水平定向钻穿越技术应用

郑州自来水工程公司 帖为民

水平定向钻穿越技术应用

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水平定向钻穿越技术是传统的油田定向钻井和公路打孔技术的结合，此项技术最早出现在20世纪70年代。近几年，水平定向钻穿越技术在世界各国各行业得到广泛应用，尤其是在城市市政管网建设及管道穿越江河工程项目上更具独特优势。

一、施工技术简介

1.钻孔。首先，根据要穿越道路、河流的地质情况及相关部门提供的地下管线位置、高程确定管道曲线、钻入点及出口位置。接着，利用水平定向钻机驱动已安装合适钻头的钻杆从设计地点钻入；同时，开动泥浆泵，使钻头在钻机的推力作用下旋转切削地层向前推进。在钻进过程中，可以根据设备自带控向制导系统显示的钻进参数，确定钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证导向孔曲线符合设计要求。最后，待钻头在预定位置出土后即完成整个导向孔的钻孔作业。

2.分级回扩。导向孔完成后，要将导向孔回扩至合适的直径，回扩的导向孔应满足管道回扩的要求，此过程称为扩孔。首先，在钻出点将钻头卸下换上合适的扩孔器。然后，开动钻机旋转回扩导向孔，将导向孔扩大；同时，在导向孔内泵入泥浆，泥浆起到护壁的作用，保证钻孔不坍塌、缩孔。这一过程也将切削下的泥土带回地面。这一过程结束，分级回扩即完成。

3.管道回托。首先，将扩孔器旋转接头和管道连接好。然后，进行回托操作：开动钻机，使钻机转盘带动钻杆旋转后退扩孔回托。旋转接头可以避免管道跟着扩孔器旋转。由于导向孔内充满泥浆，所以，管道在导向孔中处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间有泥浆润滑，这样既减少了回托力，又保护了管线防腐层。

二、施工工艺特点

1.水平定向钻穿越施工技术具有先进的非开挖铺设管道技术，其广泛应用到城市管网建设中，无需开挖和回填，效率高、成本低、不阻碍交通，不破坏地面环境。

2.在穿越和施工中，水平定向钻施工技术不需要挖掘工作井或进行河道开挖，因而不会影响河道通航，不损坏河道两侧堤坝及河床结构；施工不受季节限制，具有施工周期短、施工占地少、工程造价低、施工速度快、施工安全可靠等特点。

3.穿越设备的穿越精度高，自带导向系统便于调整铺设方向和埋深。管线弧形铺设距离长，完全可以满足各种设计要求埋深，而且可以使管线绕过地下障碍物。

4.水平定向钻穿越施工技术适用于各种材质的管道施工。

三、应用实例

2009年3月，为打造城市公共交通建设，提高城市公共交通运营能力，郑州市沿农业路、桐柏路、航海路、未来路改建了一条城市环状快速公交线路，简称BRT线路。此线路沿线公交站台均设在马路中间，由于站台内设有收费室和卫生间，因而需要提供生活用水。由于农业路和未来路均为新建城市主干道，因而沿线各管线进入站台不允许破路开挖，需采用非开挖形式铺设管道。郑州市自来水工程公司承接此项给水工程任务，在经过对沿线地下管线位置的调查确认后，经过方案比选，决定采用水平定向钻穿越施工技术。

1.工程概况。本工程设计站台给水管道为PP-R32管，考虑到给水管道的安全问题，所有过路给水管道均加装套管。其中，农业路、未来路共有过路顶管24处，管道全长532米，顶管部分采用耐压强度为1.0MP的PE110管。工程沿线地下管线复杂，地质勘察结果表明，多为黏土和硬塑的粉质黏土，土壤湿度为1.9g/cm3，含水量为11.2%～16.9%，且没有对回托施工产生影响的砾石。根据地质条件分析，沿线土层成孔能力较好，在施工过程中无需使用专用泥浆护壁。

2.工程施工。施工时，以设计的管线弧形轨迹按每根钻杆斜率变化最大为6%在设计钻入点开始钻孔；导向孔的方向控制由位于钻头后端的钻杆内的控制器（称为弯外壳）完成；钻孔曲线由放置在钻头后端钻杆内的电子测向仪进行测量并将测量数据传到地面接收仪，数据经过处理和计算后，以数字的形式显示在显示屏上，该电子装置主要用来检测钻杆与地球磁场的关系和倾角（钻头在地下的三维坐标），将测量到的数据与设计的数据进行对比，确定钻头实际位置和设计位置的偏差，将偏差值控制在允许的范围内，如此循环直到钻头按照预定的导向孔曲线在预定位置出土。导向孔完成后，进行扩孔工作。扩孔按照ϕ145的孔径进行2次扩孔，扩孔完成后，开始回托PE110套管；套管回托完成后将进行穿PP-R32管；穿管完成后，整个过路管完成。根据穿越方案，经过精心细致准备，所有过路管道经过2周时间，在不影响道路交通的情况下顺利完成，投入运行良好。

四、结论

1.本工程采用水平定向钻穿越技术施工，比开挖施工技术节约施工费用约15万元，节省工期3天，确保工程提前完工，尤其避免了新建道路的破除与恢复，确保了道路交通通畅。

2.采用水平定向钻穿越技术进行管线穿越施工，在城市市政改扩建工程和穿越大中小型河流及不可拆迁建筑物时均可选择，是不破坏地貌状态和环境保护的理想施工方法。

3.通过本次工程施工，笔者认为，在推广应用该技术的同时，对前期地下障碍的了解、地质勘察、设计铺管轨迹、扩孔尺寸、泥浆配比等方面要特别注意。