定向钻机拉管施工在市政管道维护中的应用

刘明杰

(太原市市政公共设施管理处，山西太原 030012)

1 太原市市政雨污水管线的管理与维护现状

太原市城区范围内雨污水管线的建设可以追溯到二十世纪五六十年代，受当时条件的制约，设计大多管径小，材质以水泥混凝土管为主。随着城市的不断扩容，建于20世纪80年代以前的雨污水管线已暴露出很多问题，很多已不能满足日益增长的排放流量要求。

现状雨污水管线普遍存在的问题是:

1)因管径小无法满足日益增长的雨污水排放要求，排水高峰时检查井易溢水;

2)管道大多为水泥混凝土管，经长期腐蚀导致管道接口或管壁漏水冲刷路基进而引起路面突然塌陷，造成安全隐患;

3)因管径小、杂物易堵塞管道，用高压射水车、绞车、竹皮子等传统施工方法疏通比较困难。

而且这些管线大多位于小胡同、小街巷中，如采用传统的开挖换管方法施工，不但施工成本高居不下，而且给施工区域附近居民的日常生活带来严重的干扰和影响，同时极易破坏其他管线，“马路拉链”现象在很多城市中层出不穷，基于传统技术的种种弊端，各种非开挖技术就应运而生。定向钻机拉管法施工工艺是非开挖技术的一种，本文介绍了定向钻机拉管法施工工艺，以供同行参考。

2 定向钻机拉管法施工工艺原理

非开挖定向钻机拉管施工技术是在不开挖地表的情况下，用导向钻凿技术，将一无线电发射器(探头)置于钻头盒内，导向钻进过程中，地面接收仪随时显示钻头的深度、倾角、温度等参数。施工人员在地面导航仪引导下，从起点向终点钻一个与设计轨迹尽量吻合的导向孔，然后用合适的钻头回扩成与拟铺管线尺寸相匹配的通道，利用定向钻机把管线拖入孔中，完成铺设任务。施工工艺流程:钻孔布置→轨迹设计→轨迹标定→钻机就位→导向

钻进→回扩→回拖铺管。

3 定向钻机拉管法施工工艺具体操作要点

1)导向孔轨迹设计。

轨迹设计前要对施工现场进行详细的勘察，主要是了解地下各类管线的布置情况。为避免在施工中破坏其他管线，导向孔轨迹不能与其他管线产生交叉，同时与平行的其他管线保持必要的安全距离。导向孔轨迹的设计平面位置最好与旧管道平行，深度一致。导向孔轨迹设计参数如下:考虑钻杆和管材的弯曲半径，取r=50 m。

其中，L为造斜段长度;h为铺管深度;r为弯曲半径。

2)开挖工作坑。

导向孔施工前在钻进路径的入地点和出地点各挖一个工作坑，深度一般为1.5 m～2 m，以便于钻杆连接，切割管道，减少HDPE管的损耗。

3)导向孔施工。

钻机定位后，选用φ100 mm鸭掌式钻头按设计的入射角钻入地层，进行造斜段和水平孔段的导向孔施工。导向时对钻头在地表进行监测，用探测仪跟踪测量方位角、倾角、平面位置、高程等数据并随时纠正，以确保导向孔按设计轨迹钻进，并保护好其他管线。

4)扩孔。

导向孔钻进完成后，在出土点卸下导向钻头，用160 mm，230 mm，330 mm，440 mm，540 mm，660 mm等不同直径的回扩头从小到大依次回扩孔，直至达到要求为止。

5)泥浆系统。

泥浆配置采用水+优质膨润土+钻宝液，为改善泥浆性能，加入适量化学处理剂纯碱，增粘、增静切力、调节pH值，纯碱用量为膨润土量的2%。施工时粘度配置控制在35 s～40 s，施工时泥浆注入洞内，在钻头四周流动，冷却钻头和探棒发射器，可使钻头和钻杆得到润滑，稳定孔壁，降低钻进时所需的扭矩和回拖力，降低托管时管与孔壁的摩擦系数;泥浆能保持液体稳定流动，充实缝隙、防止地面塌陷，清除钻进土屑，减少腐蚀，起到固孔护管作用，同时也在回拖时对铺管表面起保护作用。

6)管材的选用。

城市雨污水管道选用HDPE管，它具有以下特点:结构稳定性高，磨耗系数小，具有优异的抗冲击、抗地震能力，具有良好的抗老化性能，安全卫生、绿色环保，HDPE管主要采用热熔或电熔连接，其接口在承拉和承压时都比管材本身具有更高的强度，无漏水、漏气之忧。重量轻，易搬运、易弯曲，焊接工艺简便迅速，工程综合造价低，具有显著的经济效益。

7)管材焊接。

管材采用聚乙烯HDPE管，连接采用热熔焊接，在挤扩钻头扩孔之前，将管按照实际长度一次性焊接好。焊接是一道关键工序，应按照焊接工艺各项参数进行操作，必要时，应根据天气环境、温度等变化对其做适当调整。焊接工艺参数见表1。

表1 HDPE管材热熔对接参数典型值(根据德国焊接协会标准KVS2207，1995)

8)铺管。

铺管是定向钻拉管法施工的最后一道工序，利用定向钻机把焊接好的管线拖入孔中，完成铺设任务。

4 定向钻机拉管法施工工艺与其他施工工艺的比较

定向钻机拉管法与其他施工工艺对比见表2。

表2 定向钻机拉管法与其他施工工艺对比表

5 结语

雨污水管线是利用水的自重进行排放，在施工中对管道高程要求较高，所以，定向钻机拉管施工技术自20世纪70年代诞生以来，一直用于石油、燃气、供水等对管线高程要求不高的有压管线，直到21世纪初，我国一些城市才对不具备开挖条件维修或改建的地下排水管道采用非开挖定向钻机拉管施工技术。2008年，太原市政管理处首次在义井东街、公园路排水养护工程中将该技术应用于管道改造工程中。这项新技术在市政管养部门排水养护工程中的推广和应用，将大大有利于解决太原市许多以前难以解决的排水管道问题，是一次重大的技术革命。