下电缆、光缆的位置、埋深，将所有影响施工的电缆均人工挖槽、暴露于明面并按需做好防护，确保铁路行车及其安全。

（2）组织施工人员认真学习工程技术文件，深入了解工程性质、工程范围、设计意图、现场的具体情况、工程质量要求、技术和安全措施等。并且依照业主及监理的要求，对施工进度整体计划，向各参建部门下达施工任务，将技术交底工作做好。

（3）认真做好沉降观测点的布置工作(主要布置在管线穿越范围内)，以确保工程的顺利进行，随时掌握现状构筑物的沉降情况。

2.2 钻进路径

管道中心线穿越深度为轨面以下11.3m。由于穿越时其管道轨迹为一弧线，其曲率半径不得小于1000D，根据其穿越深度及曲率半径，津山线K394+760拉管设计其入土角-12%、出土角+13%，其轨迹平面如图1所示。津山线K396+103拉管设计入土角-16%、出土角+10%，其轨迹平面、剖面图如图2所示。

图1 K394+760拉管布置平面图

图2 K396+103拉管布置平面图

2.3 拉管施工

2.3.1 钻机固定及工作坑开挖

将钻机按设计位置放置，调整方向正对出土位置，钻机固定好后安装地锚桩。在钻机的正前方挖掘出一长3m，宽1m的工作坑，前面深度要大于1.5m。

2.3.2 导向孔施工

导向孔施工是这个穿越过程中最关键的环节。

采用猎鹰F5抗干扰导向仪器，配合导向钻头实现导向钻进，随钻随测，进入铁路前将钻头调整至水平度0～-2°之间，铁路下方采用旋转拉管，并实时监控钻头水平度保证0～-2°之间，保证钻头水平旋转钻进过程不向上抬起。待导向钻头通过所有铁路线路后在铁路外侧探测钻头位置，全过程导向人员不得进入铁路线路测量，严格按照设计轨迹完成实施导向孔。

泥浆在钻孔过程中自泥浆泵或泥浆混合系统和钻杆导向钻头射进钻孔中。其主要作用是使钻具降温、夹杂钻渣一起排至孔外地面，稳定孔洞周边护壁以及降低钻进所需的扭矩及拖力。

2.3.3 管材焊接

材料准备：用于焊制管件的材料其圆度应该比标准值要高，下料时需预留1cm～2cm的削切量。当管道连接时应把要焊接管件放置在平整的地表面上，夹紧管件根据所焊制的管件更替卡具，选用合适的卡瓦，削切前必须把需要焊接管材固定好，禁止松动。

削切：将要焊接的管材端头里含的杂质和氧化层切掉，确保对接端面平顺光洁。

对中：焊接管材的中线宜保持一致，尽量降低偏差，如果存在偏差，将致使应力集中，偏差应不大于壁厚的0.1倍。

加热：确保熔融料充足，以便在熔融过程中对接完美。

切换：自加热时间结束一直到熔融状态对接开始，这时间段应称为切换周期，要想熔融对接的质量有所保障，此时段越短越好。

熔融对接：这是焊接成功与否的关键所在，熔融压力应贯穿熔融对接全过程。

冷却：由于塑料材料导热性能比较低下，降温速率非常低，焊接件的形成时间相对较长，因此，焊缝的温度降低必须在特定的压力下实施。

2.3.4 扩孔施工

导向孔完成钻进后，在出土位置松开导向钻头，之后更换上Φ 160mm回扩钻头进行反向扩孔。扩孔过程中用提高泥浆的物理粘稠度、优化泥浆的配合比的办法来确保钻孔的稳固性能。具体为：回扩钻孔时泥浆的马氏粘稠度值必须维持在35～45s之间，泥浆的比重需不小于1.03，泥浆注入黏土中搅拌混合之后产生泥浆的比重需不小于1.1（由现场土质情况确定）；选取较好膨润土，增加泥浆的造浆率，使泥浆具备优异的悬浮能力；为增加泥浆的护壁能力，禁止坍塌，向泥浆液中加入特定比例的高分子聚合物，促使钻孔壁生成保护膜，以体现优良的护壁能力。

2.3.5 管线回拖及注浆

用接头把钻杆和拉管捆绑在一起，然后将钻机拉管开启，回拖过程中依据回拖速度通过钻探机注浆系统对钻孔注入合格的泥浆，确保管线回拖后孔洞的稳固，以防路基塌陷。扩孔拉管要保证不间断进行，确保钻孔中的泥浆粘稠度始终保持粘滞状态，不能使泥浆中的颗粒沉淀，确保钻孔壁的稳定[1-3]。

回拖阶段要求钻孔泥浆具有较高的护壁、携渣能力，同时还要具有较好的润滑能力，降低扭矩和摩阻力；其基本配方如下：0.07-0.08水化钠基膨润土+0.003-0.005的钻宝液。

管线回拖到设计地方之后，松开分动器、回扩头，拿出其余的钻杆，穿越管线工序结束。

3 施工注意事项

3.1 线路加固

（1）拉管穿越期间，营业线线路方向、高低、水平等须加强检查。若线路有横移现象，必须立马停止作业。现场场地空间充足时，应在现场设地锚用钢丝绳拉拽稳固线路，以防止横向移动。

（2）施工拉管穿越期间，应尽量避免扰动原状土结构。

（3)加强施工现场的设备检查整修。施工期间需要时刻观测轨道、道碴形变，加强观测，如果出现异常，及时启动急救措施，必须保障营业线施工安全。

（4）管道就位、线路加固后，施工人员依照线路维修标准，全部达到维修要求，经有关部门批复后亦可到车站的登记处消除要点并恢复正常行车。

3.2 沉降观测

（1）开工前，沿铁路两侧路基、钢轨及拉管中心方向分别设置沉降观测点，设置专职人员观察、监测，若发生路基沉陷现象，必须保障营业线行车的安全，要立即采取必要防护措施。

（2）工程开工前应尽早进入施工现场监控量测，且收集既有线路沉降数据，根据施工现场监控量测数据，编制沉降曲线，穿管过程中必须实时监控，若沉降监测数据超出预定曲线，并且超出值大于设计允许值时，应马上停工并查明原因，等完善急救的措施后，方可继续施工。

（3）将监测数据及时处理并反馈至现场，能及时用以纠正现场拉管施工。

3.3 注浆加固

（1）注浆需要依照现场试验确定的注浆工序进行。输入浆量必须可以控制，严格把握注浆压力、方向，需让专职人员来实施，若注浆压力数据突然变化或自地表、孔壁溢浆甚至跑浆时，须马上停止注浆，并立即采取有效措施，保障注浆量满足实际需要且符合设计的要求。

（2）注浆结束后，应进行监测，保障不跑溢浆。

（3）注浆过程中应加强监测，防止出现地面沉降、隆起溢浆等病害。

3.4 采取的措施

（1）施工前应将拉管施工方案报铁路运营管理部门批准，并与铁路部门协调以便顺利施工。

（2）当拉管穿过铁路所需的电力设施时，应做专项的防电绝缘措施。

（3）靠近铁路管线附近时，应探明各光缆和电缆，并经铁路部门同意做好改移和防护后，再进行下步工序。

4 结束语

2019年8月底，该工程全部施工完成，本次横穿营业线非开挖铺设6根D160mm的电缆套管施工的成功，不仅取得了较大的经济成果，同时，也让我们收获了如何应用水平定向钻孔技术穿越黏土和砂层铺设管道的宝贵经验，对类似穿管工程施工，有非常好的引导作用。