水平导向钻进法施工技术探讨

摘要：随着城市规模的扩张以及人们绿色工程意识的进一步增强，非开挖埋管技术的应用越来越广泛，本文针对水平导向钻进埋管方法进行了研究。

关键词：非开挖；绿色工程；泥浆处理

随着城市规模的扩张以及人们绿色工程意识的进一步增强，非开挖埋管技术的应用越来越广泛。该技术由于具有少开挖、少拆迁、保护地表植被、不影响正常交通等优点，因此，市政管网铺设中需穿越河网、城市道路等情况时，往往被优先使用。

2011年我公司承担了马塘路工程，该工程污水需要连续横跨石雪港和曲善泾2条支流，为了不破坏河道并能保证正常的通航要求，设计采用PE100实壁牵引管，牵引管管线总长为520米，牵引管管材为聚乙烯实壁PE100管、内压1.0MPa，接口为焊接接口，管径为DN500管。通过该工程的具体操作，对定向钻拖拉管施工技术有了更深、更全面的了解，下面就钻进施工中需要注意的技术难点与大家进行探讨。

1进出洞

导向孔钻进完毕后，卸掉钻头及控向系统，安装上回扩器进行预扩，根据我们的经验，扩孔应采用逐渐增大扩成孔，扩孔速度不能太快，应不小于4.5分钟/根，且孔内要始终保持足够的泥浆量。导向孔完成后，必须将钻孔扩大至适合生产管铺设的直径。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。推荐最终回扩直径按下式计算：D’=K1 D

式中：D’――适合生产管铺设的钻孔直径；D――生产管外径；K1――经验系数，一般K1=1.2-1.5，当地层均质完整时，K1取小值，当地层复杂时，K1取大值。

扩孔完成后，即可拉入需铺设的管道，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钻头一起回转，保证管线能够平滑地回拉成功。可以选用8-20度的入、出土角，对地面始钻式，入土角和出土角应分别6度至20度之间。对坑内始钻式，入土角和出土角一般应采用0度或近似水平，这些可以根据工程实际情况零活调节。入土点或出土点与欲穿越的障碍物之间的距离应至少大于3根钻杆的长度。与水体的最小距离应大于6M，以保证不发生泥浆喷涌。

2 注浆工作

定向钻机采用泥浆作为钻进液，泥浆的使用和造浆需根据工程地质勘察报告而定，在扩孔时可采用清水造浆。扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力，同时还有很好的能力，减少阻摩力和扭矩，其基本配方为：3-5%预水化钠基膨润土+0.2%化学泥浆，施工用水PH值应控制在6-8。在钻机拖管入洞的同时注入拌有化学泥浆的混合液固化填充管道和孔壁的泥浆。在工程施工过程中如果土质情况有变化，泥浆配方需相应调整。严格控制注浆压力，使其不能小于管体上部的静止土压力和水头压力。顶进时要根据地面变形、地下水位等因素适当调整压力和压浆量。在泥浆出口处装单向阀，不使其回浆，以使触变泥浆套的压力在临时停泵后仍基本不变。钻进液可冷却、钻头、软化地层、辅助破碎地层、调整钻进方向、携带碎屑、稳定孔壁、回扩和回拉时管道{还可以在钻进硬地层时为泥浆马达提供动力。常用的钻进液/泥浆是膨润土和水的混合物。导向孔施工完成后，泥浆可稳定孔壁，便于回扩。钻进岩石或其它硬地层时，还可用钻进液驱动孔底“泥浆马达”。 另外泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可达到理论值的4-5倍。

3 PE管道的加固

为了保证在牵引过程中不会出现拉断管和因泥浆排出不及时而压扁管的情况，在回拉前要作以下处理：利用PE比钢管内径小两档，在PE管外部用钢管进行护管。顺管外沿用4根6号钢筋紧抱管两端，管中央则用1根8号钢筋拉住管两端，在管每隔10m采用6号的钢筋环形抱住外沿的4根钢筋，确保拖管的整体性，防止断管。为了保证这5根纵向受力钢筋能够整体受力，将钢筋都焊接在封板上，8号钢筋与封板用玻璃胶封口，防止漏水。管道连接采用对接熔化焊接头，该接头由管材与同材质的管件熔合组成，与母材同材质、等强度，焊接形成的翻边具有良好的加强作用。但内翻边会减小管道的实际流通直径增大介质的流动阻力。对接熔化焊接头施工工艺如下：清理管端夹紧固定管材于熔焊设备上修整焊接接头端面检查端面密合度端面加热形成熔化束 （环状凸起）迅速移出加热板施压于两管端形成一个双翻边的熔化束（两侧翻边、内外翻边的环状凸起）。

加热板的温度必须由焊机自动控制在预先设定的范围内。如果控制设施失控，加热板温度过高，会造成溶化端面的PE材料失去活性，相互间不能熔合。良好焊接的管子焊缝能承受十几磅大锤的数次冲击而不破裂，而加热过度的焊缝一拗即断。

4 标高保证措施

在整个工程施工过程中，标高问题贯穿始终，也是重要的技术参数，我们采用了DCI公司生产的ECLIPSE无线地下定位系统，该系统包括地面接受器及遥显，地面接受器通过接收钻头内无线探棒发射的信号，探测钻头的具置，遥显上显示钻头钟面值及温度和接受器探测的钻头深度；钻机操作人员根据接收器探测结果，在导向人员指挥下，对钻头偏离设计轨迹及时进行调整，确保钻头沿设计轨迹钻井。钻进导向孔时，每2-3M进行一次测量计算。在这些测量计算的基础上做出钻孔轨迹图如下：

也可应用测控软件进行轨迹控制。基本工序如下：在设计施工曲线时，每隔4.5米在地表点测量该点的标高并标示出，要求测量前先清除地表杂物；仔细清查钻进轨迹中的地下管线情况，掌握地下管线的埋深、管线材料，根据实际情况编制施工方案；导向孔施工前应对导向仪进行标定或复检，以保证探头精度；精确调整钻机的位置和角度，以保证入孔位置；导向孔每4.5米测一次深度，如发现偏差应及时调整，以确保导向孔偏差在设计范围内；司钻应严格按照测量员的指令进行操作。经常对钻进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每拖拉一段测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。工程过程中还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。

5 泥浆处理

随着社会对环保事业的重视，施工过程中产生的废弃泥浆如何处理也体现着工程管理者的管理水平。为此我们建设了专门的沉淀池，利用人工、机械配合及时清理多余的泥浆，保证不外溢进河道或农田，收集的泥浆集中沉淀池进行处理，在废弃的泥浆水中加入絮凝剂，由于泥浆水是一种水中含有一定量的微细泥颗粒的悬浮液体，高分子絮凝剂是一类水溶性的高聚物，将其与泥浆水混合时，由于絮凝剂具有架桥、网捕、吸附和电性中和等功能，可以破坏泥浆水的稳定性，使泥颗粒从水中迅速凝聚、沉降，从而达到泥水分离效果。

泥浆碴混合物的处理：把从沉淀池中清理出来的沉碴运至蒸发池，让其自然脱水固话；自然脱水固化后形成干泥就地回填泥浆池或外运。沉淀池排出的上层清水也可以循环利用。

6 结束语

随着施工技术的进一步的发展，各种非开挖技术方兴未艾，出现了内衬管法、管道喷涂衬装法、爆（碎）管衬装等新兴技术，虽然各类新技术也有其局限性的一面，但由于具有造价低、施工方便、扰民较少等优点，因此只要方案得当、措施合理，水平导向钻进施工法等非开挖埋管技术还是有更为广阔的市场。