小型定向鋪管鉆機現場施工關鍵崗位操作技術要領探討

福建東辰市政工程有限公司 陳永茂

定向鋪管鉆機頂進和回拉力小于 100kN,工作扭矩在3kN·m以內，稱為小型定向鋪管鉆機（下稱：小型機）。小型機鋪設各類地下管線具有不影響交通、施工快捷、鋪管精度高、不污染環境等優越性，越來越受到人們的認可。小型機鋪管還可以解決開挖鋪管施工所無法解決的一系列難題，如地下管線過鐵路、高速公路、河流（水域）和建筑物等。2000年，由福建東辰市政工程有限公司引進福建省首臺GBS—10小型機以來，據不完全統計，至今全省各地擁有此類鉆機達200臺以上。現在福州市范圍內施工的小型機就有近百臺，施工隊伍20余家。如此之多的小型機，各施工隊導航員和司鉆手的經驗與技術水平良莠不齊，以及對每一工序的技術要求重視不夠，每年由此導致的工程施工失敗，造成經濟損失逾千萬元，帶來的教訓是無比的深刻和痛心。筆者從事該行業工作十余年，下面就小型機施工過程的關鍵崗位導航員和司鉆手操作技術要求，做一番探討。

1 導航員工作的技術要求

小型鉆鋪設各類地下管線工程的成功與否，與導航員工作認真程度和技術水平高低有重大關聯。高質量的導航軌跡孔段，是工程成功的保證，建設單位、工程監理及施工單位現場管理人員務必高度重視，并做好監管工作。

1.1 導航員必須在機械設備未進場前到施工現場進行踏勘

地形、地貌、地下（地上）建（構）筑物、原地下管線分布等對小型機鋪管施工有否構成影響，可利用場地能否滿足施工要求（設備放置場地、設備運輸和吊卸場地、管材焊接場地、管材進入下管工作坑場地等），生產所需的水電條件，根據所鋪設的不同地下管線的技術要求合理布設工作坑。在沒有工程地質勘查資料的情況下，應仔細觀察周邊地質現象，推測導航軌跡孔段內可能出現的巖（土）層及水文地質等情況。

1.2 熟讀建設方提供的施工圖件及技術交底內容

對關鍵的技術參數，如：管材、管壁厚、管壓力、管數、長度、埋深（高程）鋪管的起始位置等應認真閱讀，并照此施工。應避免用口頭進行技術交底現象出現。

1.3 在未查清原地下管線和地下建（構）筑的分布情況下，不能盲目進行導向孔施工

在福州老城區內，尤其是繁華的十字路口本來地下管線就多，同時還可能出現近年的“非開挖”鋪管形象，若不進行仔細的地下管線探查，小型機施工很可能會觸到原地下管線。

1.4 施工導向孔前必須對導航儀進行現場技術參數標定

標定深度應選取在可能出現的導航深度范圍內的三個不同深度值，深度標定后的誤差值應小于 1%。而后做出導航軌跡孔段的立面預想圖，需要時還應進行簡單的導航軌跡曲率半徑計算。導向孔的軌跡孔段形態可以應用簡單的幾何作圖方法或計算方法確定。

1.5 導向孔軌跡孔段形態的決定因素

導向孔軌跡孔段形態取決于以下因素：所鋪設地下管線的用途、管材、管徑、管壁厚、管數、埋深、長度、工程地質條件、原地下管線和地下構筑物、施工場地條件、水域覆蓋面積和深度、施工的安全性和經濟性等。導航員還應根據不同小型機的設備性能和司鉆手操作技術水平，進行綜合考慮。

1.6 造斜點的位置和曲（直）線段長度的確定應從工程的整體性、安全性、技術性和經濟性進行綜合分析考慮

導向孔軌跡孔段形態內的造斜點是指同一軌跡孔段中由曲（直）孔段轉變直（曲）孔段的轉折點。在整個導向孔軌跡孔段形態內的造斜點數量越少越好（一般為兩個造斜點）。曲線段的曲率半徑取決于土（巖）層的造斜能力、機械設備的造斜能力及鋪管工程的整體性技術要求等綜合因素，在各方面施工條件允許的情況下，曲率半徑越大,越有利于小型機鋪設地下管線。

1.7 熟悉導航儀的使用技術參數與性能

碳棒（發生器）裝入導航鉆頭胎體內，必須安裝到位、緊密，檢查回扣螺絲的彈簧功能是否正常。導航鉆頭上的信號發射縫不能有漏水現象，否則孔內的砂土容易進入導航鉆頭胎體內，影響碳棒的正常使用或宿短使用年限。在地層堅硬或在地熱較高的地層中施工導向孔，碳棒的溫度上升很快，屆時應注意導航儀發出溫度警示信號，否則容易燒壞碳棒，嚴重時還會產生報鉆現象。

1.8 檢查導向鉆頭前端導向板螺絲固定的牢固程度

根據地層的軟硬程度，選擇導向板的寬度。導向鉆頭后面第一根鉆桿宜采用斜線鉆入地層，不宜在第一根鉆桿就開始進行糾斜操作。穿越道路施工應在路面上用紅漆劃（點）線確定導向孔軌跡孔段形態的平面走向線；穿越水域宜在水面拉線或插桿確定導向孔軌跡孔段形態的平面走向線。

導航員完成導向孔施工任務后，必須跟蹤機臺擴孔和拉管工序的生產進行情況，特別在擴孔工序出現困難時，應對導向孔軌跡孔段形態進行認真的分析和確認，必要時應重新施工導向孔軌跡孔段。

2 小型機司鉆手工作的技術要求

2.1 小型機司鉆手應對施工過程一些主要技術參數進行計算

例如：某工程為在砂層中采用小型機鋪設鋼質煤氣管道，其管徑273mm,管壁厚5mm,鋪設深度3m，鋪管長度300m。

（1）根據鉆桿的最小曲率半徑和鋪管的深度要求，確定造斜段最短的水平長度L，L=[h(2R - h)]?

其中，h——鋪管深度；R——鉆桿由導斜段過渡到水平段轉折端的最小曲率半徑，取值應在1200D以上，D為鉆桿直徑，D=0.073mm, R≥87.6m

本例，L=[3×（2×87.6-3）]?=22.73m

（2）根據曲率半徑和鋪管深度確定導向鉆孔入土角度α， α=2arctg[h/(2R-h)]? =2arctg0.1319=15°，導向孔出土角 β也應參照入土角的度數施工。

（3）施工過程泥漿使用量估算

小型機在砂層中鋪設地下管線，必須配制泥漿施工。按照施工的三個工序階段進行泥漿用量估算。

①導向孔工序階段

Vp=Qp×(L/P)×fp×flp

其中：Vp——施工導向孔工序階段泥漿用量，m3；Qp——每分鐘泥漿流量，0.1 m3；L——導向孔長度，300m；P——導向孔鉆進平均速度，30 m/h；fp——每小時鉆進泥漿泵入的時間，50min；flp——導向孔施工泥漿消耗系數，0.3。

Vp=0.1×(300/30)×50×0.3=15 m3

② 擴孔工序階段

Vr=Qr×(L/Tr)×flr

其中: Vr——擴孔工序階段泥漿用量，多次擴孔乘以相應擴孔次數，m3；Qr——每分鐘泥漿流量（以ZT-25機型為例），該工程分三級擴孔，擴孔器直徑 280mm 、380mm、480mm,Qr取值分別為 0.05、0.075、0.10m3/min；Tr——擴孔工序平均速度，1m/min；flr——擴孔工序施工泥漿消耗系數，0.5。

Vr=3×(0.05+0.075+0.1)/3×（300/1）×0.5=33.75 m3

③回拖工序階段

Vb=Qb×(L/Tb)×flb

其中：Vb——回拖階段泥漿用量，m3；Qb——每分鐘泥漿用量，0.1 m3/min；Tb——回拖平均速度，1.5m/min；flb——回拖施工泥漿消耗系數0.15。

Vb=0.1×(300/1.5)×0.15=3 m3

V泥漿總用量=Vp+Vr+Vb=15+33.75+3=51.75 m3

（4）管材自重計算

每米重量=0.02466(管材外徑-管材壁厚)×管材壁厚

每米重量=0.02466（273-5）×5=33kg/m；

管材自重=33×300=9.9t。

計算管材自重的意義在于將300m管材焊接成一條整體管道后，入孔前在地面上整理就位采用機具的選擇和整理就位的難易程度評估。

（5）小型機鋪管回拖力計算

根據鋪管工程需求，選擇具有足夠回拉力的小型機進場施工，在鉆孔內充滿泥漿的情況下，

F=πLf[D2r/4-dh(D -h)]+πKDL

其中：F——回拉力，t；L——鋪管長度，300 m；f——摩擦系數，0.3；D——管材直徑，273 mm；r——泥漿密度,1.05t/m3；d——管材密度, 7.85t/m3；h——管材壁厚, 5mm；k——粘滯系數，0.03。

應考慮到孔內其他因素，如受曲率半徑等因素影響，應選擇具有計算值兩倍以上拉力的小型機進場施工。施工單位可選擇ZT-25型（回拉力25噸）小型機進場施工。

2.2 對機具要求

小型機就位、動力頭運行路由方向應同管線鋪設的走向延伸方向相一致。機臺應安裝平穩、牢固。主機、水泵、泥漿攪拌罐及各種鉆具在開工前應進行一次性能檢查，各種機具不得“帶病、帶傷”生產。鉆具絲扣應保持完好、潔凈，旋扣前應涂上絲扣油，防止粘扣。嚴禁干鉆、干擴。嚴格按照各種機械設備的使用說明要求，定期進行檢查、維修、保養。

2.3 軟土層是小型機鋪設地下管線的最佳地層，遇砂、卵、礫石層應配制泥漿施工

地層中卵、礫石含量大于40%時，應謹慎施工，施工工程應時刻觀察旋轉扭矩和拉力變化，防止鉆具發生斷裂。不提倡越級擴孔，特別是地層較堅硬或在砂、卵、礫石層中不能越級擴孔。若司鉆為新手，應回避施工。

2.4 管頭應制作緊密、牢固

根據具體工程的回拖力計算結果，選擇能滿足回拖力要求的拉管頭、牛鼻子、鋼絲繩和分動器，這些部件應緊密連接，且連接距離越短越好。

3 結語

小型機鋪設各類地下管線施工過程的每一個工序都必須謹慎操作，做好每一工序中的每一項工作，不留事故隱患。冷靜處理施工過程所遇到的種種難題，要始終把困難考慮得更充分一些，克服急躁情緒，要不得半點僥幸心理及惰性心態。只有這樣，才能將工程施工風險降到最低；只有不斷地總結經驗和提高施工技術水平，才能做到少出事故或不出事故，以最少的施工成本投入，贏取最大的經濟效益。

[1]水平定向鉆進管線鋪設工程技術規程,DBJ13-102—2008, J11214—2008.