武汉市市政路桥有限公司 高蕾 梁恒

摘要：水平定向钻是一种非开挖施工技术，具有快速、环保、不影响地面交通的特点。本文结合军山第一大道（京珠高速公路～官莲湖路）段工程施工为实例，对水平定向钻施工技术进行分析和探讨。

    关键词：非开挖施工 水平定向钻 地下工程 泥浆护壁

1  前言

随着城市道路建设步伐的加快，交通道路网线的加速更新，原有道路的升级改造及新建道路施工中，时常会遇到不利于明开挖的施工阻碍（铁轨、既有通行道路、地下管涵等），且开挖市政道路路面进行各类地下管线施工引发的社会问题、交通问题和环境污染问题受到社会的广泛关注。水平定向钻穿越施工过程是通过计算机控制进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把产品管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。该施工技术不需地表开挖，减少了明开挖施工过程对交通、植被等产生的影响和破坏，有效保证了周边环境、通行道路及地下管线功能正常使用。

2  工程概况

军山第一大道（京珠高速公路～官莲湖路）段工程起自京珠高速以南跨线桥下的铺路，终至官莲湖路到路口，长约2.8km，红线宽度为53～54.75m。道路沿线分别与京珠高速、黄陵二路、檀军公路、门站路、黄陵三路、黄陵四路、官莲湖路相交；道路中间为在建汉阳有轨电车铁轨，道路两侧为已形成的绿道。

下穿相交道口、有轨电车、绿道等雨污排水及电力电线管群施工时，在不影响周边居民正常出行、地下管线的正常运作、施工环境及噪音污染等情况下，将弃用明开挖施工法，采用水平定向钻施工法。

图1 军山第一大道排水施工图局部

3  工艺原理

首先沿所需穿越的轨迹钻导向孔，然后回扩钻孔加大孔径，直到适应管道穿越的要求。在回拖过程中，钢管通过旋转接头与扩孔器连接，并随着钻杆的回拖敷设在扩大了的钻孔中。

图1   泥浆循环示意图

图2为施工工艺流程图：

图2   施工工艺流程图

3  施工过程控制

3.1测量放线

由专业管线探测、测量人员将施工现场地形及地接收线测绘成图，计算出钻杆应达到的深度来确定定向钻孔轨迹，满足入土造斜段与管道直线段之间、管道直线段与出土造斜段之间，有一根钻杆长度达到管道直线段坡度要求15°，出土角按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定，一般不宜超过20°，放样出拟铺管线位置、工作坑位置测放到施工现场，固定好定位桩。用管线仪探测拟铺管线穿越区域，标记所有管线（电信、电力、燃气管线等）的位置与深度。

3.2工作坑开挖

开挖前认真调查地上地下障碍物，以便开坑时采取妥善加固保护措施。工作坑或接收坑开挖深度，依据管道高程、所用扩孔钻机尺寸，以及砼垫层厚度计算确定，施工时用水准测量控制。泄压坑设置在检查井位置，深度由所选的检查井深度决定。

3.3钻液配置

钻液一般由水、膨胀土和聚合物组成，为改善泥浆性能必要时加入适量化学处理剂。配置的钻进液，冷却钻头、润滑钻具，更重要的可悬浮和携带钻屑成为流动的泥浆顺利的排出孔外，为回拖管线提供环形空间和减少重量及阻力。

依据地质报告及实地地质情况，本工程地质为粉质粘土，钻液配比为12~18kg/1.25~2.5L,马氏漏斗粘度35~40s。

泥浆用量估算:

式中：Q--泥浆流量（L/m）；

      D--回扩头直径（m）；

      K--系数，通常在2~5间，在粘性土壤中取2~3，而在砂石或泥浆漏

         失严重的地质条件下取4~5。

以上计算值为初步估算值，实际应用时泥浆用量比估算值稍大。

3.4设备就位安装

钻孔机安装在工作坑旁边，管道轴线依据设计图纸及现场条件进行桩位放线确定，钻杆中心与管道轴线一致。确定拉管机方位后，应固定好钻孔机。

钻孔机安装好后，应试钻运转并检测运转后的基座轴线及坡度是否有变化，借以检查钻机安装的稳固性和固定程度。

将泥浆系统和钻机相连，水电系统接入，下锚前应在浅层地下管线前面开探槽，以免对地下管线造成破坏。

3.5导向钻进

导向孔钻进时钻具头部安装略大钻杆外径尺寸4cm的矛式钻头，对正既定空位，检测对中误差达到规范要求，即可开动钻机钻进导向孔。钻进时人力扳拉推进要持力均匀，匀速前进。并应根据给进阻力大小，判定地层是否有硬物或土层变化，以确定注水机给水压力和给水量。钻进时，当地层含水大地层为砂层或粉质砂粘土，应不注水钻进，当地层较硬或无地下水时，应提高注水压力。

当有硬物质障碍时应缓慢持力给进，当不能钻穿通过时，应记录钻具长度，确定障碍物的具体位置。

钻进过程中，探头连续或是间隔测量钻孔位置参数，并通过无线数据或有线方式将测量数据发送到地表接收器。操作者根据这些数据及其处理这些数据得到的图表，采取适当的技术措施调整控制钻进方向，再进行人工控制钻孔的轨迹，从而达到设计要求。

图3 水平定向钻施工的电信管群

图4 水平定向钻施工穿越绿道

3.6 扩孔

导向孔钻进完毕后，装上各种回扩器，将原孔扩大到原来管径的1.2倍。一般在钻机对面的出口坑将回扩钻头连接于钻杆上，再回拉进行回扩，在其后不断地加接钻杆。根据导向孔与适合生产管铺设孔的直径大小和地层情况，回扩可一次或多次进行。

在进行扩孔的时候，利用泥浆混配系统将泥浆混合液通过钻杆注入回扩器中，通过回扩器的旋转均匀地喷在孔壁上。

3.7 清孔

在回扩钻孔时，在钻头尾部配装拉链（杆），钻孔回扩到达工作坑时，卸下扩孔钻头，在拉链（杆）一端换装拉泥盘，进行拉泥成孔工作。此项工序主要是拉运出扩孔搅碎的孔内土，形成光滑圆顺的安管通道。拉泥时，首次拉泥采用环形盘，反复来回拖拉后，如阻力减轻则在拉泥盘上加装横挡，再次入孔拉泥，逐次加封横挡，直至拉泥盘全封闭，并能轻松顺利拉出为止。当地层土质较硬，以粘质土为主时，应先采用环形盘较窄的拉泥盘拖拉，使拽拉阻力变小拉泥盘拉出顺利后，再换上环形盘较宽的拉泥盘拖拉钻孔。拉泥盘环形盘的大小及加装横挡封闭的选择，应根据地层土质确定。最终形成的孔道内壁光滑圆顺。

3.8 回拖拉管

管道预先全部连接妥当，以利于一次接入。当地层情况复杂，如：钻孔缩径或孔壁垮塌，可能对分段拉管造成困难。回拉时，应将回扩钻头接在钻杆上，然后通过单动接头连接到管子的拉头上，单动接头可防止管线与回扩头一起回转，保证管线能够平滑地回拉成功。将最后一次扩孔的回扩器接上待铺管道，最后用钻机将管道拖入洞中，一次性敷设成功。

PE管采用热熔连接。其要求如下：

A.热熔连接工具的温度控制应精确，加热面温度分布应均匀，加热面结构应符合焊接工艺要求。热熔连接前、后应使用洁净棉布擦净加热面上的污物。

B.热熔连接加热时间、加热温度和施加的压力以及保压、冷却时间，应符合热熔连接工具生产企业和聚乙烯管材、管件以及管道附件生产企业的规定。在保压、冷却期间不得移动连接或在连接件上施加任何外力。

C.热熔对接连接还应符合下列规定：（1）两待连接件的连接端应伸出焊机夹具一定自由长度，并校直两对应的待连接件，使其在同一轴线上。错边不宜大于壁厚的10%。（2）管材、管件以及管道附件连接面上的污物应使用洁净棉布擦净，并铣削连接面，使其与轴线垂直。（3）待连接件的断面应使用热熔对接连接工具加热。（4）加热完毕，待连接件应迅速脱离加热工具，检查待连接件的加热面熔化的均匀性和是否有损伤。然后，用均匀外力使连接面完全接触，并翻边形成均匀一致的凸缘，凸缘的高度和宽度应符合有关规定。

3.9 工作坑、接收坑回填

施工期间清除工作泥浆过滤后，用泥浆车外运；工作坑、接收坑回填按设计及规范要求回填。

4  质量控制要点
    （1）扩孔完成和回拖管道的间隔时间不宜太久，建议完成扩孔、清孔后即开始回拖作业，且不宜中断，如必须中断则不超过 4 h。

（2）应做好施工组织，一次性完成焊接作业，减少因作业人员、环境等变化对焊接质量的影响。完成焊接后，应 100%做切边检查，进行压力试验。合格后方可用进行回拖作业。
    （3）进行试拖，试拖管段宜为 2 根，能够较为真实地反映管道在孔洞中拖拉中所遭受的变化，完全拖出后检查试拖管段的外壁划伤情况。根据检查结果调整回拖工艺。
    （4）回托时应设置管托，最好是沙袋等柔性管托或滑轮支架，减少外壁的划伤。
    （5）完成回拖后，应仔细检查出土管段的外壁划伤情况，做好检查记录，宜拍摄照片，纳入质量控制记录。再次进行压力试验、吹扫等合格后，管道需静置一段时间，待其收缩定位后方可裁剪、连接。 

5  结束语

水平定向钻施工工艺进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，施工占地少工程造价低，施工速度快，周期短，人员、设备用量少，可全天候施工，安全性高，且易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物，相对费用少；不需地表开挖，施工过程不会对交通、植被等产生影响，保证周边环境、通行道路及地下管线功能正常使用。

通过在通过在军山第一大道（京珠高速公路～官莲湖路）段工程的使用，避免了重复开挖、修复所造成的道路拉链工程，且减少大量工程土的开挖、运输和堆放，有利环境保护，发挥了较高的社会和经济效益。

[参考文献]

[1]《水平定向钻施工及验收技术规范》 DB11T594.1-2008

[2]《水平定向钻法管道穿越工程技术规程》CECS382:2014

[3]《非开挖施工技术》中国建筑工业出版社，2014年12月.

[4]《水平定向钻理论与技术》中国地质大学出版社，2015年1月

（第一作者：高蕾，武汉市市政路桥有限公司，13886044216,16415004@qq.com；审核人：方四发 ，武汉市市政路桥有限公司，总工程师  ）