市政給水工程定向鉆進技術及拖拉管施工技術

蘇漢陽

【摘要】市政給水工程建設的環(huán)境較為復雜，既有建（構）筑物、地層等均會對正常施工造成影響，傳統(tǒng)的開挖方法易破壞現(xiàn)場環(huán)境，阻礙城市交通。本文對市政給水工程定向鉆進技術及拖拉管施工技術進行探討。

【關鍵詞】市政工程;定向鉆進;拖拉管

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

21.

1、工程概況

市政給水工程沿線建設需穿越大橋，出于減小對周邊不良影響的目的，采用非開挖鋪設工藝，以便高效完成管道的鋪設作業(yè)。穿越路段為快速路，采用PE管，管徑DN800mm，過路鋪管長度約128m，鋪設施工現(xiàn)場的地層以砂層為主。

2、施工技術要點

2.1現(xiàn)場勘查放線

全面落實現(xiàn)場勘查放線工作后，一方面可幫助工程人員準確掌握地下管線的實際情況，包含其分布特點、走向以及敷設深度;另一方面，能夠給新鋪管道的規(guī)劃提供參考依據，提高新舊管線的協(xié)調性。以建設單位提供的管線資料為主要參考依據，從中確定地下管線的實際分布特點，預測可能出現(xiàn)的管道并段，再由專員打開井蓋，下井做全方位的觀察，精準掌握實際情況，根據所得檢測數(shù)據繪制管線草圖，合理規(guī)劃新鋪管道地鉆進軌跡及深度。

2.2配套施工機械

以前期所確定的鉆進軌跡和深度為主要依據，配備水平定向鉆機，使其精準就位，調整鉆具的入射角度，以便正式進入導向鉆進施工環(huán)節(jié)。

2.3導向鉆進施工

導向孔軌跡為關鍵控制對象，通常包含三部分：（1）直線段，指的是管道穿越地層的實際長度;（2）入土側造斜段，可將其視為過渡段，指的是鉆桿進入鋪管的深度;（3）出土側造斜段，也為過渡段，分布在管路的末端，指的是鉆桿露出地表的部分。結合現(xiàn)場作業(yè)條件，將入土角設為12°，出土角設為8°。造斜段的精確程度將直接對導向鉆進的最終質量帶來顯著影響，因此遵循平緩、漸進的基本原則，保證軌跡具有平滑的特點。在完成工作坑的開挖作業(yè)后，步履式導航儀和非開挖鋪管鉆機協(xié)同作業(yè)，正式進入導向孔施工環(huán)節(jié)。鉆機采用的是業(yè)內較主流的ZT-45型非開挖鋪管鉆機，該設備的最大鋪管管徑DN1000mm，最大鋪管長度250m，回拖力450kN，本工程使用PE管，管徑DN800mm，選擇400D的曲率半徑可以滿足施工需要，配套的泥漿泵可提供的最大壓力為12MPa。導向孔施工期間，靈活調控導向鉆頭前的斜掌，使其發(fā)生轉動及推進行為，實現(xiàn)對土體的擠壓，而此過程中土體將給斜掌提供反作用力，其能夠帶動鉆頭發(fā)生方向的變化，以便鉆頭可按照既定的路徑逐步推進，由此形成導向孔。

2.4回擴孔

（1）經導向鉆孔作業(yè)后，依次配套相應直徑的鉆頭，以便擴孔。擴徑孔徑取管徑的1.2～1.5倍，從280mm開始，按100mm的增量逐級加大，直至達到1180mm為止，共10級，期間不可出現(xiàn)跳級擴孔的情況。

（2）為保證每級的擴孔質量，施工期間采取均勻旋轉回拉和泥漿相結合的方法，此時可有效確保孔壁厚度的合理性，而殘留在孔內的多余泥沙也能夠被快速排出，在完成鋪管作業(yè)后，原先擠壓的泥土受應力的作用而發(fā)生自然回填行為，孔內的密實度較高，空隙量大幅減少。

（3）回擴孔施工過程中，回轉速度、回壓力、擠壓力均要得到有效控制，在噴射水流時應保證其壓力與流量的合理性，以免因某項指標不合理而出現(xiàn)孔壁殘缺的情況。通過對優(yōu)質配比泥漿的應用，在孔內構成完整的泥漿層，削弱孔內地層對管的作用力，確保管的穩(wěn)定性與完整性。

（4）擴孔施工期間，每級級差不可超過10cm，在完成擴孔作業(yè)后需隨即組織泥漿清孔，在較短時間內形成泥漿層。從現(xiàn)場施工條件來看，部分地段存在穩(wěn)定性不足的砂層，為維持砂層的穩(wěn)定，采用的是高轉速的回擴孔施工方式，盡可能縮短對砂層擾動的持續(xù)時間，降低孔壁失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生概率。

2.5泥漿施工工藝要點

2.5.1泥漿配制方法

砂層施工所用泥漿應具備有效造壁、護壁及潤滑的特點，應提前組織配比試驗，確定性能處于最佳狀態(tài)下的配合比，以每1L的泥漿為例，其主要摻入物質及用量為40g膨潤土（主劑）、3gNa2C03（分散劑）、0.06%的梭甲基纖維素鈉Na-CMC（降失水劑）及0.04%的水解聚丙烯酞胺PHP（增粘劑），按照該用量標準拌制泥漿，加水并給予持續(xù)的攪拌處理，使混合后的泥漿滿足黏度為36s、pH值為8、密度為1.15g/cm3的要求。從實際應用效果來看，通過該泥漿的應用能夠有效使鉆屑和泥漿膠合，起到支撐鉆孔的作用，由此降低塌孔的發(fā)生概率。

2.5.2泥漿量的監(jiān)測

回擴孔過程中應加強對泥漿量的監(jiān)測，尤為關鍵的是入口、出口工作坑兩個部分，及時掌握兩處的泥漿變化特點。砂層條件下的護壁難度有所加大，為確保安全和質量，嚴格控制入口和出口工作坑內的泥漿量，使其液面能夠漫過孔口，使得孔內的泥漿維持飽滿的狀態(tài)，若不滿足此要求則及時向坑內補充泥漿。

2.6回拖管就位

非開挖鋪管施工全流程中，回拖管為收尾環(huán)節(jié)，同時對整體施工質量具有決定性的影響。在完成最后一次擴孔作業(yè)且無質量問題后即可組織回拖管作業(yè)。施工現(xiàn)場以砂層為主，其穩(wěn)定性不足，應當嚴格協(xié)調兩道工序，保證其銜接時間的合理性，富有秩序性地完成擴孔與回拖管作業(yè)。

3、施工注意事項

多方面因素均會對水平定向鉆拉管施工效果造成影響，此處則對較為關鍵的幾項主導因素展開分析。

3.1導向孔軌跡的控制

導向孔軌跡不可存在過大的彎曲或弧度，否則不利于回擴孔作業(yè)的順利開展，易對地層造成擾動性影響。并且，若存在“蛇形”鉆孔軌跡也將加大回拖管期間的阻力，難以高效推進相關工作。原則上導向孔軌跡應具有平直的特點。

3.2成孔質量的控制

水平定向鉆成孔施工主要包含兩個環(huán)節(jié)：首先為導向孔施工，成孔的質量將對施工精度造成影響;隨后再組織回擴孔施工，此環(huán)節(jié)將直接影響鋪管的最終成效。擴孔的基本目標在于加大孔徑，給管線的鋪設創(chuàng)設良好的條件，避免回拖管過程中阻力過大的情況?；財U孔應逐級依次推進，在有序落實多級擴孔作業(yè)后可反復加固孔壁，提高其穩(wěn)定性，并且也可修正彎孔，提高其順直性。

3.3泥漿質量的控制

泥漿是鉆孔施工中的關鍵材料，其性能表現(xiàn)將直接對施工的效率和效果產生影響。在水平定向鉆拉管施工期間，應加強對泥漿配比以及拌和方法的優(yōu)化，保證制得的泥漿可達到平衡地層壓力、攜帶鉆屑、加固孔壁等多重效果。

3.3.1壓力的均衡性控制

經鉆進后，地層的原始壓力平衡狀態(tài)受到破壞，若能夠合理優(yōu)化泥漿密度，則可以維持孔內液柱壓力的合理性，使其與地層壓力保持相適應的關系，由此構建新的壓力平衡狀態(tài)，保證孔壁的完整性，避免安全問題或質量問題。

3.3.2鉆屑清理質量的控制

泥漿攜帶鉆屑，使其轉至地面處，再用專業(yè)的凈化設備加以處理，清理該處的鉆屑，而后泥漿再次回到孔內。在整個鉆屑清理流程中，泥漿具有“運輸”的作用。并且，泥漿具有觸變性，若暫停循環(huán)作業(yè)可在短時間內形成凝膠狀結構，穩(wěn)定懸浮的鉆屑，以免因鉆屑下落而引發(fā)埋鉆現(xiàn)象。

3.3.3孔壁質量的控制

泥漿需具有抑制泥頁巖水化膨脹的特性，以免因泥頁巖的狀態(tài)發(fā)生變化而引發(fā)縮頸、垮塌等質量問題。并且，泥漿需在孔壁處有效形成薄膜，利用該部分緩解泥漿對孔壁的沖刷作用，使成型的孔洞具有平順的特點，并降低扭矩，削減阻力。

結語：

通過定向鉆進技術和拖拉管施工技術的應用可減少開挖量，避免地面交通中斷的現(xiàn)象，且以先進的技術為驅動，高效完成給水工程的建設工作，實現(xiàn)與城市發(fā)展的有機協(xié)調，可作為市政管網工程的技術參考。

參考文獻：

[1]鄒海寶.市政道路埋管施工中非開挖施工技術的應用[J].工程建設與設計，2019（14）：127-128.

[2]林陶.拖拉管在市政排水工程中的應用探析[J].低碳世界，2019（21）：156-157.