水平定向钻施工技术应用解析

发表时间：2020-05-28T08:13:29.792Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年4期 作者： 费宏建[导读] 受到交通和客观环境条件的限制，很多情况下地下管道不能采取开槽施工上海明裕电力建设工程有限公司

摘要：受到交通和客观环境条件的限制，很多情况下地下管道不能采取开槽施工。为解决这一施工难题，便产生了非开挖埋管施工技术，其中水平定向钻排管便是其中之一。本文结合崇明南门10KV永凤等线路新建排管工程实例，对水平定向钻施工技术进行了解析，为类似工程参考。

关键词：水平定向钻；导向施工；回拉扩孔；管道回拖；施工技术󰀀󰀀

1工程概况及项目特点

本工程位于崇明西门路中津桥路沿线，共计3段，分别为A1-A2顶管3*4*120m（Ф200-MPP管），A2-A3顶管3*4*70m（Ф200-MPP管），A4-A5顶管3*4*150m（Ф200-MPP管）。

项目的特点是：（1）施工地点位于城桥镇城区，人流和车流量都比较大，施工安全隐患大。（2）沿线地下管道线比较集中且复杂，需要做好定位及保护。（3）现场场地小，泥浆排放比较困难，而且要避免泥浆污染环境。 2 定向钻施工技术及工艺 2.1现场勘察

根据施工图纸标注的位置对现场进行实地勘察。勘察的目的主要是对地上环境环境的了解和地下管线的摸排定位，以便针对勘察的情况制定相应的措施。地上环境的勘察主要包括，施工地点的建筑和构筑物、道路交通、人流量及其它影响本工程施工的所有因素。地下的勘察主要是对非开挖的整条路径做地下管线进行物探，对照物探报告对现场地下管线进行复核，复核其管线的位置、标高及走向，并在地面用石灰线进行标记。同时，在开挖工作坑的地方开挖样洞，防止有不明管线的存在，保证地下已有管线的安全。 2.2定向钻进轨迹的设计

穿越轨迹包括入口、第一造斜段、第一弯曲段、水平段、第二弯曲段、第二造斜段和出口。为了确保管道的畅通，穿越轨迹应满足管道曲率半径的要求。进出口土角度按非开挖协会行业规范确定，进出口土角度经验值为8°-20°（即14%～37%）。本工程经综合计算确定顶设计入土角α= -15°，出土角α=15°。

穿越深度根据上海市电力公司《水平定向钻进铺设电力管道工程技术规程》和《水平定向钻进管线铺设工程技术规范》要求，穿越道路的深度应为最大扩孔孔径的6倍；穿越航道最大深度为河底标高下≥5m。本次钻进轨迹设计兼顾对地下管线的避让，最大设计穿越深度8m，最大深度水平段距离15-30m。 2.3工作坑的开挖

入土坑开挖地面1*5m，此处采用人工配合机械开挖其大小为5m×2m×2m工作坑。出土坑开挖地面1*5m，此处用人工配合机械开挖5m×1m×2m工作坑。 2.4泥浆的配制

本工程参考CETCO公司生产的定向钻专用膨润土和泥浆添加剂，以提高造浆率和成孔质量。膨润土作为制浆的基本元素，可提升泥浆悬浮钻屑的能力，使得钻屑能够浮在泥浆中，随泥浆循环流出钻孔，保持孔内清洁；稳定孔壁，防止塌孔。聚合物包可以覆粉砂土颗粒，抑制粉砂土松散坍塌，提高携带性和护壁性能。下面就以Hydraul EZ（易钻）牌膨润土和Insta Vis Plus（万用王）聚合物为列配制泥浆，其泥浆的粘度应符合下表1要求： 表1 水平定向钻井液混合配比表

建议采用粘土层泥浆配置，现场泥浆的配置应具体以现场土质为准，配置时参考上表1做相应调整。 泥浆用量计算： 钻孔容积：

V容积=0.82×3.14×52/4=26.12m3 V容积=1.02×3.14×347/4=272.4m3 地层系数：3

总泥浆用量：2×3×（26.12+272.4）*1.3=476.14m3 2.5钻导向孔

按照设计的钻进轨迹图调整钻杆的钻进角度，并逐一钻进。测量每根钻杆的深度和方向，并记录钻进路径统计统计表。在钻孔过程中做好表面测量点标记，方便在钻孔时检查深度和位置。要求每根钻杆的深度误差范围控制在±0.20 m以内，轴向偏差范围控制在±0.30 m以内，记录钻进过程中的扭矩、推力、泥浆流量、泥浆压力和角度变化。 2.6反向扩孔及孔的改善

该工程顶管分两次钻进，最终最大孔径为Φ1000。分级回扩，导向孔钻进结束后，按照土质情况采用Φ300、Φ400、Φ600、Φ800、Φ900、Φ1000回扩器反拉旋转扩孔。

扩孔时按照地层实际情况配置的泥浆，保证孔壁稳定，泥浆流动顺畅。第一级扩孔时，应放慢扩孔速度，降低泵压，提高速度。扩孔完成后，用Φ800和Φ1000清孔器清孔一次，将孔内多余的残渣排出，进一步稳定孔内壁。 2.7回拉铺管

本工程使用 “威猛”D-35水平导向钻机，其最大回拖力35T，能够满足本工程回拖要求。在施工前必须检查水平钻机钻进液压系统、水平定向钻机减阻滑车等，保证钻机在施工过程中能够正常运转，如遇到特殊情况时，需再确认。在施工前，班组长必须确认旋转接头能够旋转灵活，保证成束管材在拖管时不会发生扭转。同时班组长施工前必须检查拉头与待装管线的连接，确保在回拖过程中管材拉头不回脱落。在管材回拖过程中不能间断，避免管材在孔内停留时间过长导致回拖力增大，超出钻机最大回拖力，致使拖管失败。 2.8 孔的加固处理

回拖铺管结束后，在回扩孔内需进行压密注浆处理。因此泥浆的配置及充填应根据上海市《地基处理技术规范》DBJ08-40-94中有关工艺的要求进行。压密注浆充填量的计算如下： V充1=V充1

=（V扩1-V管1）×δ清孔系数

=（πD扩12 /4×L孔长-πD管12 /4×L孔长×S管数）×δ清孔系数 =（π×0.42 ×52-π×0.182 /4×52×6）×0.8 =18.88M3 V充2=V充1

=（V扩1-V管1）×δ清孔系数

=（πD扩12 /4×L孔长-πD管12 /4×L孔长×S管数）×δ清孔系数 =（π×0.52 ×347-π×0.182 /4×347×19）×0.8×2 =167.53M3 V充总= V充1+V充2 =18.88+167.53 =186.41 M3 2.9 工作坑的清理

管道铺设完毕后，应清理工作坑内的泥浆，并在适当深度锯断管道。一端工作坑，按排管孔位要求将管材接入需建工井。另一端工作坑，在适

当深度将管材锯断，做好编号标记，按排管孔位要求将管材接入需建工井。 2.10 配合施工

顶管施工完毕后，再待工井施工完毕后配合班组进场，在施工现场负责人的监督下，将工作坑至电力工井段土方按照排管管位宽度进行开挖至接管标高（即电力工井预留窗口高度）。土方开挖需人工开挖，如遇特殊情况人工无法开挖或无地下管线情况下使用挖机需填写《挖机使用申请表》经工程部批准后方可使用，同时使用挖机时必须现场负责任现场监护方可施工。开挖后的余土严禁乱堆放，余土在不能及时清运时必须用绿网覆盖。

在工作坑至电力工井段接管工作区域内土方开挖完毕后立即通知工井制作单位安装封头板及安装喇叭口。将已施工完毕后工作坑内的M-PP管进行编号校正。施工人员需要对讲机分别在两侧工作坑，一侧抽动M-PP管材孔内预留绳子进行编号并用对讲机告知另一侧施工人员编号；另一侧施工人员根据管内绳子抽动情况相应编号（两侧编号需一致）。根据所施工孔数依次编号。

对已编好号的M-PP管进行双向“通牛”，以确保已施工管材内全部畅通，无堵塞或断裂。对Φ150（内径）M-PP管采用Φ127×600“铁牛”双向通过；对Φ175（内径）M-PP管采用Φ159×600“铁牛”双向通过。

“通牛”后将已编号的M-PP管按照电力公司工井孔位典型图进行校正固定。首先测量好工作坑管材到喇叭口的长度，然后将整根管材按照测量长度锯断，用套管将工作坑管材与锯断管材连接后套上喇叭口，然后再在管材两侧插入木桩。用铅丝将已接好管材绑扎固定。其余管材依次按照上述步骤进行，一侧工井管材全部接好后再依次接另一侧工井。工井接管完毕后，立即通知工井制作单位在距离工井井边3m内浇筑混凝土。混凝土浇筑凝固后（达到初凝）将余土回填至工井人孔标高。 3 结语󰀀

随着经济的快速发展和城市化进程的进一步加快，水平定向钻技术是一种对环境影响小、工程造价低、施工速度快的新非开挖技术，越来越受到工程技术人员的重视。通过在工程实例的成功应用，取得了良好的经济效益和社会效益，对今后类似排水管道工程的建设具有一定的参考和指导意义。 参考文献

[1]《水平定向钻进铺设电力管道工程技术规程》（Q/SDJ1013-2004）[S] [2]浅谈污水管网施工关键技术分析[J]张大鹏.珠江水运.2017-12-30

[3]非开挖施工技术在市政管道施工中的应用[J]陈凯.建筑技术开发.2018-07-15