小型定向铺管钻机现场施工关键岗位操作技术要领探讨

福建东辰市政工程有限公司 陈永茂

定向铺管钻机顶进和回拉力小于 100kN,工作扭矩在3kN·m以内，称为小型定向铺管钻机（下称：小型机）。小型机铺设各类地下管线具有不影响交通、施工快捷、铺管精度高、不污染环境等优越性，越来越受到人们的认可。小型机铺管还可以解决开挖铺管施工所无法解决的一系列难题，如地下管线过铁路、高速公路、河流（水域）和建筑物等。2000年，由福建东辰市政工程有限公司引进福建省首台GBS—10小型机以来，据不完全统计，至今全省各地拥有此类钻机达200台以上。现在福州市范围内施工的小型机就有近百台，施工队伍20余家。如此之多的小型机，各施工队导航员和司钻手的经验与技术水平良莠不齐，以及对每一工序的技术要求重视不够，每年由此导致的工程施工失败，造成经济损失逾千万元，带来的教训是无比的深刻和痛心。笔者从事该行业工作十余年，下面就小型机施工过程的关键岗位导航员和司钻手操作技术要求，做一番探讨。

1 导航员工作的技术要求

小型钻铺设各类地下管线工程的成功与否，与导航员工作认真程度和技术水平高低有重大关联。高质量的导航轨迹孔段，是工程成功的保证，建设单位、工程监理及施工单位现场管理人员务必高度重视，并做好监管工作。

1.1 导航员必须在机械设备未进场前到施工现场进行踏勘

地形、地貌、地下（地上）建（构）筑物、原地下管线分布等对小型机铺管施工有否构成影响，可利用场地能否满足施工要求（设备放置场地、设备运输和吊卸场地、管材焊接场地、管材进入下管工作坑场地等），生产所需的水电条件，根据所铺设的不同地下管线的技术要求合理布设工作坑。在没有工程地质勘查资料的情况下，应仔细观察周边地质现象，推测导航轨迹孔段内可能出现的岩（土）层及水文地质等情况。

1.2 熟读建设方提供的施工图件及技术交底内容

对关键的技术参数，如：管材、管壁厚、管压力、管数、长度、埋深（高程）铺管的起始位置等应认真阅读，并照此施工。应避免用口头进行技术交底现象出现。

1.3 在未查清原地下管线和地下建（构）筑的分布情况下，不能盲目进行导向孔施工

在福州老城区内，尤其是繁华的十字路口本来地下管线就多，同时还可能出现近年的“非开挖”铺管形象，若不进行仔细的地下管线探查，小型机施工很可能会触到原地下管线。

1.4 施工导向孔前必须对导航仪进行现场技术参数标定

标定深度应选取在可能出现的导航深度范围内的三个不同深度值，深度标定后的误差值应小于 1%。而后做出导航轨迹孔段的立面预想图，需要时还应进行简单的导航轨迹曲率半径计算。导向孔的轨迹孔段形态可以应用简单的几何作图方法或计算方法确定。

1.5 导向孔轨迹孔段形态的决定因素

导向孔轨迹孔段形态取决于以下因素：所铺设地下管线的用途、管材、管径、管壁厚、管数、埋深、长度、工程地质条件、原地下管线和地下构筑物、施工场地条件、水域覆盖面积和深度、施工的安全性和经济性等。导航员还应根据不同小型机的设备性能和司钻手操作技术水平，进行综合考虑。

1.6 造斜点的位置和曲（直）线段长度的确定应从工程的整体性、安全性、技术性和经济性进行综合分析考虑

导向孔轨迹孔段形态内的造斜点是指同一轨迹孔段中由曲（直）孔段转变直（曲）孔段的转折点。在整个导向孔轨迹孔段形态内的造斜点数量越少越好（一般为两个造斜点）。曲线段的曲率半径取决于土（岩）层的造斜能力、机械设备的造斜能力及铺管工程的整体性技术要求等综合因素，在各方面施工条件允许的情况下，曲率半径越大,越有利于小型机铺设地下管线。

1.7 熟悉导航仪的使用技术参数与性能

碳棒（发生器）装入导航钻头胎体内，必须安装到位、紧密，检查回扣螺丝的弹簧功能是否正常。导航钻头上的信号发射缝不能有漏水现象，否则孔内的砂土容易进入导航钻头胎体内，影响碳棒的正常使用或宿短使用年限。在地层坚硬或在地热较高的地层中施工导向孔，碳棒的温度上升很快，届时应注意导航仪发出温度警示信号，否则容易烧坏碳棒，严重时还会产生报钻现象。

1.8 检查导向钻头前端导向板螺丝固定的牢固程度

根据地层的软硬程度，选择导向板的宽度。导向钻头后面第一根钻杆宜采用斜线钻入地层，不宜在第一根钻杆就开始进行纠斜操作。穿越道路施工应在路面上用红漆划（点）线确定导向孔轨迹孔段形态的平面走向线；穿越水域宜在水面拉线或插杆确定导向孔轨迹孔段形态的平面走向线。

导航员完成导向孔施工任务后，必须跟踪机台扩孔和拉管工序的生产进行情况，特别在扩孔工序出现困难时，应对导向孔轨迹孔段形态进行认真的分析和确认，必要时应重新施工导向孔轨迹孔段。

2 小型机司钻手工作的技术要求

2.1 小型机司钻手应对施工过程一些主要技术参数进行计算

例如：某工程为在砂层中采用小型机铺设钢质煤气管道，其管径273mm,管壁厚5mm,铺设深度3m，铺管长度300m。

（1）根据钻杆的最小曲率半径和铺管的深度要求，确定造斜段最短的水平长度L，L=[h(2R - h)]½

其中，h——铺管深度；R——钻杆由导斜段过渡到水平段转折端的最小曲率半径，取值应在1200D以上，D为钻杆直径，D=0.073mm, R≥87.6m

本例，L=[3×（2×87.6-3）]½=22.73m

（2）根据曲率半径和铺管深度确定导向钻孔入土角度α， α=2arctg[h/(2R-h)]½ =2arctg0.1319=15°，导向孔出土角 β也应参照入土角的度数施工。

（3）施工过程泥浆使用量估算

小型机在砂层中铺设地下管线，必须配制泥浆施工。按照施工的三个工序阶段进行泥浆用量估算。

①导向孔工序阶段

Vp=Qp×(L/P)×fp×flp

其中：Vp——施工导向孔工序阶段泥浆用量，m³；Qp——每分钟泥浆流量，0.1 m³；L——导向孔长度，300m；P——导向孔钻进平均速度，30 m/h；fp——每小时钻进泥浆泵入的时间，50min；flp——导向孔施工泥浆消耗系数，0.3。

Vp=0.1×(300/30)×50×0.3=15 m³

② 扩孔工序阶段

Vr=Qr×(L/Tr)×flr

其中: Vr——扩孔工序阶段泥浆用量，多次扩孔乘以相应扩孔次数，m³；Qr——每分钟泥浆流量（以ZT-25机型为例），该工程分三级扩孔，扩孔器直径 280mm 、380mm、480mm,Qr取值分别为 0.05、0.075、0.10m³/min；Tr——扩孔工序平均速度，1m/min；flr——扩孔工序施工泥浆消耗系数，0.5。

Vr=3×(0.05+0.075+0.1)/3×（300/1）×0.5=33.75 m³

③回拖工序阶段

Vb=Qb×(L/Tb)×flb

其中：Vb——回拖阶段泥浆用量，m³；Qb——每分钟泥浆用量，0.1 m³/min；Tb——回拖平均速度，1.5m/min；flb——回拖施工泥浆消耗系数0.15。

Vb=0.1×(300/1.5)×0.15=3 m³

V泥浆总用量=Vp+Vr+Vb=15+33.75+3=51.75 m³

（4）管材自重计算

每米重量=0.02466(管材外径-管材壁厚)×管材壁厚

每米重量=0.02466（273-5）×5=33kg/m；

管材自重=33×300=9.9t。

计算管材自重的意义在于将300m管材焊接成一条整体管道后，入孔前在地面上整理就位采用机具的选择和整理就位的难易程度评估。

（5）小型机铺管回拖力计算

根据铺管工程需求，选择具有足够回拉力的小型机进场施工，在钻孔内充满泥浆的情况下，

F=πLf[D²r/4-dh(D -h)]+πKDL

其中：F——回拉力，t；L——铺管长度，300 m；f——摩擦系数，0.3；D——管材直径，273 mm；r——泥浆密度,1.05t/m³；d——管材密度, 7.85t/m³；h——管材壁厚, 5mm；k——粘滞系数，0.03。

应考虑到孔内其他因素，如受曲率半径等因素影响，应选择具有计算值两倍以上拉力的小型机进场施工。施工单位可选择ZT-25型（回拉力25吨）小型机进场施工。

2.2 对机具要求

小型机就位、动力头运行路由方向应同管线铺设的走向延伸方向相一致。机台应安装平稳、牢固。主机、水泵、泥浆搅拌罐及各种钻具在开工前应进行一次性能检查，各种机具不得“带病、带伤”生产。钻具丝扣应保持完好、洁净，旋扣前应涂上丝扣油，防止粘扣。严禁干钻、干扩。严格按照各种机械设备的使用说明要求，定期进行检查、维修、保养。

2.3 软土层是小型机铺设地下管线的最佳地层，遇砂、卵、砾石层应配制泥浆施工

地层中卵、砾石含量大于40%时，应谨慎施工，施工工程应时刻观察旋转扭矩和拉力变化，防止钻具发生断裂。不提倡越级扩孔，特别是地层较坚硬或在砂、卵、砾石层中不能越级扩孔。若司钻为新手，应回避施工。

2.4 管头应制作紧密、牢固

根据具体工程的回拖力计算结果，选择能满足回拖力要求的拉管头、牛鼻子、钢丝绳和分动器，这些部件应紧密连接，且连接距离越短越好。

3 结语

小型机铺设各类地下管线施工过程的每一个工序都必须谨慎操作，做好每一工序中的每一项工作，不留事故隐患。冷静处理施工过程所遇到的种种难题，要始终把困难考虑得更充分一些，克服急躁情绪，要不得半点侥幸心理及惰性心态。只有这样，才能将工程施工风险降到最低；只有不断地总结经验和提高施工技术水平，才能做到少出事故或不出事故，以最少的施工成本投入，赢取最大的经济效益。

[1]水平定向钻进管线铺设工程技术规程,DBJ13-102—2008, J11214—2008.