采用國產DDW-350水平鉆機鉆孔牽引管道下穿既有線路施工技術

■ 張建國

1 工程概況

合蚌高鐵北連京滬高速鐵路，南接合肥樞紐，與合寧、合武鐵路相銜接，是京滬高速鐵路與滬漢蓉快速客運通道間快速連通線。

合蚌高鐵引入合肥站接觸網過軌管線設計采用8根高強度P V C管（Ф1 0 0 mm），位于D K 1 2 7+2 8 0.7 3 9處，下穿淮南繞行下行線、合蚌上行線、合蚌下行線和合武繞行下行線4股有砟軌道。過軌管線下穿4股道，其中淮南繞行下行線和合武繞行下行線為繁忙干線鐵路，采用施工封鎖或慢行條件下，扣軌梁施工和開挖基床對行車影響大且過軌管束埋深在路基基床表層內，難以滿足客運專線要求的路基強度和沉降變形要求。經多次技術方案比較過軌管線在鄰近營業線施工安全監督計劃內，采取非開挖施工方案即水平鉆機鉆孔牽引管道的施工方法。采用高強度P V C管（Ф1 0 0 mm），單根管道長度約7 7.5 m，合計長6 2 0 m，管道平均埋深在既有線軌面下≮5 m。

2 施工準備

2.1 進場前的準備

地層勘探主要了解有關地層和地下水的情況，為選擇鉆進方法和配制鉆液提供依據。其內容包括：土層的標準分類、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基巖深度和含卵礫石情況等。

地下管線探測了解有關地下已有管線和其他埋設物的位置，為設計鉆進軌跡提供依據。

2.2 技術準備

（1）根據敷設管道的管徑尺寸，計算出管道孔的擴孔次數和每次回擴所使用的回擴器的規格。

（2）根據鉆機操縱和導向儀的控制、精度要求，制定出詳細的技術交底。

（3）組織設計、監理、施工和設備管理單位，進行施工技術交底，掌握施工特點和技術要求，與鉆機操作手共同制定出管道中線和高程的控制數據和糾偏措施，熟悉施工操作規程。

2.3 主要設施設備

采用國產DDW-3 5 0水平鉆機，馬克3導向儀。另配功率為4 5 k W的不停鉆射流循環泥漿攪拌系統，可快速制備鉆進用泥漿；操縱臺全功能數字儀表顯示，獨立的液壓錨樁系統。

（1）鉆機的主要技術參數。發動機功率：2 0 0 k W ；最大推力/拉力：3 8 0 k N；最大回轉扭矩：1 8 0 0 0 （N·m）；輸出軸轉速：0～1 1 0 r/m in。泥漿系統功率：4 5 k W；泥漿泵流量：3 2 0 L/m i n。泥漿泵壓力：1 0 MP a ；角度范圍：8°～2 0°。鉆桿規格：Φ8 9 mm × 7 mm/5 0 0 0；配套鉆桿：3 0 0 m。鉆頭級配：6個—Φ7 5 0 mm。

（2） 馬克3導向儀。在水平導向鉆機鉆進的過程中，跟蹤定位鉆頭位置的設備。此儀器可以提供鉆機過程中每跟鉆桿的斜度、旋轉方位、深度等信息。

2.4 施工平面布置

根據管道穿越的實際情況，在管道的起點設置一個工作井，在管道的終點設置一個接收井。在D K 1 2 7+2 8 0.7 3 9，淮南繞行下行線路基左側開拉管工作坑，在該里程點合武繞行下行線路基右側做接收坑及焊接管的入點。

2.5 材料準備

管道產品做嚴格的出廠試驗，產品應附質量保證書。運輸管時，應用帶擋板的平臺車輛，車輛應配備平坦無銳棱的檔桿，運輸時管材要固定，使管材和擋桿間盡量減少移動。

3 施工技術措施

3.1 施工工藝流程

主要施工工藝流程為：施工準備→反拉擴孔、成孔牽引管道→清場。

3.2 施工測量

（1）平面控制放線。依據現有接觸網過軌位置，通過勘測方提供的控制點引測本工程的定位點，為保證坐標及高程的準確，首先對施工現場內各控制樁加以保護，并把各控制點引測至現場外加以保護，以便豎向引測放線。同時要做閉合校核。

施工前通過全站儀沿地面上拉管的中心線每3 m設置一樁（有障礙物的除外），并沿拉管的中心線撒好白灰線且測出樁高程，算好樁高程與設計拉管流水面的關系。

（2）高程控制。采用兩次儀器高程前后視等距測法，保持精度。為保證設計方向、位置的正確性，控制線的傳遞用經緯儀進行引測，保證平面位置的準確。

3.3 基坑開挖

管道過軌在DK 1 2 7+2 8 0、淮南繞行下行線左側設挖拉管工作坑，在合武繞行下行線右側設置挖拉管接收坑。工作坑開挖尺寸為長1 2 m、寬5 m，接收坑尺寸為正方形邊長3 m。工作坑深度根據拉管流水面高程確定。為保證工作坑內干燥和擴孔施工，在工作坑南側設（長4 m、寬1.5 m、深1.5 m）泥漿沉淀，并在池底設泥漿泵隨時將多余泥漿抽出坑外。

3.4 鉆進軌跡設計

導向孔軌跡設計是否合理對管線施工能否成功至關重要。鉆孔軌跡的設計主要是根據工程要求、地層條件、地形特征、地下障礙物的具體位置、鉆桿的入出土角度、鉆桿允許的曲率半徑、鉆頭變向能力、導向監控能力和被鋪設管線的性能等進行設計。

3.5 鉆機就位

根據東高西低的管道設計坡度方向和現場實際情況，在左側接收坑中安置鉆機。接收坑必須進行夯實處理，以防拉管機械下沉。

3.6 鉆液的配置

鉆液的質量對于拉管施工的成敗起到了極關鍵的作用。鉆液可冷卻鉆頭、潤滑鉆具，更重要的是可以懸浮和攜帶鉆屑，使混合后的鉆屑成為流動的泥漿順利地排出孔外，既為回拖管線提供足夠的環形空間，又可減少回拖管線的重量和阻力。殘留在孔中的泥漿可以起到護壁的作用。

鉆液由水、膨潤土和聚合物組成。為改善泥漿性能，加入適量化學處理劑。鉆液配合比確定為：膨潤土2 0％，轉液寶1％，水7 5％，2％膨潤土重量的燒堿。

3.7 導向鉆進

鉆機就位后，調整鉆機導向桿到略高于設計管位中心高程的位置，水平鉆入土中。在導向鉆頭中安裝發射器，通過地面接收器，測得鉆頭的深度、鴨嘴板的面向角、鉆孔頂角、鉆頭溫度和電池狀況等參數，將測得參數與鉆孔軌跡進行對比，以便及時糾正。地面接收器具有顯示與發射功能，將接收到的孔底信息無線傳送至鉆機的接收器并顯示，操作手根據信號反饋操縱鉆機按正確的軌跡鉆進。在導向鉆孔過程中技術人員根據探測器所發回的信號，判斷導向頭位置與鉆進路線圖的偏差，隨時調整，并把調整數值記錄在“鉆進位置”相應的表格。

為了保證導向頭能嚴格按照操作人員發出的指令前進，需要在管道線路初步布點后對控制點進行加密加細。間隔3 m設中線、高程控制點，用木樁做出明顯標志，并在樁點周圍用混凝土砌出護墩加以保護。控制人員嚴格按照點位，操縱儀器。

3.8 擴孔

根據現場地質情況，采用刮刀式擴孔器。擴孔器尺寸為鋪設管徑的1.2～1.5倍，即5 0 cm×1.5 =7 5 cm。這樣既能夠保持泥漿流動暢通又能保證管線的安全、順利的拖入孔中。

回拉擴孔鋪管的距離比較長，泥漿作用特別重要，孔中缺少泥漿會造成塌孔等意外事故，使導向鉆進失去作用并為再次鉆進埋下隱患。考慮到地層泥漿較易漏失，泥漿漏失后，孔中缺少泥漿，鉆桿及管線與孔壁間的摩擦力增大，導致拉力增大。因此要保持在整個鉆進過程中有“返漿”，并根據地質情況的變化及時調整鉆液配比以產生的不同泥漿。

選用的DDW-3 5 0型水平鉆機有混合攪拌、泵送系統。施工中將水、膨潤土、聚合物等加入混合倉，進行充分攪拌形成鉆液。然后由鉆液泵將鉆液通過中空鉆桿輸送至孔底鉆頭，并與孔中鉆屑混合形成泥漿在孔底流動。實驗人員需要隨時檢測泥漿內各組成材料的配比并及時調整，反復循環使用。

3.9 管道焊接

管道接口質量的好壞直接影響到拉管施工的成功進行，因此要嚴格按規范執行。

3.10 拉管

P V C管焊縫和管道強度檢驗合格后，即可進入拉管施工。首先用現場制作的P V C管封套將管頭密封，然后在管頭后端接上回擴頭，管后接上分動器進行接管，將管子回接到工作井后，卸下回擴頭、分動器、取出剩余鉆桿，堵上封堵頭，進行水壓試驗。

施工時，拉管機操作人員要根據設備數據均勻平穩的牽引管道，切不可生拉硬拽。

3.11 注漿加固

P V C管道拉通后，為了避免地面沉降，需要進行注漿加固。由于受場地條件限制，采用孔內注漿的加固措施。

（1）拉管施工前在P V C管前端連接兩根與P V C管同長度的Φ2 5 mm鋼管，與P V C管一同拉入土中并一同到達拉管設計終點樁號。到達終點后，解除Φ2 5 mm鋼管與P V C管的連接，在兩根鋼管前面各加一根6 m長同直徑的注漿花管。

（2）移動拉管機到接收坑，與Φ2 5 m m鋼管連接并回拽。每拽入6 m，把鋼管和拉管機的連接取消，換成和高壓注漿泵連接。注入1∶1水泥、粉煤灰漿液（0.4 M P a），從而置換觸變泥漿，補充P V C管周圍的空隙。然后再換再拉，再拉再注，反復進行。直到把鋼管全部拉出接收坑，注漿過程也就全部結束。

在注漿施工時，應根據實際情況每3～6 m注漿1次，根據計算注漿量一定大于泥漿量，注漿時盡量保持不要間斷；當花鋼管拖入地面時一定要用堵頭堵死，防止漿液從花管前端流出。

3.12 安全保護系統

由于施工中的地質情況復雜、距離較遠等特點，在施工中必須設置必要的安全保護措施，主要有：

（1）防觸電報警系統。一旦地下鉆頭觸及電纜等帶電體后，鉆機發出觸電報警，此時操作手必須坐在座椅上不得離開，以免觸電。報警解除后，操作人員方可離開鉆機。

（2）遠距離遙控緊急停機裝置。隨鉆跟蹤測量者應時刻保持與鉆機操作手的聯系，一旦發生意外應及時處置。目前一般采用無線通信聯絡方式，有時由于受到當時當地環境的影響這種方式己不能應付緊急突發事件。所以在施工中應由隨鉆跟蹤者采用緊急措施停止鉆機工作，待處理完后，由后者解除對鉆機的限制后，方可啟動鉆機。

3.13 管件安裝

管道穿越完成后，立即按設計圖紙進行電纜安裝。

3.14 工作坑土方回填

工作坑土方回填，不得含礫石、垃圾，回填應兩側分層對稱回填，回填管頂以上0.5 m處，并應注意保護絕緣。

4 拉管的質量控制方法及要求

（1）路面建筑物及管道鋪設區域無塌陷，施工后進行雷達掃描檢測，檢測1 0 0％。在施工范圍內設置的測量點，每通過一趟列車測量一次軌道水平、高低和幾何尺寸，發現超限及時處理。

（2）拉管過程中，操作手嚴格按照地面預布控制樁的平面位置和高程控制鉆頭走向，每隔水平距離3 m校核一次。

（3）管道內底高程的復測。管道拉通后，應對管道內底高程進行復合測量。用鉆機將裝有探測器的鉆頭在管道內拉動，試驗人員根據探測器發出的信號來確定鉆頭的深度，經過換算后即計算出管內底高程。得出的結果和原始控制軌跡高程進行比較，得到各樁位高程偏差數值。

5 結束語

采用國產D D W-3 5 0水平鉆機鉆孔牽引管道下穿既有線施工技術，經濟效益顯著、技術可行；具有施工定位精確、施工進度快、對行車干擾小的特點，適用于鄰近營業線施工安全監督計劃內既有線過軌管線施工。