水平定向鉆牽引技術在市政管道工程中的應用

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，根據預先勘探的地質情況，設計出具體鉆進、牽引線路，開挖入土井和接收井，然后用裝有鉆頭的鉆桿進行逐級擴孔，孔徑滿足設計規定之后，再卸下鉆頭裝上相應管線回拖，完成管線敷設作業。

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

1 工程概況

某綜合管線工程主要服務于某運用庫及聯合車庫內首層部位的污水、排水工程。現場管道總長約2899 米，最長穿越距離200 米。管道地面下有約3～5 米的回填砂質土，其下為淤泥質土；現場存在已完工地梁，地梁頂面標高約為-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 鉆桿軌跡設計

鉆孔軌跡設計合不合理是管道施工能否成功的關鍵。鉆孔軌跡設計主要是依據設計要求、地質情況、地形特點、地下障礙物、鉆桿進出土角度、鉆桿轉彎半徑、鉆頭轉向能力、導向監控能力和被敷設管線性能等綜合確定。

鉆孔軌跡按以下要求設計。①最小覆土深度不得小于設計管徑大小的5～6 倍；②管道敷設在現有建筑基礎上部時，與基礎水平凈間距要大于1.5 米；③管道敷設在現有建筑基礎下部時，須在持力層擴散角之外。

2.3 配制鉆液

鉆液是在導向孔鉆進時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，并與之形成泥漿排出鉆孔。泥漿能起到冷卻鉆頭，保護內部傳感器、潤滑鉆桿及管道外壁，減少鉆進及回拖阻力、保護孔壁的作用。

2.4 鉆導向孔

根據不同地質條件和工程要求，因地制宜地選擇適合工程施工的鉆機、鉆具以及鉆進方式，完成導向孔施工，注意監測和控制鉆頭的鉆進。

鉆孔主要靠鉆機產生的推力、旋轉扭矩以及鉆液的沖擊、壓力來完成施工。在牽引距離較長時，由于管道和鉆桿較重，施工時與土層間摩擦阻力較大，對鉆機的回拖力及扭矩要求比較大。為了保證工程進度和鉆孔的質量，在鉆進時盡可能一次完成，不要分段鉆進。鉆機一次性運行時間較長，對鉆機的性能也有較高要求。

導向孔施工鉆具具有鉆孔、變向、通磁和輸送鉆液的功能。

2.5 回拉擴孔鋪管

回拉擴孔鋪管時結合地質情況、地下水位以及管道孔徑選擇合適的回擴鉆頭，合理配置鉆液。

導向孔施工完成后，先將導向鉆頭和發射器容納管卸下，接著裝上反向擴孔頭、旋轉接頭，將回拉鉆桿接在旋轉接頭上，進行反拉擴孔。根據實際情況選擇多級擴孔，使孔徑達到管道回拖所需尺寸。

逐級擴孔之后進行管道回拖，在鉆桿上接上擴孔頭，用以最后一遍擴孔，再接上旋轉接頭和拉管頭并連接PE 管線，然后進行管線回拖。拉管頭和PE 管線連接時注意檢查其牢固性，防止回拖過程中管線脫落。

2.6 監測與控制

（1）原理

采用先進的導向探測儀對地下鉆頭的前后傾角、深度、導向板面向角等進行測量，根據測量結果預定其導進方向，并不斷地調整鉆頭面角進行鉆進。

鉆進過程中，主要通過隨鉆測量技術獲取孔底鉆頭的有關信息，孔底信號傳送的方法采用電磁波法。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，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，以便操作手能控制鉆機按正確的軌跡鉆進。

（2）鉆孔軌跡的控制

A、鋪設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 與傳統明挖法施工比較

（1）水平定向鉆牽引施工

優點：不會阻礙交通，不會破壞綠地、植被，不會影響商店、學校、醫院和居民的正常生活，解決了傳統開挖對居民生活的干擾，對交通、環境、周邊建筑基礎的破壞和不良影響；不用開挖溝槽進行管道施工，減少了土方處理的工作量，減少了成本；特別時間短，任務重的情況，選用水平定向鉆更為合適。

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

（2）明挖回填+鋼板樁支護

若管道敷設深度較深，地質情況復雜，可采用明挖回填+鋼板樁支護施工。 優點：采用明挖開挖溝槽進行敷設鋪管，施工質量容易得到保證。

缺點：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，不利于施工進度控制。如果場地有限或既有建筑物較多，插打鋼板樁可能會對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，但是在長距離管線頂進施工過程中，管線容易發生扭曲和變形，可控性較低，一旦管道產生偏移，難以糾正。若管道埋深較深，頂管施工還需設置工作井，安全系數相對較低。

水平定向鉆牽引在施工時可控制鋪管方向，施工精度高。施工時不需要工作井，節省了占地面積。施工作業在地面上，施工安全性高，對施工人員的人身安全有一定的保障，減少了傷亡事故，更適用于施工場地受限，既有建筑物較多的現場施工。

4 結論

經檢測，某綜合管線工程水平定向鉆牽引施工，井底標高誤差、管道閉水試驗數值均滿足規范要求，通過專家評審，認定合格。

近年來，水平定向鉆牽引技術在市政工程中得到廣泛應用，隨著城市化建設的推進以及一些地區的老城區改造、新交通發展要求，將給水平定向鉆牽引技術提供廣闊的市場前景。