定向鉆在高速公路路面積水處治中的應(yīng)用

王曉光

中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710075

高速公路自運(yùn)營以來，隨著沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，交通量增長迅速，重載大貨車和超載車輛所占比重增加。并經(jīng)過多年運(yùn)營，局部路段的服務(wù)水平明顯下降，在中央分隔帶、左側(cè)路緣石等多處出現(xiàn)積水的病害，對路基的穩(wěn)定性、行車安全性、道路服務(wù)水平等造成很大的影響。但受到車流量大和環(huán)保因素限制，根本不具備大開挖施工的條件。文章依托某高速公路路面積水處治工程，提出了一種新的處治措施。

1 工程概況

某高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙向四車道，設(shè)計速度為120km/h，路基寬度為27.5m，路面寬度為25.5m。在樁號K1512+390 ～K1512+410 段右側(cè)超高段處，超車道與中央分隔帶之間出現(xiàn)大面積積水現(xiàn)象，尤其在暴雨時節(jié)，超車道路面積水更加嚴(yán)重，導(dǎo)致事故多發(fā)。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，中央分隔帶原有排水設(shè)施由于嚴(yán)重淤堵，已無法用于排水，致使局部路面出現(xiàn)積水現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查，路基填料為碎石土、卵石土。在樁號K23+065 ～K23+083 段左側(cè)，超車道與中央分隔帶之間也出現(xiàn)積水現(xiàn)象。根據(jù)管養(yǎng)單位說明，路面曾做過超薄磨耗層處理后導(dǎo)致積水。根據(jù)現(xiàn)場情況，該路段處于正常段（非超高段），超車道略微低于行車道，且超車道橫坡朝向中央分隔帶，因此導(dǎo)致路面水匯集至靠近中央分隔帶處，中央分隔帶附近并無任何排水設(shè)施，形成積水現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查，路基填料為碎石土、卵石土。

2 水平定向鉆介紹

水平定向鉆進(jìn)技術(shù)最早出現(xiàn)于20 世紀(jì)60 年代，到80年代中期國內(nèi)逐漸開始使用該技術(shù)。水平定向鉆進(jìn)技術(shù)是工程技術(shù)行業(yè)的一種管道施工工藝，在不開挖地表面的條件下，鋪設(shè)多種地下公用設(shè)施、管道、電纜等，被廣泛應(yīng)用于供水、天然氣、電力、石油、電信、煤氣、市政工程等行業(yè)的管線鋪設(shè)中，適用的地質(zhì)有沙土、黏土、卵石等非硬巖地區(qū)，即我國大部分地區(qū)均可施工。水平定向鉆進(jìn)技術(shù)具有施工精度高、施工速度快、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過十幾年的飛速發(fā)展，成為發(fā)達(dá)國家中新興的產(chǎn)業(yè)。目前其發(fā)展趨勢正朝著大型化和微型化、適應(yīng)硬巖作業(yè)、自備式錨固系統(tǒng)、鉆桿自動堆放與提取、鉆桿連接自動潤滑、防觸電系統(tǒng)等自動化作業(yè)功能、超深度導(dǎo)向監(jiān)控、應(yīng)用范圍廣等方向發(fā)展。

近幾十年，我國管道鋪設(shè)以及市政排水項目的大量使用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)，積累了許多寶貴的工程實(shí)踐經(jīng)驗。目前已形成許多相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，主要包括《水平定向鉆法管道穿越工程技術(shù)規(guī)程》（CECS 382：2014）、《水平定向鉆機(jī)》（JB/T 10548—2016）等。

3 處治措施

由于該高速公路車流量大，要求施工期不能阻斷交通，且要求對原有結(jié)構(gòu)、設(shè)施破壞達(dá)到最小，經(jīng)過多次方案研究后，提出采用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)。

K1512+390 ～K1512+410 處在原有的排水附近的中央分隔帶邊緣設(shè)集水井，井寬60cm，井長50cm，井深30cm。在集水井處，下設(shè)Ф20cm 的PE 排水管，通過定向鉆進(jìn)技術(shù)，將水引到路基排水溝中。

K23+065 ～K23+083 處在中央分隔帶內(nèi)設(shè)矩形縱向引水溝，溝寬20cm，溝深20cm，溝壁5cm，采用C15 水泥混凝土預(yù)制。首先將中央分隔帶邊緣積水匯集于積水最低點(diǎn)K23+073 處；然后在積水最低點(diǎn)K23+073 處，中央分隔帶設(shè)集水井，井寬60cm，井長50cm，井深30cm；最后在集水井處，下設(shè)Ф20cm 的PE 排水管，通過定向鉆進(jìn)技術(shù)，將水引到路基排水溝中。

4 關(guān)鍵施工流程與施工技術(shù)

施工流程包括施工準(zhǔn)備、泥漿配置、導(dǎo)向鉆孔、擴(kuò)孔、鋪設(shè)管材（管線回拖）、質(zhì)量檢驗與驗收等。

4.1 施工準(zhǔn)備

調(diào)查開鉆附近是否埋設(shè)管道等其他構(gòu)造物，封閉右幅超車道，右幅車輛單車道通行，做好限速等交通組織措施。

4.2 泥漿配置

采用膨潤土、化學(xué)處理劑和水進(jìn)行配制，其中，黏度為50 ～60s，比重為2.5 ～3.0，pH 值不小于9。鉆孔泥漿用量估算公式如下：

式中：V 為鉆孔泥漿用量，m3；De為終孔直徑，m；L為穿越長度，m；K 為比例系數(shù)，取值3 ～5。該項目比例系數(shù)取值4，估算得到鉆孔泥漿用量約為6.2m3。

由于施工過程中，地質(zhì)條件等因素的變化，使泥漿性能參數(shù)需要實(shí)時監(jiān)控和調(diào)整。黏度用馬氏漏斗每2h 測一次，若發(fā)現(xiàn)黏度不足，需在鉆井液中加入增黏劑等大分子物質(zhì)。鉆孔泥漿的pH 值采用試紙進(jìn)行測試。且施工過程中需保持穩(wěn)定的泥漿循環(huán)，若需較長時間停止，必須向鉆孔內(nèi)定時補(bǔ)充新的泥漿，同時活動鉆具，以此補(bǔ)充泥漿漏失和防止卡鉆事故發(fā)生。

4.3 導(dǎo)向鉆孔

導(dǎo)向孔軌跡一般由直線段、曲線段、水平直線段組成。該項目根據(jù)施工現(xiàn)場條件，導(dǎo)向孔軌跡由直線段、曲線段和水平直線段組成，入土角度為28°。根據(jù)地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭和導(dǎo)向板，每鉆進(jìn)一根鉆桿要測量一次鉆頭的實(shí)際位置，以便能夠及時調(diào)整鉆頭的鉆進(jìn)方向，確保所完成的導(dǎo)向孔盡量符合設(shè)計軌跡的要求，并確保鉆頭在預(yù)定位置出土。若發(fā)現(xiàn)導(dǎo)孔偏離，糾偏應(yīng)平緩，避免出現(xiàn)大的轉(zhuǎn)角。

4.4 擴(kuò)孔

一般情況下，使用大型鉆機(jī)時，當(dāng)管線直徑大于30cm時，就要進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，使用小型鉆機(jī)時；當(dāng)管線直徑大于10cm 時，就要進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，預(yù)擴(kuò)孔的直徑和次數(shù)根據(jù)具體的鉆機(jī)型號和地質(zhì)情況而定。該項目最終的擴(kuò)孔直徑為280mm，且進(jìn)行多級擴(kuò)孔，即分多次將鉆孔直徑擴(kuò)至達(dá)到設(shè)計要求。擴(kuò)孔鉆進(jìn)開始之前應(yīng)確保擴(kuò)孔器噴嘴流暢。在擴(kuò)孔過程中，若出現(xiàn)拉力異常或扭矩，需降低進(jìn)尺的速度，然后查明情況，調(diào)整相關(guān)參數(shù)后進(jìn)行擴(kuò)孔。

4.5 鋪設(shè)管材

鋪設(shè)的管材必須具有足夠韌性、強(qiáng)度、良好的抗腐能力和焊接性能。該項目采用PE 管，回拖PE 管時，先將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活節(jié)和被安裝管線依次連接好，從出土點(diǎn)開始回拖作業(yè)。

管材所能承受的最大回拖力：

式中：σ 為管材的屈服強(qiáng)度，MPa；D1為鋼管外徑，mm；D 為管道內(nèi)徑，mm；N 為安全系數(shù)，低壓管道取2。該項目在具體施工過程中，DN200PE 管（SDR17）所能承受的最大回拖力為77kN。回拖速度應(yīng)勻速，回拖過程應(yīng)連續(xù)，如果在特殊情況下需要中止，中止時間不宜超過4h。

4.6 質(zhì)量檢驗與驗收

完工后對施工質(zhì)量進(jìn)行質(zhì)量檢驗與驗收，應(yīng)符合《水平定向鉆法管道穿越工程技術(shù)規(guī)程》（CECS 382—2014）第七章以及各地方規(guī)范要求。

5 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）施工期間不需阻斷交通，確保高速公路不中斷運(yùn)營，對交通影響較小。

（2）施工期間不會大面積破壞路面結(jié)構(gòu)層，有一定的經(jīng)濟(jì)效果。

（3）施工期間對周圍環(huán)境影響較小，不破壞原有地貌，適應(yīng)環(huán)保的各項要求。

（4）與其他施工方法相比，進(jìn)出場速度快，并且施工占地少，工程造價較低。

6 結(jié)束語

隨著水平定向鉆進(jìn)設(shè)備不斷發(fā)展和施工經(jīng)驗的不斷積累，該技術(shù)將廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。尤其是針對高速公路，水平定向鉆進(jìn)技術(shù)具有對路面結(jié)構(gòu)層和原地貌損壞較小、實(shí)時定位、不阻斷交通、施工周期較短、穿越精度高等明顯的優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于各等級公路路面積水病害處治中。