市政供水管道施工中水平定向钻进技术的应用

汪时雷

城市化进程的加快，为社会经济的全面发展注入了活力。市政供水管道工程作为现代城市建设的基础设施之一，市政供水管道钻进技术水平也得到了显著提升。水平定向钻进技术作为市政供水管道施工中常用的施工技术之一，该施工技术的有效应用，促进了市政供水管道工程施工质量和效率的有效提升。由于水平定向钻进技术的应用最大限度地满足了城市市政供水管道非开挖段施工提出的技术要求，所以，加强水平定向钻进技术在市政供水管道施工中应用研究的力度，对于我国城市市政供水管道施工质量和效率的提升有着极大的促进作用。文章简单阐述了市政供水管道施工中水平定向钻进技术的应用。

社会经济高速发展的同时，人们对城市生态环境的重视程度也随之越来越高。为了有效减少城市市政供水管网施工对地面环境、交通等各方面产生的影响，各个城市都根据自身建设发展的实际情况，加大了非明挖式水平定向钻进技术在市政供水管网施工中应用的力度。随着水平定向钻进施工管道管径的不断增大，施工企业的穿越跨度能力也随之提高。所以，施工企业在市政供水管道施工中采用水平定向钻施工技术时，应当切实做好施工质量评估的相关工作，确保市政供水管道工程施工的安全顺利进行。

一、水平定向钻进技术优势分析

1. 传统方式出现的问题

传统的市政供水管道铺设施工过程中一旦遇到河流，施工企业采取的大开挖施工方式，不仅要破坏河堤，而且还要做好河堤的引流工作，而这无疑增加了开挖工程的工程量与施工难度，增加了市政供水管道的建设成本。第二，施工企业在进行新建公路市政供水管道的铺设施工时，针对新修建公路进行的挖掘施工，降低了公路工程的整体质量，缩短了公路使用寿命，严重的还会因为引发交通堵塞的情况，造成不必要损失和巨大的资源浪费。第三，市政供水管道铺设施工过程中，如果遇到跨度较大、埋深较深的障碍物时必然会因为市政供水管道出现埋深不足的情况，增加市政供水管道铺设施工安全隐患的发生率。

2. 水平定向钻进技术优势

（1）水平定向钻进技术在市政供水管道施工中的有效应用，降低了市政供水管道施工对周边交通、绿地植被以及居民正常生活产生的影响，彻底解决了传统开挖式市政排水管道施工技术存在的不足之处，提高了市政供水管道工程施工的质量和效率。

（2）现代化穿越设备具有的穿越精度高的特点，不但有助于施工人员合理调节供水管道敷设方向和埋深，同时有效避开了地面障碍物对市政供水管道施工产生的影响。

（3）由于城市市政供水管道的铺设深度大多在3m以下，如果排水管道需要通过河流时，则埋深一般为9～18m，所以，施工企业在市政供水管道施工过程中，采用先进的水平式定向器施工，不仅降低了供水管道施工对周边环境产生的影响，同时起到了保护施工区域地形的作用，满足了政府部门提出的环境保护与治理要求。

（4）水平定向钻进施工技术作为一项对施工现场要求低且施工进度较快的施工技术，该施工技术在城市市政供水管道工程施工中的应用，提高了城市市政工程建设施工的效率。

二、市政供水管道施工中水平定向钻进技术的应用

1. 工程概况

某地区在江水置换工程施工过程中，为了最大限度地满足该地区各个乡镇的供水需求，政府部门在设计工程施工方案时，明确提出了项目施工必须在不破坏现有路面、不影响道路交通与周边居民、企业正常生活生产的前提下施工。相关部门经过全方位勘探后，最终选择了水平定向钻技术开展穿越牵引施工，按照设计要求，采取了将dn630PE给水管道，布设于规划道路一侧绿化带下方的施工方式，一次性完成430m的管线穿越施工。

2. 工程地质及地下管线情况

由于该市政供水管道项目施工现场在河流周边，且施工现场的土质主要以淤泥质粘土、粉质粘土等为主。再加上此类土层在施工过程中，普遍存在着管道导向角度调整难度较大、回拖管阻力大、洗扩孔成孔率较低以及沿线路段冒浆等问题，所以，施工企业在供水管道施工过程中经常进行焊接作业，增加了供水管道回拖的风险，对市政供水管道工程施工的进度和质量产生了极大的影响。针对这一情况，施工企业在供水管道施工开始前，按照施工现场实际情况，采取了理论计算与施工经验相结合的方式，选择使用了ZT-450型非开挖钻机设备和高品质膨润土、添加剂等作为该供水管道工程施工的材料。

3. 施工准备

该市政供水管道施工开始前，施工企业应该按照工程设计要求做好施工技术、施工材料、施工人员等各方面的准备工作。为了保证市政供水管道工程施工的安全顺利进行，施工企业在施工技术准备阶段，必须充分重视以下几方面的问题：（1）做好交接桩协调的相关工作，及时开展施工现场布点与护点的复核工作，为后续供水管道施工做好技术准备工作。（2）做好供水管道施工现场沿线地下管线情况排查工作。

施工材料的准备工作，则应该从以下几方面着手：

首先，严格按照市政供水管道工程施工进度方案，制定供水管道工程施工材料、设备清单，确保工程施工开始前，所有施工材料、设备到达施工现场。

其次，及时与施工方案设计单位进行施工技术交底工作，针对工程施工过程中消耗量较大的施工材料，必须采取预先购买的方式进行采购，避免因为市政供水管道工程施工期间出现施工材料短缺的情况，影响工程整体施工进度。

最后，定期开展水平定向钻进保养和检修的相关工作，做好设备保养检修记录工作，保证机械设备在工程施工期间保持正常运行状态。

此外，施工企业在工程施工准备阶段，必须严格按照施工现场的实际情况，组织水平定向钻进操作人员参加针对性培训活动，要求操作人员熟练掌握安全操作技术与应急处理技术，保证供水管道工程施工的安全规范进行。

4. 定向钻穿越施工

（1）泥浆制备。泥浆是非开挖市政供水管道工程施工中重要的施工材料之一，泥浆材料在供水管道施工中主要起到了保护孔壁、排除钻屑、确保地层压力保持平衡状态的作用。施工企业在制备泥浆时，应该根据施工现场的实际情况，采取就地取水的方式，将水收集到集水罐车中，然后采用沉淀技术确保经过沉淀的水质达到泥浆使用标准和要求。为了达到有效提升泥浆性能的目的，施工企业必须为膨润土留下足够的水化时间，并在保证膨润土使用量不变的前提下，通过增加泥浆存储数量的方式，为市政供水管道工程施工提供充足的泥浆。

（2）水平定向钻导向孔的准确定位。导向孔定位与轨迹设计是影响水平定向钻进技术应用效果的关键因素。施工企业在设计导向孔时，必须严格以市政供水管道工程的设计图纸、施工现场以及管道工程施工技术等参数为依据，才能确保导向孔设计方案的科学性、合理性与精确性。施工人员在确定导向孔轨迹时，应该根据市政供水管道工程施工的特点和要求，做好施工现场资料的搜集、数据记录以及管线铺设等工作，为后续市政供水管道工程施工的顺利进行提供数据依据。

（3）导向孔钻进。通过对该工程设计方案的分析，该市政供水管道工程应该使用钻头大于钻杆外径尺寸4cm的矛式钻头，然后通过在钻头上的陀螺仪实时监控钻头的导向轨迹，确保钻进施工作业的顺利进行。钻进施工过程中，操作人员应该按照导向装置传回的钻头位置与钻进线路等数据，及时调整钻头钻进方向，然后通过对钻头钻进阻力参数的分析，判断地层内部是否存在硬物或土层存在变化，以便于动态调整泥浆压力与泥浆供应量，才能达到在孔壁周边形成有效保护层的目的。

（4）分级扩孔。由于市政供水管道工程的钻孔直径是以管径的1.45倍确定的，所以，施工企业采取了7级扩孔施工方案，采用了φ450mm、φ600mm、φ750mm、φ900mm等不同规格的岩石扩孔器开展扩孔作业。导向孔施工结束后，根据施工要求，按照由大到小的顺序更换扩孔器开展扩孔回拉作业。扩孔回拉过程中，操作人员应该采取有效措施控制泥浆泵向孔壁内补充泥浆液，才能在确保孔壁表面快速形成泥浆保护层的基础上，稳固和润滑孔壁围岩。

（5）清孔。扩孔作业完成后，施工人员应该先向孔内持续注入新鲜泥浆，然后再使用清孔器，将滞留在孔内的钻屑带出，经过多次清孔后，确定泥浆内钻屑不明显即可停止清孔。

（6）管道回拖。经过预扩孔处理后，施工人员应该在确认管孔直径达到管线敷设回拖要求后，按照施工设计方案的要求，依次连接钻杆、扩孔器、回拖旋转活节，最后再从出土点位置缓缓将管线回拖至入土点即可。为了保证管线回拖过程中管线与扩孔工具之间有效连接在一起，施工人员应该借助钻机转盘带动钻杆旋转后退，直至管线回拖作业顺利完成为止。由于经过扩孔后的管孔内充满了泥浆，所以，管线在管孔内实际上是悬浮于泥浆中，因为受到泥浆润滑作业的影响，减小了管线回拖的阻力，起到了保护管壁的作用。

5. 周边环境保护措施

（1）有效控制扩孔过程中产生的回拉力与扭矩，确保两者保持一定比例。

（2）严格按照施工现场地质条件与管径大小强化管线回拖力。

（3）设定科学合理的扩孔超量数据。

（4）根据施工现场的地质情况以及各个阶段的泥浆要求，制定动态化泥浆配合比管控方案。

（5）通过对建筑物与地面沉降监测数据反馈结果，优化市政供水管道施工方案。

（6）加大导向孔钻进、回扩孔以及管道回拖作业过程中，穿越轨迹100m范围内泥浆渗漏情况的监测工作力度，通过对突入泥浆返出量确定是否存在漏浆情况，一旦发现漏浆情况或返浆异常现象，必须立即停止钻井检查，直至渗漏问题解决为止。

6. 施工效果评价

（1）施工人员在进行水平定向钻扩孔作业时，必须采取有效措施将回拉力与扭矩比例控制在允许的范围内，才能保证扩孔作业的平稳进行，避免因为扩孔作业期间，周围土体出现大幅度隆起变形的情况，破坏上部市政供水管道上部建筑物。

（2）穿越施工期间施工现场产生的噪声对施工现场周边居民正常生活产生了极大的影响。为了有效降低施工噪声，施工企业应该采取在施工现场设置噪声监测点的方式，按照监测数据，将白天施工噪声控制在50dB以内，夜间施工噪声控制在40dB以内，最大限度地降低施工现场产生的噪声对人们正常生活、工作产生的影响。

（3）由于水平定向钻具有施工精度高、操作简单且穿越距离长的特点，所以施工企业在市政供水管道工程施工过程中，合理应用水平定向钻施工技术，通过对钻进方向和埋深的有效调整，不仅保证了管线铺设的安全顺利进行，而且提高了市政供水管道工程的施工进度和质量控制效果，减少了市政供水管道工程的设备、人员、材料投入，降低了市政供水观察管道的整体施工成本。

三、结语

总之，市政供水管道工程施工中水平定向钻井技术的应用，不但有效缩短了市政供水施工工期，降低了工程施工对周边环境产生的影响，提高了市政供水工程的社会效益。所以，加强市政供水工程施工中水平定向钻井施工技术应用研究的力度，对于我国市政供水管道工程建设事业的发展有着积极的促进作用。施工企业在市政供水管道工程施工过程中，应该根据施工现场的实际情况，合理采用水平定向钻井施工技术，加大施工现场管理工作的力度，确保市政供水管道工程施工的安全顺利进行。