水平定向鉆進技術在市政供水管道施工中的應用

摘要:隨著城市建設的迅猛發展，水平定向鉆進技術在供水管道施工中得到越來越廣泛的應用。在比較傳統開挖方式與非開挖水平定向鉆進施工優劣的基礎上，重點探討自來水管道水平定向鉆進施工的工藝及技術要點。

關鍵詞:水平定向鉆進;供水管道;施工

中圖分類號:TU

文獻標識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)21-0342-02

過去在城市地下管網建設包括供水、天然氣、電信、電力、排污等管線鋪設中，沿用的傳統施工方法是開挖式埋管線，該法不僅速度慢，且影響交通和污染環境，遇到障礙物時更是無法穿越。隨著近年來人們環保意識的增強，開挖路面進行各類地下管線施工導致的社會、交通和環境污染問題越來越受到關注，在地下管線工程中使用先進的非開挖技術已是勢在必行。水平定向鉆進作為非開挖技術中最具活力的一項施工技術，具有導向準確，在一定曲率半徑范圍內繞避開障礙物，避免破壞管線經過地區的生態環境，施工周期短、適合復雜地層條件下施工、社會效益顯著等優點，是目前城市建設中管線穿越安裝采用最多的工藝。

1 傳統大開挖方式的弊端

(1)敷設供水管道遇到穿越河流時，采用傳統大開挖方式要先破壞河堤，還要對河流做引流，開挖工程量大，難度大，產生的費用也較高，且工期長。

(2)敷設供水管道要穿越新修建的公路時極不方便。國家明文規定:“新修建的公路在3-15年內不允許破路開挖”。若對新建道路開挖，不僅使道路質量變差、壽命縮短，而且容易造成交通堵塞，嚴重者還會伴有地下管線被挖壞的事故發生。這不僅污染周圍環境，且造成極大的損失和浪費。

(3)施工中遇到一些要穿越的、但是跨度較大、埋層較深的障礙物時(如電力隧道、電力方涵、污水方涵等)，若從方涵上方穿越則埋深不夠，若從方涵下方通過，挖得太深危險性大，且不易施工。

(4)穿越鐵路段時，直接開挖會造成鐵路停運，而且敷管及之后的鐵路恢復工作需要工期較長。

2 水平定向鉆進技術優點

水平定向鉆進法是發展最快的一種非開挖施工方法，是利用水平定向鉆機在不開挖地表的條件下或以最小的地表開挖工作量進行鋪設多種地下公用設施(如管道、電纜等)的技術，其優點具體如下:

(1)水平定向鉆進穿越施工時不會阻礙周邊交通，不會破壞綠地、植被或影響商店、醫院、學校和居民的正常生活和工作環境，解決了傳統開挖法施工對居民生活和出行的干擾以及對交通、環境、周邊建筑物基礎的破壞和不良影響。

(2)現代化的穿越設備的穿越精度高，易于調整敷設方向和埋深，管線弧形敷設距離長，完全可以滿足設計埋深要求，并且可以使管線繞過地下的障礙物。

(3)城市管網埋深一般達到3m以下，穿越河流時，一般埋深在河床下9-18m，所以采用水平定向鉆機穿越，對周圍環境無影響，不破壞地貌，適應環保的各項要求。

(4)采用水平定向鉆機穿越施工時，無需在水面或水下作業，不影響江河通航，不損壞江河兩側堤壩及河床結構，施工不受季節限制，施工周期短、人員少、成功率高、施工安全可靠。

(5)進出場地速度快，施工場地可以靈活調整，允分顯示出其在城市施工時的優越性。并且施工占地少，工程造價低，施工速度快。

(6)穿越大型河流時，由于管線埋在地層以下9-18mm，地層內部的氧及其他腐蝕性物質很少，從而起到自然防腐和保溫的作用，保證管線使用時間更長。

3 施工準備

3.1 導向孔軌跡設計

(1)根據建設單位提供的管線工程平面圖、既有管線地下管網圖、工程技術要求等資料，對施工現象實地堪察，記錄對既有管線的檢查井標記的位置，并進行儀器探察結合人工探察，以確定既有管線的準確位置。

(2)定向鉆導向孔軌跡一般由斜直線段、曲線段、水平直線段等組成，類似于倒拋物線的形狀，根據事前收集的相關資料、實地勘察結果及待敷設的管材曲率設計出導向孔軌跡(包括確定入土角、出土角、入土點、出土點、第一曲線段和直線段軌跡變化點、直線段和第二曲線段軌跡變化點)，并繪制導向孔軌跡圖。

3.2 施工泥漿配制和鉆具選擇

在水平鉆進施工過程中，泥漿的作用表現為:穩定鉆孔土體、冷卻潤滑鉆頭和鉆桿及其他孔內鉆具、清理鉆屑等。泥漿由水、膨潤土和具有某種性能的膠體化學材料(視土質選用)通過專用攪拌容器配制而成，正確適當的泥漿的配置對穿越起決定性作用，選用不同粘度的泥漿要視具體地質情況而定。

鉆機回拉力按管材回拉力計算值的1.5-3倍進行選擇，以確定鉆機型號，施工前評估土壤狀況，以便確定最佳鉆進液和鉆具組合。

4 施工工藝及其過程

水平定向穿越工作過程是通過計算機控制進行導向和探測，先鉆出一個與設計曲線相同的導向孔，然后再將導向孔擴大，把產品管線回拖到擴大了的導向孔中，完成管線穿越的施工過程。其工藝流程見下圖:

水平定向鉆進施工工藝流程鉆孔工地施工流程測量放線→修整場地→三通一平→設備進場→組裝鉆機→調試控向系統→鉆導向孔→預擴孔→管道回拖→設備離場→恢復地貌管道工地施工流程測量放線→修整場地→三通一平→設備進場→運管布管→組對相接→挖發送溝→管道拖進→設備離場→恢復地貌

4.1 鉆導向孔

做好施工安全措施、發射和接收工作坑開挖、設備進場、鉆機錨固后，進行全系統聯機調試，調試完成可進行導向孔鉆進，選擇符合施工現場土質情況的導向鉆頭，開動高壓泥漿泵，鉆頭開始正常噴漿后，在導向系統的引導下，鉆機按設計好的導向孔軌跡進行鉆進，高壓泥漿的射流作用與鉆頭的切削作用共同在地下形成孔壁。鉆進過程中，鉆頭內信號棒發出的信號被接收后，監視設備顯示出鉆頭的深度、位置、角度等信息，據此及時調整鉆頭方向。鉆進入土角一般在8°-12°之間，出土角5°-12°，管道曲率半徑一般1000D-1200D。為了更好地控制導向，在造斜段一般每根鉆桿調整一次角度，每次調整的角度一般不超過0.8°，以便回拖順利。當導向孔從入土角達到水平夾角為0°時的計算穿越深度與設計埋深不同時(誤差超0.5m)，則應調整入土直線段的長度及其調整控向角度。同理，當導向孔從水平到達出土角計算出的出土點，但達不到穿越長度位置時，調整水平直線段長度;達到出土角而沒有符合地面標高時，調整每組鉆桿長度及其控向角度。

4.2 擴孔

鉆孔完成后卸下鉆頭及控向系統，接上擴孔器，從出土點向入土點進行預擴孔，擴孔的次數及擴孔器類型根據管徑及地質情況確定。注意當沿程土質不一，承載力不均時，由于鉆桿、擴孔器自身重力的作用，易形成不均勻沉降，造成預擴孔偏移，故選擇合理的鉆具和鉆具組合對定向穿越能否成功尤為重要。擴孔器類型:中硬土采用飛刀式擴孔器，主要是切割成孔，軟土采用桶式擴孔器，主要是擠壓成孔，亦有兩種同時使用，飛刀式在前，桶式在后，擴孔由小到大逐級進行，擴孔直徑根據穿越管徑確定，一般比管徑大150-200mm。例如穿越Φ630mm供水管，可分四次擴孔，各級擴孔分別為Φ200mm、Φ400mm、Φ600mm、Φ800mm。對于地質情況較好時，可跳級使用擴孔器。這樣不僅節省擴孔時間，還可以節省泥漿用量。

4.3 回拖管材

擴孔結束后，采用清孔器進行清孔。復查管材的質量及搬運過程中是否損傷，按管材連接要求進行檢查連接是否符合規定，檢驗合格后方可進行拖管。將連接好的管材沿接收坑坡道安放好，依次連接接頭、分動器、鉆桿。回拖管道，密切注意孔內情況，鉆機操作手密切注意控制鉆機的拉力和速度，確保回拖平衡。在回拖管材施工中，應盡量避免發生卡管、鋪管受擠壓變形、泥漿滲出等事故，若發生應該分析原因，采取相應的措施解決。

4.4 竣工收尾

完善穿越兩側管道，拆卸臨時設備、鉆機設備及材料退場，處理廢棄泥漿，平整場地，恢復地貌及整理竣工資料等。設備拆卸前要對泥漿設備和鉆具進行認真清洗，鉆桿及鉆挺的螺紋要上油并裝上保護套用過的泥漿要進行分離，固體物集中深埋，泥漿水排放到非養殖的河溝中。

5 結語

總之，采用水平定向鉆進技術對供水管道進行施工，從技術層面以及施工對城市環境的影響方面、施工經濟層面都具有顯著優勢，凸顯良好的社會效益和經濟效益。當前，隨著城市建設步伐的不斷加快，供水管道建設量會越來越多，水平定向鉆進技術也必將得到更廣泛的應用。

參考文獻

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