水平定向鉆穿越技術應用

鄭州自來水工程公司 帖為民

水平定向鉆穿越技術應用

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水平定向鉆穿越技術是傳統的油田定向鉆井和公路打孔技術的結合，此項技術最早出現在20世紀70年代。近幾年，水平定向鉆穿越技術在世界各國各行業得到廣泛應用，尤其是在城市市政管網建設及管道穿越江河工程項目上更具獨特優勢。

一、施工技術簡介

1.鉆孔。首先，根據要穿越道路、河流的地質情況及相關部門提供的地下管線位置、高程確定管道曲線、鉆入點及出口位置。接著，利用水平定向鉆機驅動已安裝合適鉆頭的鉆桿從設計地點鉆入；同時，開動泥漿泵，使鉆頭在鉆機的推力作用下旋轉切削地層向前推進。在鉆進過程中，可以根據設備自帶控向制導系統顯示的鉆進參數，確定鉆頭的實際位置，以便及時調整鉆頭的鉆進方向，保證導向孔曲線符合設計要求。最后，待鉆頭在預定位置出土后即完成整個導向孔的鉆孔作業。

2.分級回擴。導向孔完成后，要將導向孔回擴至合適的直徑，回擴的導向孔應滿足管道回擴的要求，此過程稱為擴孔。首先，在鉆出點將鉆頭卸下換上合適的擴孔器。然后，開動鉆機旋轉回擴導向孔，將導向孔擴大；同時，在導向孔內泵入泥漿，泥漿起到護壁的作用，保證鉆孔不坍塌、縮孔。這一過程也將切削下的泥土帶回地面。這一過程結束，分級回擴即完成。

3.管道回托。首先，將擴孔器旋轉接頭和管道連接好。然后，進行回托操作：開動鉆機，使鉆機轉盤帶動鉆桿旋轉后退擴孔回托。旋轉接頭可以避免管道跟著擴孔器旋轉。由于導向孔內充滿泥漿，所以，管道在導向孔中處于懸浮狀態，管壁四周與孔洞之間有泥漿潤滑，這樣既減少了回托力，又保護了管線防腐層。

二、施工工藝特點

1.水平定向鉆穿越施工技術具有先進的非開挖鋪設管道技術，其廣泛應用到城市管網建設中，無需開挖和回填，效率高、成本低、不阻礙交通，不破壞地面環境。

2.在穿越和施工中，水平定向鉆施工技術不需要挖掘工作井或進行河道開挖，因而不會影響河道通航，不損壞河道兩側堤壩及河床結構；施工不受季節限制，具有施工周期短、施工占地少、工程造價低、施工速度快、施工安全可靠等特點。

3.穿越設備的穿越精度高，自帶導向系統便于調整鋪設方向和埋深。管線弧形鋪設距離長，完全可以滿足各種設計要求埋深，而且可以使管線繞過地下障礙物。

4.水平定向鉆穿越施工技術適用于各種材質的管道施工。

三、應用實例

2009年3月，為打造城市公共交通建設，提高城市公共交通運營能力，鄭州市沿農業路、桐柏路、航海路、未來路改建了一條城市環狀快速公交線路，簡稱BRT線路。此線路沿線公交站臺均設在馬路中間，由于站臺內設有收費室和衛生間，因而需要提供生活用水。由于農業路和未來路均為新建城市主干道，因而沿線各管線進入站臺不允許破路開挖，需采用非開挖形式鋪設管道。鄭州市自來水工程公司承接此項給水工程任務，在經過對沿線地下管線位置的調查確認后，經過方案比選，決定采用水平定向鉆穿越施工技術。

1.工程概況。本工程設計站臺給水管道為PP-R32管，考慮到給水管道的安全問題，所有過路給水管道均加裝套管。其中，農業路、未來路共有過路頂管24處，管道全長532米，頂管部分采用耐壓強度為1.0MP的PE110管。工程沿線地下管線復雜，地質勘察結果表明，多為黏土和硬塑的粉質黏土，土壤濕度為1.9g/cm3，含水量為11.2%～16.9%，且沒有對回托施工產生影響的礫石。根據地質條件分析，沿線土層成孔能力較好，在施工過程中無需使用專用泥漿護壁。

2.工程施工。施工時，以設計的管線弧形軌跡按每根鉆桿斜率變化最大為6%在設計鉆入點開始鉆孔；導向孔的方向控制由位于鉆頭后端的鉆桿內的控制器（稱為彎外殼）完成；鉆孔曲線由放置在鉆頭后端鉆桿內的電子測向儀進行測量并將測量數據傳到地面接收儀，數據經過處理和計算后，以數字的形式顯示在顯示屏上，該電子裝置主要用來檢測鉆桿與地球磁場的關系和傾角（鉆頭在地下的三維坐標），將測量到的數據與設計的數據進行對比，確定鉆頭實際位置和設計位置的偏差，將偏差值控制在允許的范圍內，如此循環直到鉆頭按照預定的導向孔曲線在預定位置出土。導向孔完成后，進行擴孔工作。擴孔按照?145的孔徑進行2次擴孔，擴孔完成后，開始回托PE110套管；套管回托完成后將進行穿PP-R32管；穿管完成后，整個過路管完成。根據穿越方案，經過精心細致準備，所有過路管道經過2周時間，在不影響道路交通的情況下順利完成，投入運行良好。

四、結論

1.本工程采用水平定向鉆穿越技術施工，比開挖施工技術節約施工費用約15萬元，節省工期3天，確保工程提前完工，尤其避免了新建道路的破除與恢復，確保了道路交通通暢。

2.采用水平定向鉆穿越技術進行管線穿越施工，在城市市政改擴建工程和穿越大中小型河流及不可拆遷建筑物時均可選擇，是不破壞地貌狀態和環境保護的理想施工方法。

3.通過本次工程施工，筆者認為，在推廣應用該技術的同時，對前期地下障礙的了解、地質勘察、設計鋪管軌跡、擴孔尺寸、泥漿配比等方面要特別注意。