非开挖钻进技术在供水管线施工中的应用

非开挖钻进技术在供水管线施工中的应用

韩存福

天津市华水自来水建设有限公司，天津市 300122

摘要：近年来，由于设备能力有了明显的改善，非开挖技术的优越性也得到了更多的赞赏。非开挖施工除了有显著的环境效益外，在许多工程应用中，导向孔钻进的相对成本已经降低到明挖法施工之下，即使忽略明挖法过程中的干扰与延缓交通等社会成本时也是如此。此工程为定向钻穿越过河流施工，风险高、不可预见因素多，且须在汛期前完成，工期紧。因此从工期、环境、工程量、造价等方面考虑，经技术经济比较，决定采用水平定向钻进技术来实现管道穿越。定向钻进穿越工作过程，就是通过定向钻机的操控、计算机控制及地面其他检测仪器进行导向和探测，通过泥浆的护壁、润滑、携带、冷却作用，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔逐渐扩大、挤压，形成一个光滑规则的孔洞，最后把管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。

关键词：非开挖敷设管道技术；快速发展；定向钻进

引言

近年来，由于设备能力有了明显的改善，非开挖技术的优越性也得到了更多的赞赏。非开挖施工除了有显著的环境效益外，在许多工程应用中，导向孔钻进的相对成本已经降低到明挖法施工之下，即使忽略明挖法过程中的干扰与延缓交通等社会成本时也是如此。该河流目前不通航，但是河面上有大量的围网养殖，围堰施工不可避免要拆除养殖设施，必然要支付数量可观的补偿费用，同时改变河水水质，影响到下游村民正常的生产生活。综上所述，采用分段围堰及大开挖的施工方法，不但阻断交通还有防洪方面的问题。因此从工期、环境、工程量、造价等方面考虑，经技术经济比较，决定采用水平定向钻进技术来实现管道穿越。定向钻进穿越工作过程，就是通过定向钻机的操控、计算机控制及地面其他检测仪器进行导向和探测，通过泥浆的护壁、润滑、携带、冷却作用，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔逐渐扩大、挤压，形成一个光滑规则的孔洞，最后把管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。

1施工工艺流程

(1)管段预制部分工艺流程：钢管内外壁防腐一钢管在预制场地布管、组焊一焊口拍片探伤一防腐补口补伤一钢管拖拉前试压一管线引入发送坑等待回拖。(2)定向钻进部分工艺流程：现场勘察一测量放线、轨迹设计一场地平整并挖出入土坑一钻机及配套设备就位一钻前准备(设备试运转、配制泥浆、测定向参数)一导向孔钻进一分级回扩孔、清孔一管线回拖一管线二次试压一出入土段场地复原一退场。

2非开挖钻进技术在供水管线施工中的应用

2.1导向钻进

钻机固定后，根据测量和造斜段轴线，用控向仪等导航设备控制钻头方向，操作钻机钻进。1)钻进施工前应做好工作坑安放的导向钻具的检查工作:检查测量仪器、探头电池绝缘等性能;检查调试探头与接收机联络灵敏度;检查探头盒与钻杆连接牢固;开动钻机输送钻进液，检查钻头喷嘴。2)钻机连接钻杆按设计轴线就位，逐节钻进。钻进过程中用导向仪跟踪测量钻头轨迹，与设计轴线出现偏差立即调整。3)严格控制钻杆线性和钻进速度，保持钻进匀速、直线钻进。4)穿越河道流沙层，严格控制泥浆压力，要求在5kg/cm2以上，保证施工效果。

2.2回拖钢管

扩孔及清孔成功后，管线回拉进入充满泥浆的孔中，进行回拖钢管。回拖是穿越的最后一步，也是最关键的一步。拖前将钢管全部焊接安装完毕，管道内外防腐及管道的预水压试验按照规定完成，并经甲方及监理验收合格。在预扩孔时，根据出土角和管线埋设的深度，在入土点前端按一定的比例放坡开挖一条发送沟，发送沟内把石块及硬物全部清除干净，以免钢管底部与沟底硬物发生摩擦，划伤钢管防腐层，并降低了回拖拉力。把成品管线放入发送沟内，采用专用滚轮架空的方法，以便减少摩擦力，保护管线的涂层。在确认各项工序已经都达到设计标准及施工方案后，经甲方及监理确认方可回拖管线。回拖前仔细检查旋转接头、连接头、扩孔器的连接，确定连接牢固，重点检查管道两头的封堵情况，确保管道内在拖拉时不受泥浆的污染，发现拉管导向头与钢管有间隙，就立即进行封堵，现场选用了16ram厚壁管封头及厚壁钢板，经加工后焊接制作。为保证其强度，同时在拉管头与钢管衔接处用六块钢板进行加筋处理。一切准备工作就绪后开始回拖。回拖时连续进行，一气呵成，中间不得停顿，直至成品管线在钻机侧出土为止。回拖时入土点、出土点两边必须要加强联系，协调配合将管线敷设到预定位置，一次性成功穿越。

2.3钻导向孔

一切施工准备就绪后，开始钻导向孔。定向钻头在钻机的推力作用下，由钻机驱动旋转切削地层，按设计钻孔轨迹前进，完成整个导向孔的钻孔作业。现场导向孔根据设计图纸的要求，钻孔轨迹是入口的造斜段——水平直线段——出口的造斜段。为了保证钢管回拖的顺利进行，入口的造斜段每根钻杆调整一次角度，每次调整的角度都不超过0.8˚。由于入口的造斜段位于相对比较软的土层中,现场可能会出现角度变化过快、超深的现象，较难控制。因此在入口的造斜段钻进过程中,放慢了速度，每1.5～2米就观察一次，停机观察的频率较高，并且采用多推少转和不连续转的方法来控制推进长度和转进长度，总的来看现场效果不错。这样能及时发现变化的偏向趋势，及时纠偏。水平段穿越软地层过程中，采用在48˚左右工作角度时，慢慢推进约几米之后，再调整工作角度到300˚左右缓慢推进，杜绝180˚工作角度的钻进，钻进时经常停机观察角度变化的趋势，随时纠偏。为了避免出口的造斜段不抬头的现象，现场采用±30˚～70˚工作角度的推进来抬高角度，尽量不使用钻进。钻至出口的造斜段时，安排施工人员在出土侧那里进行观察，及时发现冒浆的地方、及时与现场负责人和控向人员联系，进行验证控向操作数据信息。在钻进过程中，为了防止钻头偏离设计轨迹而发生事故，必须对其进行有效监控,实施纠偏,因此现场的有线控向系统发挥了重要的作用。有线控向系统是由探测器（探棒、探棒加长杆等组成），中心控制单元（控向控制台、司向控制台等组成），安装了导向程序的电脑、打印机组成的。因为现场的施工环境不好，所以探棒和探棒加长杆连接要缠绕生胶带，探棒输出和控向线连接要牢固，避免脱扣，并且要保持干爽，以免控向系统在操作过程中发生信号接受及传送的中断，因为信息反馈的准确性、连续性是精确定位和及时控向的基础。在钻进过程中，钻头内信号棒发出的信号被接受处理后，显示出钻头的深度、位置、角度等信息，便于控向员、司钻手随时掌握、调整钻头方向，保证了Rmin（实际）＞Rmin（设计文件和施工方案）[实际最小曲率半径＞设计文件和施工方案要求的最小曲率半径]，出土点沿设计曲线的纵向偏差为1.5米（满足不大于穿越长度的1%的要求），横向偏差也不大于穿越长度的0.2%，所完成的导向孔曲线完全符合设计要求。

结语

由于地下空间的复杂性，在拖拉管施工前，应认真调研地质条件、原有地下管线等情况，必须对各施工段进行具体分析，做好切实可行的钻孑L轨迹设计。施工过程中应同样重视做好导向钻进、扩孔、回拖三个环节工作，发生具体问题时，应认真分析原因，及时采取相应措施。实践证明，以拖拉管技术在穿越道路、河流、绿化带等无法或不宜进行开挖作业的地区进行长距离供水管线敷设是完全可行的。

参考文献

[1]中国非开挖技术协会.水平定向钻进管线铺设工程技术规范（试行），2001.

[2]乌效明，胡郁乐.导向钻进与非开挖铺管技术[M].武汉:中国地质大学出版社，2004.

[3]吴翔.定向钻进原理与应用[M].中国地质大学出版社，2006.

[4]姚健.水平定向钻穿越施工技术在市政给水工程中的应用[J].城镇供水，2008年第4期：52～54.