非开挖水平定向钻技术在道路工程污水管道铺设中的应用

　　摘要：本文介绍非开挖施工的水平定向钻技术在中、小口径污水管敷设中的施工工艺、施工要点和质量控制措施。

　　关键词：非开挖施工 道路工程 管道铺设

　　Abstract: This paper describes the Trenchless Horizontal Directional Drilling technology, small-bore sewage pipe laying, construction technology, construction elements and quality control measures.

　　Key Words: trenchless construction; road works; pipe laying

　　中图分类号： U41 文献标识码：A 文章编号：

　　前言

　　在市政工程施工中，必然要铺设很多不同直径的管道(包括自来水管道、污水管道、雨水管道)。传统的挖沟埋管法具有很多缺点，如影响交通，破坏路面、破坏地表植被，影响正常的商业活动和居民的日常生活以及有可能产生大量的土方。非开挖技术被广泛应用于穿越公路、建筑物、河流以及闹市区、农田和环境保护区等不允许或开挖费用较大的工程中。由于该技术具有综合成本低，施工周期短，环境影响小，不影响交通，施工安全性好等优点，在市政工程给排水、通信电缆、燃气管道等地下管线工程施工中得到广泛应用。

　　1 水平定向钻非开挖施工技术介绍

　　水平定向钻钻进中，大多数工作是通过回转钻杆来完成的，钻机的扭矩、轴向给进和回托力，是控制拖管施工的重要技术参数。

　　水平定向钻施工一般分三步进行：

　　(1)钻导向孔

　　利用水平定向钻钻进设备在入口处开始钻进，钻进过程中通过导向仪监测和控制使钻孔按设计的轨迹延伸，并从另一端钻出地表，完成导向孔的施工。见图

　　(2)扩孔

　　如果待铺管线的管径较大，不能同时完成扩孔和回托作业时，必须进行逐级扩孔。根据设备能力、地层条件和现场的情况来确定每次扩孔的直径。一般采用回扩器分级回拉扩孔，由DN100开始逐级增长;为了保证管线能够顺利铺设成功，最终的扩孔直径应该是待铺管线直径的1.25～1.5倍。另外，根据孔径、不同地层成孔情况的好坏及孔内残余泥土量的多少，决定是否有必要进行清孔。

　　(3)铺管

　　铺管是非开挖水平定向钻进技术铺设地下管线方法中的最后一道关键工序，也是实现非开挖铺管目标的最后一步。原则上要求扩孔(或清孔)与铺管一气呵成，中间不允许有长时间的非作业停顿，尽量减少因钻孔暴露时间过长而引起孔内垮塌的危险。

　　铺管一般过程：扩孔(或清孔)完毕后，孔壁成型。首先在出口处将已经焊接好的管线依次装上连接头、万向接、扩孔钻头。接着在入口处启动钻机，把扩孔钻头连接到钻杆上。然后在确定各部件连接牢固后指挥钻机开始回拉钻杆。当拉到扩孔钻头快要进入孔口时，同时指挥钻机开始喷射泥浆，旋转回挖。钻杆拉完一根，快速卸下一根，管线逐渐进入钻孔，如此进行，直到将待铺管线拉到预定位置。至此，铺管作业完成。

　　在回拉铺管过程中，要密切注意拉力、扭矩、泵压等参数的变化，同时还要随时关注现场有无异常情况出现，及时处理多余的泥浆。拉管中要派专人负责卸、装及运输钻杆，以保持整个拉管作业的连接性。前、后场之间密切配合，用对讲机互通信息，随时保持联系。另外，对后场的管线要派专人进行维护，增加拖管器防止管道划伤，确保回拉时管线安全。

　　另外，特别应该注意的是施工前首先要对施工现场进行管线勘察，并结合建设单位提供的施工区域地下管网和障碍物等资料，搞清楚施工区域的地下管线、电线、电缆和通讯等设备，以防施工时受损，确保工程的顺利进行。利用钻进规划软件规划出模拟的钻进路径图，使操作人员可以预先大概直观地观察到本工程整个定向钻进过程，初步了解施工所需的钻杆数量和泥浆用量等，便于有计划地进行施工组织管理。

　　2 应用实例

　　某污水管工程为经济技术开发区排水管网工程的一部分，敷设管材为D500PE给水管(≥o.8MPa)，实际施工管道长度为115m。为确保工程顺利施工，拟采用DitchWitchJT7020(回拖力为25t)水平定向钻机来完成本次工程。本工程在穿越段东侧有一条D2000污水主干管，其轴线为南北向，正好与本次穿越污水管轴线相交，根据要求本次铺设的污水管管顶要与已建的污水管底之间的间距要保证在3m以上。本穿越工程施工工期为10d。

　　3施工要点

　　依据施工图纸，确定穿越人土点位置，并打桩做好标记。首先在入、出土点位置设计井位，降坡2"--2.5m，打6m的钢板桩做围护，然后挖掘长6.0m、宽4.0ITI、深6～7m的工作坑，深度根据各工程点管道标高而定。另外在人钻位挖一个长3m、宽1.5m、深1m的作业坑，出钻点位挖一个长20m、宽2ITI、深0～2.5m的发送沟。入土角为确定钻机的摆放位置，并使钻机的中心点与穿越方向重合。钻机应试运转并调整好适合本次施工的参数，按设计曲线要求钻导向孔，在穿越曲线上每隔4.5m设数据控制点，以此控制导向孔不偏离设计曲线。导向孔钻成后，卸掉钻头及控向系统，安装扩孔器进行预扩孔，根据施工经验，本次扩孔采用逐渐增大扩成孔，扩孔器的规格为声600、91800，为使扩完的孔成型较好，扩孔速度不能太快，扩孔时间应大于3rain/根，泥浆黏度保持在45～50s之间，泥浆量保持在孔内充满足够泥浆。扩孔完成后进行回拖作业。

　　水平定向钻穿越入、出土角按设计确定，确保管道在地下的深度要求和施工安全。根据不同土质选取不同的钻进速度，选配不同性质的泥浆(泥浆黏度在45～50s之间)。开钻前应认真进行参数标定，确保穿越控向数据的确定，严格控制偏差在规范允许的范围之内。

　　4水平定向穿越施工技术质量保证措施

　　4.1钻机安装牢固后方可开钻。根据穿越管径的大小、长度和黏具的承载力调整回拖力。

　　4.2污水管标高控制措施

　　(1)钻导向孔施工前，用水平仪将钻线各控制点处的地形标高转测出来，并做出记号。然后根据地形标高、设计图纸上管底标高换算出个控制点的深度，做出设计数据表。钻导向孔时根据设计表对每个控制点进行控制，如有偏差及时纠正。

　　(2)直观控制：导向孔施工前，在人、出钻工作井处各找两个点，井位两侧水平仪测出标高，使这两点标高一致，并打木桩做好标记。然后在这两个点上拉一条细线，当导向钻头至工作井时，用塔尺进行直观测量，这样可算出导向孔进行纠正。

　　4.3预扩孔质量控制措施

　　(1)预扩孔是管道回拖成功的关键程序，为了保证回拖拉管工序的顺利进行，确保穿越万无一失，预扩孔采用2级扩孔。第一级采用乒600挤桶式扩孔器进行第一次预扩孔;第二次采用声80挤桶式扩孔器进行第二次预扩孔。

　　(2)本次为大管径管道施工，扩孔直径要达到800mm，为了保证成孔质量，采用以下措施控制施工质量：

　　①施工中加大泥浆配比，增加泥浆黏度的方法来维护钻孔的稳定。具体为：回扩孔时泥浆的马氏黏度值必须保证在45～55s之间，泥浆比重应大于1.03，泥浆注入土中与黏土混合后产生的泥浆比应大于1.10(根据土质情况而定);为了增加钻孔的护壁效果，防止塌孔，在泥浆中按比例加入高分子聚合物，使钻孔壁形成一层保护层达到良好的护壁功能。

　　②施工时要连续进行，保证在钻孔中的泥浆黏度适中处于一中黏滞状态，使泥浆没有时间沉淀，保证孔壁稳定性。在预扩孔时扩孔速度不能太快，扩孔时间应大于3min/根，并均速扩孔不得忽快忽慢，使孔内泥浆均匀分布，严禁回扩器向扩孔方向推以减少泥浆的不均匀分布。

　　③每次预扩孔结束后要根据扩孔情况，合理确定下一级扩孔尺寸和扩孔器水嘴的数量及直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，避免泥屑床生成。

　　④最后一次扩孔(≯800ram)与回拖工序要连续进行，间隔时间不得超过5h。

　　5 结束语

　　随着社会的不断发展，城市建设可谓日新月异，基础建设的投入力度将不断加大，非开挖技术必将以其施工条件简单、施工周期短等优势占领城市管网施工市场，应用规模及范围必将不断扩大。