陳永騫 王 杰

（中交廣州航道局有限公司， 廣東 廣州 510000）

0 引言

水平定向鉆牽引施工是近年來在市政管道工程中常用的一種方法，根據(jù)預(yù)先勘探的地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)出具體鉆進(jìn)、牽引線路，開挖入土井和接收井，然后用裝有鉆頭的鉆桿進(jìn)行逐級(jí)擴(kuò)孔，孔徑滿足設(shè)計(jì)規(guī)定之后，再卸下鉆頭裝上相應(yīng)管線回拖，完成管線敷設(shè)作業(yè)。

與傳統(tǒng)明挖回填施工相比，水平定向鉆牽引施工是一種不需要大范圍開挖土方，不破壞周圍環(huán)境，就能敷設(shè)地下管線。

1 工程概況

某綜合管線工程主要服務(wù)于某運(yùn)用庫(kù)及聯(lián)合車庫(kù)內(nèi)首層部位的污水、排水工程?，F(xiàn)場(chǎng)管道總長(zhǎng)約2899 米，最長(zhǎng)穿越距離200 米。管道地面下有約3～5 米的回填砂質(zhì)土，其下為淤泥質(zhì)土；現(xiàn)場(chǎng)存在已完工地梁，地梁頂面標(biāo)高約為-1.2 米，梁高1.2 米。

2 施工工藝

2.1 工藝流程

圖1 水平定向鉆牽引施工流程

2.2 鉆桿軌跡設(shè)計(jì)

鉆孔軌跡設(shè)計(jì)合不合理是管道施工能否成功的關(guān)鍵。鉆孔軌跡設(shè)計(jì)主要是依據(jù)設(shè)計(jì)要求、地質(zhì)情況、地形特點(diǎn)、地下障礙物、鉆桿進(jìn)出土角度、鉆桿轉(zhuǎn)彎半徑、鉆頭轉(zhuǎn)向能力、導(dǎo)向監(jiān)控能力和被敷設(shè)管線性能等綜合確定。

鉆孔軌跡按以下要求設(shè)計(jì)。①最小覆土深度不得小于設(shè)計(jì)管徑大小的5～6 倍；②管道敷設(shè)在現(xiàn)有建筑基礎(chǔ)上部時(shí)，與基礎(chǔ)水平凈間距要大于1.5 米；③管道敷設(shè)在現(xiàn)有建筑基礎(chǔ)下部時(shí)，須在持力層擴(kuò)散角之外。

2.3 配制鉆液

鉆液是在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)用以混合土屑的一種液體，它可以使切削下來的土屑變成懸浮狀態(tài)，并與之形成泥漿排出鉆孔。泥漿能起到冷卻鉆頭，保護(hù)內(nèi)部傳感器、潤(rùn)滑鉆桿及管道外壁，減少鉆進(jìn)及回拖阻力、保護(hù)孔壁的作用。

2.4 鉆導(dǎo)向孔

根據(jù)不同地質(zhì)條件和工程要求，因地制宜地選擇適合工程施工的鉆機(jī)、鉆具以及鉆進(jìn)方式，完成導(dǎo)向孔施工，注意監(jiān)測(cè)和控制鉆頭的鉆進(jìn)。

鉆孔主要靠鉆機(jī)產(chǎn)生的推力、旋轉(zhuǎn)扭矩以及鉆液的沖擊、壓力來完成施工。在牽引距離較長(zhǎng)時(shí)，由于管道和鉆桿較重，施工時(shí)與土層間摩擦阻力較大，對(duì)鉆機(jī)的回拖力及扭矩要求比較大。為了保證工程進(jìn)度和鉆孔的質(zhì)量，在鉆進(jìn)時(shí)盡可能一次完成，不要分段鉆進(jìn)。鉆機(jī)一次性運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)鉆機(jī)的性能也有較高要求。

導(dǎo)向孔施工鉆具具有鉆孔、變向、通磁和輸送鉆液的功能。

2.5 回拉擴(kuò)孔鋪管

回拉擴(kuò)孔鋪管時(shí)結(jié)合地質(zhì)情況、地下水位以及管道孔徑選擇合適的回?cái)U(kuò)鉆頭，合理配置鉆液。

導(dǎo)向孔施工完成后，先將導(dǎo)向鉆頭和發(fā)射器容納管卸下，接著裝上反向擴(kuò)孔頭、旋轉(zhuǎn)接頭，將回拉鉆桿接在旋轉(zhuǎn)接頭上，進(jìn)行反拉擴(kuò)孔。根據(jù)實(shí)際情況選擇多級(jí)擴(kuò)孔，使孔徑達(dá)到管道回拖所需尺寸。

逐級(jí)擴(kuò)孔之后進(jìn)行管道回拖，在鉆桿上接上擴(kuò)孔頭，用以最后一遍擴(kuò)孔，再接上旋轉(zhuǎn)接頭和拉管頭并連接PE 管線，然后進(jìn)行管線回拖。拉管頭和PE 管線連接時(shí)注意檢查其牢固性，防止回拖過程中管線脫落。

2.6 監(jiān)測(cè)與控制

（1）原理

采用先進(jìn)的導(dǎo)向探測(cè)儀對(duì)地下鉆頭的前后傾角、深度、導(dǎo)向板面向角等進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果預(yù)定其導(dǎo)進(jìn)方向，并不斷地調(diào)整鉆頭面角進(jìn)行鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)過程中，主要通過隨鉆測(cè)量技術(shù)獲取孔底鉆頭的有關(guān)信息，孔底信號(hào)傳送的方法采用電磁波法。在導(dǎo)向鉆頭中安裝發(fā)射器，通過地面接收器，測(cè)得鉆頭的深度、鴨嘴板的面向角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電池狀況等參數(shù)，將測(cè)得參數(shù)與鉆孔軌跡進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)糾正。地面接收器具有顯示與發(fā)射功能，將接收到的孔底信息無線傳送至鉆機(jī)的接收器，以便操作手能控制鉆機(jī)按正確的軌跡鉆進(jìn)。

（2）鉆孔軌跡的控制

A、鋪設(shè)管線的深度和水平距離；B、避開的地下管線和石塊等障礙物；C、鉆進(jìn)角度或出鉆角度的弧度變化。

3 與同類型施工比較

3.1 與傳統(tǒng)明挖法施工比較

（1）水平定向鉆牽引施工

優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)阻礙交通，不會(huì)破壞綠地、植被，不會(huì)影響商店、學(xué)校、醫(yī)院和居民的正常生活，解決了傳統(tǒng)開挖對(duì)居民生活的干擾，對(duì)交通、環(huán)境、周邊建筑基礎(chǔ)的破壞和不良影響；不用開挖溝槽進(jìn)行管道施工，減少了土方處理的工作量，減少了成本；特別時(shí)間短，任務(wù)重的情況，選用水平定向鉆更為合適。

缺點(diǎn)：水平定向鉆施工需要配制泥漿，泥漿存放與運(yùn)輸給文明施工帶來一定的負(fù)面影響。

（2）明挖回填+鋼板樁支護(hù)

若管道敷設(shè)深度較深，地質(zhì)情況復(fù)雜，可采用明挖回填+鋼板樁支護(hù)施工。 優(yōu)點(diǎn)：采用明挖開挖溝槽進(jìn)行敷設(shè)鋪管，施工質(zhì)量容易得到保證。

缺點(diǎn)：明挖+鋼板樁的施工方法能起到擋土作用，但開挖加大了土方處理量，增加了挖填土方成本。鋼板樁施打、拔除施工周期長(zhǎng)，不利于施工進(jìn)度控制。如果場(chǎng)地有限或既有建筑物較多，插打鋼板樁可能會(huì)對(duì)周邊建筑物造成破壞，施工人員人身安全難以保障。

3.2 與非開挖頂管法施工比較

非開挖頂管法施工，雖然不受地面建筑物影響，但是在長(zhǎng)距離管線頂進(jìn)施工過程中，管線容易發(fā)生扭曲和變形，可控性較低，一旦管道產(chǎn)生偏移，難以糾正。若管道埋深較深，頂管施工還需設(shè)置工作井，安全系數(shù)相對(duì)較低。

水平定向鉆牽引在施工時(shí)可控制鋪管方向，施工精度高。施工時(shí)不需要工作井，節(jié)省了占地面積。施工作業(yè)在地面上，施工安全性高，對(duì)施工人員的人身安全有一定的保障，減少了傷亡事故，更適用于施工場(chǎng)地受限，既有建筑物較多的現(xiàn)場(chǎng)施工。

4 結(jié)論

經(jīng)檢測(cè)，某綜合管線工程水平定向鉆牽引施工，井底標(biāo)高誤差、管道閉水試驗(yàn)數(shù)值均滿足規(guī)范要求，通過專家評(píng)審，認(rèn)定合格。

近年來，水平定向鉆牽引技術(shù)在市政工程中得到廣泛應(yīng)用，隨著城市化建設(shè)的推進(jìn)以及一些地區(qū)的老城區(qū)改造、新交通發(fā)展要求，將給水平定向鉆牽引技術(shù)提供廣闊的市場(chǎng)前景。