談水平定向鉆非開挖鋪管施工技術(shù)

趙 海 軍

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

談水平定向鉆非開挖鋪管施工技術(shù)

趙 海 軍

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012)

介紹了水平定向鉆非開挖鋪管施工人員組織及所用機(jī)械設(shè)備，對(duì)測(cè)量放線、施工作業(yè)場(chǎng)地設(shè)置、鉆機(jī)及配套設(shè)備就位、導(dǎo)向孔鉆進(jìn)等一系列的施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并總結(jié)了施工中相關(guān)質(zhì)量問題的預(yù)控措施，以促進(jìn)其推廣應(yīng)用。

水平定向鉆，開挖，機(jī)械，泥漿

1 施工組織及施工工藝

1.1 施工組織

水平定向鉆非開挖機(jī)械化程度較高，人員配備為：現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人1名，鉆機(jī)司機(jī)1名、鉆井液配制1人、開孔處和出口處負(fù)責(zé)擰卸鉆桿各2人、運(yùn)送鉆桿汽車司機(jī)1名。

1.2 施工機(jī)械

水平定向鉆機(jī)1臺(tái)(型號(hào)XZ680)、控向設(shè)備、擴(kuò)孔器φ500～φ1 200規(guī)格1套、鉆桿、柴油發(fā)電機(jī)120 kW 2臺(tái)。

水平定向鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：控向設(shè)備采用地下定位系統(tǒng)，可控制方向、可繞避地下障礙，施工精度高、特殊的回?cái)U(kuò)器以及大排量泥漿混合泵，使鉆進(jìn)和回?cái)U(kuò)更加順暢、施工設(shè)備安裝和施工速度更快。

1.3 工藝流程

測(cè)量放線→鉆機(jī)場(chǎng)地鋪墊→地錨坑、泥漿坑開挖→地錨安裝→鉆機(jī)及配套設(shè)備就位→測(cè)量鉆孔軌跡曲線→導(dǎo)向孔鉆進(jìn)→預(yù)擴(kuò)孔、擴(kuò)孔回拖拉管→泥漿處理→驗(yàn)收(在預(yù)擴(kuò)孔工序開展之前同時(shí)進(jìn)行管道組焊→補(bǔ)口補(bǔ)傷→試壓檢驗(yàn))。

1)測(cè)量放線。

由于地下暗挖屬于危險(xiǎn)性較大的分項(xiàng)工程，故在施工前施工單位應(yīng)編制專項(xiàng)施工方案并組織進(jìn)行專家論證，開工前由建設(shè)單位組織設(shè)計(jì)交底，項(xiàng)目根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)方案進(jìn)行測(cè)量放線。

根據(jù)測(cè)量放線結(jié)果，聯(lián)系當(dāng)?shù)刂鞴懿块T或政府辦理臨時(shí)征地手續(xù)，沒有經(jīng)過主管部門同意不得進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工。

根據(jù)施工用地的大小及入出土點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量放線，并放出施工作業(yè)用地邊線。

2)施工作業(yè)場(chǎng)地設(shè)置。

穿越施工場(chǎng)地作業(yè)面積：入土點(diǎn)鉆機(jī)場(chǎng)地：25 m×55 m(泥漿坑5 m×3 m×2 m)，出土點(diǎn)場(chǎng)地：25 m×35 m(泥漿坑 5 m×3 m×2 m)，四周安裝隔離區(qū)。

3)地錨坑、泥漿坑開挖。

挖、砌排漿池(兩面各1個(gè))及地錨坑(1個(gè),用于穿越主管)，排漿池尺寸為5 m×3 m×2 m，排漿池四周要做好防止塌方的措施。

地錨坑的設(shè)置需要和穿越主管道保持中心一條線，尺寸為6 m×8 m×3 m，挖坑時(shí)要注意放坡。

4)地錨及泥漿用料準(zhǔn)備。

將地錨放到主管穿越地錨坑內(nèi)，將地錨放入后，保證在回拖管線過程中地錨的穩(wěn)固。

泥漿用料準(zhǔn)備：施工用淡水取水放入水罐，經(jīng)沉淀后利用；膨潤(rùn)土及必要的添加劑及時(shí)運(yùn)到。

鉆機(jī)就位于穿越管線位置，將地錨放入穿越管線的地錨坑中，根據(jù)施工布置圖將鉆機(jī)及配套設(shè)備就位于穿越管線的就位位置上。

6)測(cè)量鉆孔軌跡曲線。

根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求、地質(zhì)條件、鉆桿的最小曲率半徑、管線允許曲率半徑、埋設(shè)深度等多方面因素，測(cè)量設(shè)計(jì)最佳軌跡曲線。導(dǎo)向孔軌跡由三段組成，第一段是鉆桿進(jìn)入鋪管位置的過渡段，第二段是管線穿越障礙物的實(shí)際長(zhǎng)度，第三段是鉆桿露出地面的過渡段。合理的穿越曲線是進(jìn)行導(dǎo)向鉆施工的基礎(chǔ)和前提。軌跡曲線主要包括：水平傾角、方位角、入土角、出土角、穿越水平長(zhǎng)度、最大管線埋深和曲率半徑等。

7)導(dǎo)向孔鉆進(jìn)。

導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)必須按照設(shè)計(jì)測(cè)量的鉆孔軌跡曲線參數(shù)進(jìn)行。采用隨鉆測(cè)量系統(tǒng)，在鉆具內(nèi)安裝測(cè)量探頭，通過探頭測(cè)量鉆頭的位置參數(shù)，并通過有線或無線的方式將實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送到地表接收儀器。監(jiān)控操作人員通過這些數(shù)據(jù)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施調(diào)整控制鉆進(jìn)方向的機(jī)構(gòu)，使得鉆孔在設(shè)計(jì)測(cè)量的軌跡曲線范圍內(nèi)進(jìn)行鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)初始2 m左右，要測(cè)試探頭發(fā)射工作是否正常，鉆進(jìn)過程及時(shí)進(jìn)行糾偏，糾偏要適度，避免糾偏造成不必要的麻煩。

鉆進(jìn)需要連續(xù)作業(yè)，避免工程中途停鉆，所以穿越的管線需要提前進(jìn)行預(yù)制并做好防腐外層，做好一切準(zhǔn)備工作。

絕對(duì)式編碼器是直接輸出數(shù)字量的編碼器。它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)組成，碼盤上的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)是其碼道數(shù)，相鄰兩個(gè)碼道之間的扇區(qū)數(shù)目是二倍關(guān)系，光源在碼盤的一側(cè)，光敏元件在碼盤的另一側(cè)；碼盤不同位置的光敏元件根據(jù)是否收到光照轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

8)擴(kuò)孔鉆進(jìn)。

擴(kuò)孔主要是將導(dǎo)向管的孔徑擴(kuò)大至所鋪設(shè)管線的管徑以上，作用是減少回拉管的擴(kuò)孔工作量和回拉管的阻力。

在鉆孔對(duì)面的出口坑將擴(kuò)孔器連接在鉆桿上，回拉進(jìn)行擴(kuò)孔，并在其后面不斷加接鉆桿。直徑大的管線，需要進(jìn)行多次擴(kuò)孔鉆進(jìn)，直至滿足要求為止。

擴(kuò)孔時(shí)要嚴(yán)格執(zhí)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)技術(shù)規(guī)程，對(duì)鉆進(jìn)過程中的回拖力、轉(zhuǎn)速、沖洗液量三個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行控制。擴(kuò)孔鉆進(jìn)盡可能采用大泵量，便于擴(kuò)孔鉆進(jìn)。

9)回拉鋪管。

回拉管線采用鋼管時(shí)用焊接方式與拉管頭連接，采用PE管時(shí)用夾管裝置連接。管線按照施工方案進(jìn)行保護(hù)層設(shè)置，使管道在不同的地質(zhì)中減少腐蝕，保護(hù)層不得使用纏繞式保護(hù)。

回拉管鋪設(shè)前，必須對(duì)焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)，確認(rèn)與拉管頭的連接牢固及管線檢驗(yàn)合格方可進(jìn)行回拉?；乩^程中加強(qiáng)雙方的聯(lián)系，保證質(zhì)量的情況下把管線鋪設(shè)到位。

在回拉管時(shí)，必須保證導(dǎo)向孔內(nèi)有足夠的泥漿，作用是利用泥漿的失水特性在孔壁形成泥皮可以保護(hù)孔壁，同時(shí)可以減少孔壁與管道之間的摩擦，保證了回拉管的順利進(jìn)行。

10)穿越完成后，進(jìn)行設(shè)備轉(zhuǎn)移，鉆機(jī)場(chǎng)地地貌恢復(fù)、剩余泥漿處理和標(biāo)志樁安裝。

2 施工中相關(guān)問題的預(yù)控

1)地形勘測(cè)是導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)前必做的工作之一，目的是查清施工線路上路的寬度、污水管最深部位的深度、路兩邊的高差和出土點(diǎn)與入土點(diǎn)的通視情況。

2)管材曲率是軌跡設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，在進(jìn)行軌跡曲線設(shè)計(jì)時(shí)要保證曲線的每個(gè)弧段的彎曲半徑要大于所鋪設(shè)管線的最小彎曲半徑；曲線的每個(gè)弧段的彎曲半徑要小于鉆桿最小彎曲半徑。

3)施工之前，施工項(xiàng)目管理人員必須組織召開施工專項(xiàng)方案和技術(shù)交底會(huì)議，并對(duì)實(shí)際操作人員進(jìn)行有針對(duì)性的技術(shù)安全教育培訓(xùn)，考核合格后上崗。要確保方向監(jiān)控人員與開鉆人員的密切配合，開鉆人員聽從方向監(jiān)控人員的指令，并按照指令操作，杜絕人為操作失誤造成的方向偏移。

4)在鉆前，對(duì)《巖土工程地質(zhì)報(bào)告》作認(rèn)真分析研究，尤其是出土一側(cè)的地層情況，避免鉆頭在向上傾斜時(shí)，因土質(zhì)過硬或過軟而無法抬頭造成延長(zhǎng)出土。

5)卡鉆的處理：防止卡鉆，主要是進(jìn)行人為因素控制，降低泥皮的摩擦系數(shù)，提高泥皮質(zhì)量來解決，保證良好的泥漿性能，使泥皮薄而光滑是防止卡鉆的主要手段。采用的方法是：保持低固相含量，泥漿含砂量不得超過0.5%；在泥漿內(nèi)混入植物油；加入0.3%的石墨粉；使用潤(rùn)滑性良好的潤(rùn)滑體系。

6)防止出現(xiàn)跑漿的處理：成立泥漿應(yīng)急小組，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)階段是管線穿越的關(guān)鍵，因?yàn)楣芫€穿越孔還沒有鉆通，因此在管線導(dǎo)向孔的前100 m，將采取比較大的泥漿量，泥漿的流量較大便于攜帶出破碎的泥土，使孔始終是通路。在導(dǎo)向孔的后半段，泥漿壓力要減小，因?yàn)榇┰骄嚯x長(zhǎng)時(shí)泥漿很難再從入土點(diǎn)孔洞內(nèi)返出。

開始擴(kuò)孔的前半段，要采取比較大的泥漿量，利用泥漿的流動(dòng)把孔內(nèi)的泥土帶到出土點(diǎn)。當(dāng)擴(kuò)孔中段，泥漿量要減小。

在管線回拖階段，因?yàn)檎麄€(gè)穿越孔內(nèi)充滿了泥漿，因此在回拖管線的過程中，泥漿的排量與壓力不用太大，隨著管線進(jìn)入穿越孔洞，孔內(nèi)的泥漿將被管線擠出，因此管線的回拖速度不能太快。

7)回流泥漿的處理：鉆機(jī)場(chǎng)地和管線組裝場(chǎng)地各有一個(gè)15 m×20 m×2 m返漿收集池，泥漿通過排漿池收集，經(jīng)沉淀之后處理；鉆機(jī)場(chǎng)地泥漿經(jīng)過泥漿回收池沉淀后，再經(jīng)過泥漿回收系統(tǒng)回收再使用；焊接場(chǎng)地的泥漿：在進(jìn)行主管穿越時(shí)，焊接場(chǎng)地返出的泥漿首先利用回收池收集沉淀，然后回收到鉆機(jī)場(chǎng)地的排漿池中再利用。

總之，非開挖施工屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)施工工程，施工前必須編制專項(xiàng)施工方案，經(jīng)過施工單位審批后組織專家分析論證，在確保技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的情況下開展工作。

[1] 胡遠(yuǎn)彪，王貴和，馬孝春.非開挖施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[2] CJJ 104—2005，城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB 50235—2010，工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范[S].

Discussion on trenchless pipe laying construction technology of horizontal directional drilling

Zhao Haijun

(ShanxiFourthConstructionGroupLimitedCompany,Taiyuan030012,China)

This paper introduced the trenchless pipe laying construction personnel organization and used machinery and equipment of horizontal directional drilling, elaborated in detail the measuring unreeling, construction site set up, drilling rig and related equipment in place, guide hole drilling and other a series of construction technology, and summarized the pre-control measures of related quality problems in construction, in order to promote its popularization and application.

horizontal directional drilling, digging, machinery, mud

1009-6825(2015)28-0111-02

2015-07-27

趙海軍(1977- )，男，工程師

TU990.3

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