水平导向钻进大管棚施工技术

　　摘 要：本文以深圳丰盛町地下阳光街工程为例，详细介绍水平导向钻进大管棚施工技术，为以后为类似工程提供参考。

　　关键词：水平导向钻进;大管棚;施工技术

　　Abstract: This paper introduces the large pipe shed construction technology from the horizontal directional drilling, taking underground Sunshine Street project of Shenzhen rich Cho as an example, for your reference in future.

　　Key words: horizontal directional drilling; large pipe shed; construction technology

　　中图分类号：TU74 文献标识码： A 文章编号：2095-2104(2012)

　　1 前言

　　因区域地质构造和围岩工程性质的变化,隧道在掘进过程中常会遇到断层或软弱、破碎带,易引起隧道拱顶围岩失稳、漏顶等工程问题。目前,国内外多采用大管棚工法,作为隧道洞口浅覆盖段和隧道内遇各种软弱土层时掘进的主要辅助措施。但因其一次性施作距离较短,常需在较长隧道内预设多个管棚工作室,施工难度较大,影响工效。为解决上述问题,经过探索和试验,设计出“导向跟管钻进法”,进行长管棚施工,单向一次性打设棚管长度超过100m，并在深圳丰盛町地下阳光街等工程中得到成功应用。

　　2 工程概况

　　丰盛町地下阳光街为深圳市深南大道地铁车工庙站两侧的地下空间，设在深南大道两侧绿化带之下。整个商业街按地下位置分为四个区：东北侧为A区，西南侧为B区，东南侧为C区，西北侧下穿深南大道为D区。本工程范围为：B区暗挖(下穿泰然九路的B区暗挖隧道和下穿风塘渠的B、C渠连接段的暗挖隧道)、D区暗挖隧道结构部分。

　　3 导向跟管钻进原理

　　定向钻进方法是非开挖管线施工的一种方法。该方法要求在钻进过程中能准确定位钻头在地下的位置和方向。根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能调节方向的钻头(一般为楔型钻头)改变钻头的钻进方向，从而完成铺设工作。

　　图3-1 钻头结构图

　　如图3-1所示：钻头内装有特制的传感器，传感器由信号线连接显示屏。显示屏显示钻头的倾角和面向角(导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面)。打设角度如偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大，受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹是平直的，所以导向钻头是上下纠偏的关键。

　　4 水平导向跟管钻进法施工超长大管棚施工方法

　　管棚施工中，用棚管代替钻杆，其最前端加装如上所述的导向钻头，后续棚管之间采用丝扣进行连接，利用水平定向钻机将棚管依次打人土体中。在钻进过程中，依据导向钻头内置的定位传感器传出的角度信号，对钻进角度进行调节，使棚管按设计轨迹钻进。当棚管打进至设计深度后，撤回定位传感器，随后立即向管内注浆。

　　4.1 钻机的选择

　　钻机是进行非开挖导向钻进法施工的主要设备，它的适用与否直接关系到导向钻进施工的安全性、经济性。而现在市场上的钻机品牌众多、型号多样，满足地层条件和工程要求的导向钻机不是唯一的。所以可以根据回拖力的大小来选择既经济又安全的导向钻机。回拖管棚时的钻机拉力F大于管壁与孔壁之间的摩擦力W时，即可用钻机直接将管棚道拉入地层;当F

　　4.2导向墙施工

　　先在拱脚灌注高60cm混凝土导向墙基础，然后将导向架固定在基础上，对导向管进行复测无误后，采用I16钢架及3015钢模安装导向墙模型，灌注C30混凝土，导向墙沿隧道纵向长2.8m，高1.5m，灌注过程中用全站仪对导向管进行全过程监控。

　　4.3 安放支架

　　支架主要承受水平定向钻机及操作人员的重量。支架采用I25a工字钢作为水平及横向支撑，支撑焊接在风道与车站结合部初期支护钢架及临时中隔壁工钢上。根据管棚位置不同，每次支架平台搭设宽度也不同，在上部每个平台可施工4根管棚，下部每个平台可施工3根管棚。恢复临时支撑后进行下一平台搭设。

　　4.4 钻机安装就位

　　采用手拉葫芦把钻机悬吊在需要施工位置，调整水平定向钻机前后方向，使水平定向钻机钻杆轴线与设计管棚中线在同一轴线上。同时调整固定支座使水平定向钻机走行轨纵坡为～0.3% ，与设计管棚纵坡一致，之后进行钻机固定。

　　4.5 导向孔施工

　　导向孔施工是整个工程的关键工序，它的成功与否将影响整个大管棚的施工质量。导向孔施工受导向系统、泥浆系统、水平定向钻机导向孔径及操作等因素影响。施工过程中根据长管棚埋深不同采用不同的导向系统和泥浆配置。

　　导向钻进前应对钻机定位情况、方位、倾角情况，孔口管对中情况，冲洗液流通以及导向仪显示情况进行全面复检，确认正常后进行试钻。钻进前须先开泵，待冲洗液流通正常后，方可钻进。

　　钻进时，泵压应控制在0.4-0.8MPa，泵量为20-50L/min为宜。保持中低压力，匀速中速钻进。为防止水土流失，控制沉降，必要时需采用孔内保压措施。在钻孔过程中要始终保持回水量小于或等于进水量。导向技术人员随着不断钻进，必须时刻观察探头角度变化情况， 角度偏差大于0.3°时，应及时纠偏。钻孔出现涌水时，应尽量保持泵压，泵量不能变小，以平衡孔内压力。 冲洗液不正常时，严禁继续钻进。

　　4.6 回次加尺、接线

　　每根管在下坑前必须进行质量检查。管材不得有弯曲，丝扣四周壁厚均匀，丝扣完好合格。管材内的铁屑、赃物及锈皮等必须清除干净。下坑时避免与硬物相碰，以免损伤管扣。连接的电线应选用导电性能好，外壳绝缘性能好且耐磨的电线。接头处要用两层热缩套管套好，用热吹风机吹烤贴牢。

　　4.7探头盒回取

　　用Φ8mm的钢丝绳将探头盒取出，取出时应每10米测量一次孔斜情况;

　　5 注浆

　　由于采用间隔施工大管棚，为了避免先期注浆结石影响后期成孔(主要是渗入地层中的水泥结石极易造成钻孔偏斜，诱发孔内事故)，大管棚第一次注浆压力不宜过大，待周围管棚施工完成后加大注浆压力再次注浆。

　　为了确保注浆质量，首先应向孔内压注水灰比为1的浆液，注浆压力控制在0.2～0.4MPa，注浆量控制在1.5～2.0倍理论裸孔容积，然后向孔内压注水灰比0.6的水泥浆，当压力达到0.6MPa并稳定后停止注浆。

　　6 施工效果及评价

　　为了检查管棚支护技术的施工效果，保证地下阳光街施工安全，在管棚和注浆孔施工结束后，必须施工检查孔，对施工效果进行检查。检查孔沿掘进方向自中部向上左右两帮各施工一个。从取心钻探结果看，取出的岩芯如实反映了各土层的加同情况，水泥浆液扩散凝固效果较好，钻孔在取芯检查深度范围内出水甚微，满足预期设计要求。施工后地表沉降较小，都在允许范围之内。渗漏水不明显。管棚排列较整齐，施样精度较高。

　　7 结束语

　　在超长大管棚施工中能随钻进，随调整;将管棚用管分节依次钻入，回次加尺、接线、焊接，直至达到设计长度。因此，在暗挖隧道进行断层或软弱、破碎带开挖中，采用水平导向钻进大管棚施工技术，能有效减少隧道拱顶围岩失稳、漏顶等工程问题。

　　参考文献：

　　[1]JTG F60-2009 公路隧道施工技术规范，人民交通出版社，2009.

　　作者简介： 黎继国 (1977-)，男，工程师，主要从事公路桥梁工程项目管理。