非开挖定向钻孔铺管在排水管道施工中的应用

　　摘要：非开挖铺管技术是指利用岩土钻掘手段，在地表不挖槽的情况下，铺设和更换地下管线的施工技术。该项技术与传统的铺管施工相比，具有不破坏环境、不影响交通、施工安全性好、周期短，成本低、社会经济效益显著等优点。同时可用于一些无法实施开挖作业的地区铺管，如古迹保护区、闹市区、高速公路、铁路、建筑物、河流等。可广泛用于市政、电信电力、煤气、自来水、热力等管线铺设。

　　关键词：非开挖,定向钻孔铺管,应用

　　2008年至2011年我在赤道几内亚首都马拉博从事城市污水管网及污水处理厂工程项目施工工作。市区内新建高速公路污水管道部分路段需穿越公路施工，为避免明挖破坏公路，招标文件中亦明确规定要采用导向钻进非开挖铺管技术。期间设计并参与施工了多处非开挖定向钻孔铺设排水管线的施工任务。在施工过程中,我们针对施工钻进过程中容易出现的导向，成孔及扩孔事故，对施工工艺进行了改进,由于这些改进措施,大大减小了各类施工事故发生的几率，使效率提高了50 %。地处西部非洲的赤道几内亚首都马拉博，位于赤几大陆西北200km处的比奥科岛上。比奥科岛由喀麦隆火山喷发形成，距离喀麦隆火山约65km，面积1000平方公里，具有典型火山岛的特征。地表多为原始丛林。马拉博市区被丛林环绕，东部临海，老城区街道狭窄，起伏坡度大，地下管线错综复杂，电力，通信，燃气管线等无统一规划，且相关资料不齐全，施工前期现场勘察，地下管网调查任务繁重。

　　一、导向钻进非开挖铺设污水管道技术特点

　　导向钻进非开挖铺设污水管道技术特点为：

　　1、不破坏周边环境

　　仅需在地下钻一个略大于需铺管道直径大小的孔，不破坏和影响地面各类设施。

　　2、 不影响周边群众生产生活秩序

　　钻孔铺管施工时，可以根据周边环境情况，灵活设计钻机施工位置和出土位置，钻机施工位置和出土位置之间，全部从地下通过，从而保证对周边生产生活秩序不造成影响。

　　3、施工安全

　　仅需在地下形成较小孔道，且孔内采用泥浆固壁，可以保证地面不塌陷，保证地面建筑物的安全。

　　4、应用范围广，适应性强

　　适宜在砂土、粘土、粉土、淤泥等土质条件下采用;可铺设柔性管(如PVC、PE管等)、刚度较大管道(如钢管、铸铁管等)和线路;铺设管径范围大，在DN40到DN2000之间;铺设长度长，目前单次铺管最大长度可达500 m左右，铺设深度大，铺设深度可达15m;可以广泛应用于市政、电力、铁路、公路等建设领域。

　　5、铺管方向可控，施工精度高

　　在非开挖定向钻孔铺管施工中，采用有线式或者无线式地下定位系统，在地面可以精确控制导向孔的空间走向，从而保证铺设管线不偏离设计轨迹。

　　6、施工简单，速度快

　　该工法仅需采用专用钻机和机具，在地下钻孔铺管，施工简单，速度快。

　　7、主要设备机具国产化程度高，成本较低

　　目前主要钻孔设备和钻孔机具基本国产化，国产设备质量好，价格低，总体成本较低。

　　二、施工情况及工程量

　　1、管材选择

　　管材采用HDPE管，每根长6米，采用热熔焊对接。

　　2、钻孔铺管设备选型

　　钻孔铺管施工设备选用ZT-25型钻机，钻进监控设备采用DigiTrak Eclipse地下定位系统。其特点为：铺管方向及深度可控，可精确按设计轨迹铺设管线;铺管距离较长，可达数百米;施工速度快。

　　3、劳动力组合

　　一台套设马拉博市污水管网及污水处理厂工程非开挖定向施工污水管部分工程量见表三：

　　三、施工工艺

　　1、现场勘察

　　现场勘察包括地表测量和地下勘察两部分，地表测量主要是根据对管线工程周围地形、建筑物、设施、道路情况等进行测量，初步定出钻孔中线和地表走向，根据要求的铺管深度初步确定导向孔造斜长度和入射点位置，铺管长度，下管位置。地下勘察主要包括地下原有管线及设施的勘察和地层的勘察。导向孔设计时应避开地下设施并保持距一定的安全距离。

　　2、导向孔轨迹设计

　　导向孔一般由三段组成，第一弧形孔段、直线孔段、第二弧形孔段。对于铺设刚性较大的大直径钢管般只有第一弧形段和直线段。第一弧形孔段是钻具进入铺管深度的过渡段。典型的导向孔的形态由以下5项基本参数决定：(1)穿越起点 (2)穿越终点 (3)铺管深度 (4)第一弧形孔曲率半径 (5)第二弧形孔曲率半径。

　　3、施工前准备

　　施工前准备包括人员组织、钻机钻具准备、施工现场准备。

　　(1)人员组织主要确定施工参加人员，主要由司钻1人、导向员1人、机械维修人员1人、上下钻杆2人、其它人员2人等组成。施工前，对所有人员进行技术、安全交底，使他们对施工目的、质量要求有一个全面了解，特别是司钻和导向员只有对设计的轨迹曲线做到心中有数，才能在导向孔的施工中配合默契。

　　(2)钻机钻具准备：在钻机准备方面，应对钻机的完好性做一次全面的检查，消除钻机在施工中出现问题的隐患。

　　(3)施工现场准备：主要包括下管槽、接收坑的开挖和机械进场、安装。

　　①下管槽、接收坑的开挖。正式施工前应按照施工设计的要求开挖下管槽和接收坑。在含水层开挖时，应事先做好降水工作。

　　②钻机进场、安装

　　安装钻机地基必须平整、坚实，必要时应用混凝土对钻机前支点处的地基进行加固。安装钻机时应保证钻机导轨中线和导向孔轨迹在同一垂直面上，导轨和水平面夹角与设计的入射角一至，机上钻杆与地面交点在设计的入地占上。设备安装完毕后应试车检查，泵水试验钻具的密封情况、导向钻头的通水情况，检查导向仪是否工作正常。

　　4、先导孔施工

　　5、反拉扩孔、铺管施工

　　施工步骤：卸下导向钻头换上反扩钻头及分动器;②分动器后连接钻杆;③扩孔;④反扩钻头到达接收坑后，卸下反扩钻头及分动器，将前后钻杆连接起来;⑤将反扩钻头及扩孔器连接到钻杆后;⑥分动器后连接要铺设的管道;⑦反扩拉管;⑧反扩钻头到达接收坑后，使分动器与拉管头脱离，并从钻杆上卸下反扩钻头;⑨卸下剩余钻杆，铺管完成。

　　6、泥浆应用

　　在非开挖导向钻进铺管施工中，无论是导向孔的施工还是反拉扩孔和铺管的施工中，最好使用泥泥浆作为钻进液，特别是地层复杂、含沙量比较大的情况下，一定要使用泥浆。使用泥浆可减小回转扭矩和回拉铺管时的磨擦阻力，减少施工时发生故障概率。

　　四、常见问题及处理措施

　　在非开挖铺设污水管工程中出现的问题及解决方法见表五：

　　结论

　　水平定向钻铺管技术应用于给排水工程施工，具有施工周期短、精度高、环境影响小、综合成本低等显著的优点，显现出良好的社会效益和经济效益，必将成为在高速公路、铁路等不允许开挖或管线复杂地区管道施工的首选方法，尤其应用在穿越河流项目更有其技术优势。同时对于水平定向钻施工特点和面临的风险有一定的认识，施工时应采取相应措施加以防范，提高成功率。

　　高密度聚乙烯管具有独特性能，是定向钻施工的理想管材。应用定向钻技术铺设HDPE排水管，实现两者完美结合，符合国家推广塑料排水管材的产业政策，值得推广应用。

　　参考文献

　　1. 非开挖技术协会等. 水平定向钻机, 2001

　　2. 胡郁乐, 乌效鸣. 非开挖技术中定向钻进效果与弯曲问题分析. 地质与勘探, 2003(2)

　　3. 江天寿等. 受控定向钻探技术. 北京: 地质出版社, 1994

　　4. 乌效鸣, 胡郁乐等. 非开挖导向仪的研制. 岩土钻凿工程, 2002

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