水平定向钻法在市政给水管道施工中的应用

【文章编号】１００７．９４６７（２００８）０６．００４１．０２　水平定向钻机在市政管线　工程中的应用　一滕金文’，何亚丽　，张东辉。（１．广西建设职业技术学院，南宁５３０００３；２．平顶山工学院，河南平顶山４６７００４；　３．平顶山燃气公司，河南平顶山４６７０００）　【摘要】从水平定向钻的设备结构和施工过程两方面系统地　介绍了如何应用水平定向钻铺设市政管道和水平定向钻机在　城市建设中的应用与发展问题。　【关键词】水平定向钻机；非开挖技术；管道铺设　【中图分类号ｌＴＵ８１；Ｕ１７５　【文献标志码】Ｂ　１引言　水平定向钻敷管技术，无须对地表开沟挖槽，　利用特殊的钻机一钻头技术体系，在地面下按设计　的管线敷设轨迹，钻采出规定大小的孔洞和隧道，并　把管线敷设到位。这种特殊的钻机一钻头技术体系　的主机称为定向钻，通称水平定向钻机。　水平定向钻机作为非开挖技术中最具活力的　一项施工技术，具有导向准确，有利环保，效率高等　特点，它能在一定曲率半径范围内绕开障碍物，能避　免破坏管线经过地区的生态环境，施工速度快，效率　高，穿越长度长，深度深［１］。　２水平钻机的结构　大中小型水平定向钻机的基本结构均包括主　机、钻具、导向系统、泥浆系统以及智能辅助系统。　２．１主机　主机的动力系统通常为柴油发动机。一般由底　盘、动力头、钻架、发动机系统、钻杆自动存取装置、　钻杆自动润滑装置、虎钳、锚固装置、液压系统、电气　系统构成。钻机的大小、型号需根据主机扭矩大小和　回拖力的大小来区分钻机。　２．２泥浆系统　泥浆系统是保证扩孔以及管道回拖顺利进行的　重要环节。一般是以泥浆泵为主，配备一个或几个泥　浆罐组成，其主要作用是搅拌泥浆，将泥浆灌输到钻　孔中，起到冷却钻具，润滑钻具钻孔，带出钻屑，坚固　钻孔壁，降低扭矩力，平衡地层压力，控制泥浆流失，　清洗钻具等作用翻。　２．３导向系统　水平定向钻导向仪分为无线和有线导向仪。　无线导向系统由手持式地表探测器和装在钻　头里的探头组成。探测器通过接收探头发射的电磁　波信号判断钻头的深度、楔面倾角等参数，并同步将　信号发射到钻机的操作台显示器上，以便及时调整　钻进参数以控制钻进。　在穿越河流、湖泊或建筑物时，由于地面行走困　难或钻孔深度太深，电磁波信号难以接收，必须使用　有线导向系统。探头通过钻杆后接电线把信号传给　操作台，由于电线必须由人工通过钻杆一根根搭接　起来，因此有线导向仪的使用将相当耗费时间。　２．４智能辅助系统　钻机的智能辅助系统近几年发展很快。如　ＶＥＮＥＥＲ公司的ＡＴＬＡＳＢＯＲＥＰＬＡＮＮＥＲ钻进规　划软件。在预先输入地下管线及障碍物位置、钻杆类　型、钻进深度、进出口位置、管道允许弯曲半径等参　数后，钻进规划软件可以自动设计出一条最理想的　路径，包括入土角、出土角、每根钻杆的具体位置等，　在实际工程中可以根据实际情况重新调整口】。　４１

浅谈在市政管道施工中非开挖技术的应用

摘要：本文结合作者多年工作经验，针对市政给排水工程中非开挖技术的应用做了一些分析和讨论，并对顶管施工的管道顶进做阐述，对于进一步推动给排水管道的非开挖施工应用具有一定的借鉴意义。

关键词：市政给排水；非开挖施工技术；水平定向钻技术；顶管施工技术

1、引言

随着我国经济的不断发展，城市化的进程也在不断加快，城市中的各种管道的铺设也在不断增多、增大。传统的开挖方式已经满足不了当前需要，传统的开挖方式不仅需要大量的人力物力，而且开挖时会极易造成交通阻塞、安全隐患、泥泞和扬尘等，极大地破坏了城市形象，影响了整体的投资环境，又造成市政设施的重复养护，浪费难以估量。另外，我国的《城市道路管理条例》也在 1996年10月开始起正式实施，《条例》中明确规定：“新修道路5年不准挖，修复道路3年不准挖”。挖路埋管将受到较大的限制，因而，需考虑采用新的施工方法来建设这些市政管线。 在这一前提和要求下，非开挖技术由国外引入国内，并在最近几年得到了较大的推广和应用。 非开挖施工技术作为一种新型的地下管线建设方法，是在地表面不开沟的情况下通过探测、勘查、铺设（更换、修复）各种地下公用设施管道的一种技术或方法，下面从本人的工程实践出发具体分析一下非开挖施工技术。 1.1非开挖施工技术具有的优势

减少了传统开挖施工对市民的干扰，减少了对交通、环境、建筑物基础的损坏。对保护重要设施、古建筑和环境影响具有显著特点，而且合理利用地下空间资源开创了新途径。随着非开挖技术水平和手段的措施的科学性，具有施工安全可靠、周期短、成本低与社会效益显著等优点，使浅层地下空间资源开发和合理利用。

2. 非开挖技术的前期准备和施工测量

2.1前期准备

非开挖工程开工前，一方面要勘查场地条件，另一方面做好人员安排和材料采购。

2.2施工测量

（1）地质环境即通过设计院提供的地质报告和补充地质钻探来分析地层的组成、分层抽取试样作土工试验和确定地下水的分布形式与地下水的水位标高。

・ｌ１６・　价值工程　水平定向钻进技术在供水管道施工中的应用　Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｄｒｉｌｌｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　何晓峰Ｈｅ　Ｘｉａｏｆｅｎｇ　（清远市自来水工程有限责任公司，清远５ｔ１５１８）　ｆＱｉｎｇｙａａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｗｏｒｋｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｙｕａｎ　５１１５１８，Ｃｈｉｎａ）　摘要：随着城市建设的迅猛发展，水平定向钻进技术在自来水供水管道施工中得到越来越广泛的应用。　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｕｒｂａｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｈｏｍｚｏｎｔａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ．　关健词：水平定向钻进技术；地质；泥浆浓度；施工问题　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｏＨｚｏｎｔａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｇｅｏｌｏｇｙ；ｓｌｕｒｒｙ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　中图分类号：ＴＵ９９１．０５　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６．－４３１１（２０１０）０７—０１１６—０１　０引言　水平定向钻进法是发展最快的一种非开挖施工方法，是利用水　平定向钻机在不开挖地表的条件下或以最小的地表开挖工作量进　行铺设多种地下公用设施（如管道、电缆等）的技术，其具有定位精　度高、不影响交通、不破坏环境，施工周期短、适合复杂地层条件下　施工、社会效益显著等优点，是目前城市建设中管线穿越安装采用　最多的工艺。　１水平定向钻进技术的应用　１．１在供水管道施工中应用概况２００３年，自首次使用水平定　向钻进法进行供水管道穿越市政道路施工后，我公司逐步开始在承　包的自来水管道工程中推广使用该项技术，到目前为止，我公司已　在市政给水管道工程、农村饮用水工程、给水管道小型河道穿越工程　等多项工程中使用到水平定向钻进法，已成了我公司必不可少的施　工方法。经过近几年的施工实践，对水平定向钻进技术有了一些了　解，并积累了一些经验，下面介绍水平定向钻进法的一些应用情况。　１．２施工前准备　１．２．１导向孔轨迹设计①根据建设单位提供的管线工程平面　图、既有管线地下管网图、工程技术要求等资料，对施工现象实地堪　察，记录对既有管线的检查井标记的位置，并进行仪器探察结合人　工探察，以确定既有管线的准确位置。②定向钻导向孔轨迹一般由　斜直线段、曲线段、水平直线段等组成，类似于倒抛物线的形状，根　据事前收集的相关资料、实地勘察结果及待敷设的管材曲率设计出　导向孔轨迹（包括确定入土角、出土角、入土点、出土点、第一曲线段　和直线段轨迹变化点、直线段和第二曲线段轨迹变化点），并绘制导　向孔轨迹图。　１＿２＿２施工泥浆配制和钻具选择在水平钻进施工过程中，泥浆　起到稳定钻孔土体、冷却润滑钻头和钻杆及其他孔内钻具、清理钻　屑等作用，正确适当的泥浆的配置对穿越起决定性作用，泥浆由水、　膨润土和具有某种性能的胶体化学材料（视土质选用）通过专用搅　拌容器配制而成，而选用不同粘度的泥浆要视具体地质情况而定。　钻机回拉力按管材回拉力计算值的１．５～３倍进行选择，以确定　钻机型号，施工前评估土壤状况，以便确定最佳钻进液和钻具组合。　１．３水平钻进施工　１．３．１导向孔钻进做好施工安全措施、发射和接收工作坑开　挖、设备进场、钻机锚固后，进行全系统联机调试，调试完成可进行　导向孔钻进，选择符合施工现场土质情况的导向钻头，开动高压泥　浆泵，钻头开始正常喷浆后，在导向系统的引导下，钻机按设计好的　导向孔轨迹进行钻进，高压泥浆的射流作用与钻头的切削作用共同　在地下形成孔壁。钻进过程中，钻头内信号棒发出的信号被接收后，　监视设备显示出钻头的深度、位置、角度等信息，据此及时调整钻头　方向。导向孔施工是工程的重要阶段，它决定生产管铺设的最终位　置，故钻进轨迹需要很好的控制。　作者简介：何晓峰（１９７７一），男，广东清远人，工程师，现主要从事市政、建筑给　排水工程管理与施工技术工作。　１．３－２扩孔导向孔完成后，选择与土质类型相应的扩孔钻头，　按配套扩孔钻头由小到大逐级回拉扩孔，在回拉扩孔时，泥浆泵会　向孔壁提供足够的钻进泥浆液，在孔壁表面迅速形成一层护壁泥浆　层，并将切削下的土屑带回到地面，经多次扩孔使终孔直径达到设　计铺设生产管径的１．２　１．５倍。为避免蛮干造成钻头丢失孔内，加大　泥浆量，松脱扭矩，转动钻头，放慢扩孔速度，问题基本解决。当钻头　回扩到农地中段下方时，扭矩突然增加，钻机有较明显振动，据村民　口中得知，钻头上方地段曾种有多棵大树，经分析确定钻头与原有　的大树树根相遇造成卡钻，为此松脱扭矩，缓慢回扩，通过树根后又　跟进重新回扩，将树根粉碎，以防铺管时有障碍。在近几年的扩孔施　工中，由于地形地质复杂、技术、人为等原因，还造成坍孔、缩径、钻　孔膨胀、泥浆漏失等施工事故，我们通过加强施工前测量精度、改变　泥浆粘度和配方、加强孔内泥浆压力平衡、改善回扩程序等方法进　行处理，得到了较好的效果。　１．３．３回拖管材扩孔结束后，采用清子Ｌ器进行清孔。复查管材　的质量及搬运过程中是否损伤，按管材连接要求进行检查连接是　否符合规定，检验合格后方可进行拖管。将连接好的管材沿接收坑　坡道安放好，依次连接接头、分动器、钻杆。回拖管道时，密切注意　孔内情况，钻机操作手密切注意控制钻机的拉力和速度，确保回拖　平衡。在回拖管材施工中，应尽量避免发生卡管、铺管受挤压变形、　泥浆渗出等事故，若发生应该分析原因，采取相应的措施解决。如　清远市横荷潭尾村给水工程中有２０５米￣ｂ３００ＨＤＰＥ管经过在公　路、农地，并离民房最近处不到２Ｏ米，敷设深度为２米，该段采用　水平钻进法进行施工。在回拖管材施工２Ｏ米时发现农地多处有泥　浆渗出并有扩大的趋势，为避免泥浆从民房中渗出，暂停回拖管材　施工。经堪察分析，泥浆渗出原因是①施工段为沙质粉土层，地层　松散给泥浆留出通道，泥浆顺其通道渗出地面；②扩孔铺管孔中残　留泥屑过多阻塞钻孔，泥浆无法从孔口返出，泥浆在孔中形成高压　而从地面渗出。处理措施是①用钻机和挖掘机将已回拖管道拖回　到接收工作坑；②重新用清孔器进行清孔，增大泥浆浓度和粘度，　在孔壁形成泥皮阻漏，防止泥浆漏失。③放慢回拖管道速度、保持　回拖速度均速，避免产生过大的泥浆压力和破坏泥浆平衡。最终问　题得以解决。　最后，在完成回拖管材施工后，还要进行管道的高程轴线复核、　管道变形检测、废弃泥浆妥善处置、恢复地面等工作。　２结束语　‘　由于水平定向钻进技术具有的优点，使该技术在供水管道穿越　公路、广场、河流等多方面得到很好的应用，在应用中施工技术不断　得到完善，显现出良好的社会效益和经济效益，随着不断加快的城　市建设步伐，供水管道建设量随之快速增加，水平定向钻进技术必　将得到更广泛的应用。　．　参考文献：　ｆ１１ＧＢ５０２６８—２００８，给水排水管道工程施工及验收规范ｆ５１．　【２］ｃＪＪ６１—２００３，城市地下管线探测技术规程【ｓ】．　【３１车延岗、张光烈等，导／定向钻进非开挖技术ｆＪ］．建筑机械化，２００２，（２）．

水平定向钻进技术在市政工程中的应用

井冈山大道二期工程过境压力管需要跨越已通车的迎宾大道，为不影响迎宾大道的车辆正常通行，在压力管道穿越迎宾大道段长约100米范围采用非开挖水平定向钻进技术施工。本文结合该施工实例，总结非开挖水平定向钻进技术的施工经验。

标签：水平定向钻进；市政工程；应用

1. 引言

非开挖水平定向钻进铺设地下管线综合了传统的道路钻孔、地质钻探及油气井定向钻进技术。该技术始于二十世纪七十年代，现普遍用于穿越河流、街道、高速公路、铁路等建筑物拥挤的地方，来进行石油、天然气、雨、污水及其它流体管线等铺设。与其它施工方法相比有环境影响小、对原有构造物无破坏、管线埋深大、保护作用大、维修费用小、节约工期等特点。

本文结合井冈山大道二期工程跨迎宾大道PE压力管施工实例，总结水平定向钻进非开挖施工的经验。

2. 工程概况

本段开挖定向钻进工程属于井冈山大道二期工程过境污水管跨越迎宾大道段，跨越长度约为100米。过境污水管为DN700聚乙烯PE管，埋深约为4.8米。

3. 水平定向钻进施工工艺

3.1工艺原理

该施工方法是根据预先设计好的铺管线路，将装有钻头的钻杆从地面钻入，地面仪器接收由地下钻头内传送器发出的信息，控制钻头按照预定的方向到达目的地；然后卸下钻头逐级换装回程扩孔器，使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔扩大至所需直径，最后将需要铺装的管线返程牵回钻孔入口处完成管道铺设。

3.2 施工工艺流程如下：

施工准备——测量放线——设计穿越路线——设备就位——导向钻孔——扩孔（泥浆护壁）——管材连接——管道牵引穿越——试压——土方回填。

3.3 操作要点

3.3.1 施工准备

了解管道穿越范围内的地质条件、现有地下管线的走向及埋深、地下水等情况，做好施工技术交底。

3.3.2 测量放线

施工前沿地面上压力管的中心线每10米设置一桩，并沿桩中心线撒好白灰，测出桩高程，算好桩高程与设计压力管中心线的高差。