非开挖技术在市政供水管道工程中的应用及技术研究

胡光岩

（北京市昌平自来水有限责任公司，北京 102200）

1 工程概况

本工程以某市政供水管道工程为例，采用PE630管材，管道接口采用热熔焊接，试验压力为1.0MPa，穿越河道宽度为185m，管道在河底平均覆土为2.0m，定向钻穿越水平长245m，入土角9°，出土角为6°，穿越曲线段曲率半径为1500m（1500D），施工工艺的核心流程：泥浆系统→导向孔施工→扩孔→管线的回拖。

2 定向钻拉管施工技术措施

2.1 泥浆配制

2.1.1 钻导向孔阶段

要求尽可能将孔内的物质携带出孔外，同时维持孔壁稳定较长的时间，保持孔内泥浆面，减少阻力。其基本配方是：2%～3%预水化复合泥浆＋0.2%～0.4%增添剂＋0.3%降滤失剂＋0.2%固体润滑剂。

2.1.2 预扩孔阶段

要求泥浆一定的动切力和良好的流动性，提高泥浆携带能力。其基本配方为：2%～3%预水化复合泥浆＋0.2%～0.4%提粘剂＋0.2%降滤失剂＋0.2%～0.3%泥浆流变剂。

2.1.3 扩孔回拖阶段

要求泥浆具有很好的护壁、携带能力，同时还有很好的润滑能力，减少摩阻。其基本配方如下：2%～3%预水化复合泥浆＋0.2%～0.3%提粘剂＋0.3%降滤失剂＋0.4%～0.6%的润滑剂（RT-988）＋0.2%～0.3%泥浆流变剂。

2.2 钻导向孔

2.2.1 钻进速度的有效控制

根据不同的地段，司钻工选择不同的钻进参数，较软地层使用较高的钻速，对于较硬的地层则用低钻速。调节钻速以得到最佳扭矩，避免扩孔器的不均衡旋转。使用足够的泥浆排量以获得最佳效果。

2.2.2 钻进过程中减小钻机振动和钻杆摆动的措施

（1）在钻进之前，提前把钻机、地锚箱及钻机下面铺垫的钢板用槽钢焊接成一个整体，减轻钻进时钻机的振动。

（2）随着钻进距离的增加，而且穿越地层硬，钻杆扭矩推力的传递失效大，在钻进到一定距离，发生抱钻杆现象，扭矩和拉力增大。及时在入土点下入适当长度Φ273mm钢套管，减小钻杆摆动，以增加其钻杆的钢性支撑，使推力传递顺畅。

2.2.3 钻进过程中控制深度及防止跑偏的措施

在导向施工之前，按照地质情况制定合理的穿越轨迹曲线，并输入导向专用电脑，在钻进过程中每钻进一根钻杆后，钻头的深度及左右偏差都在电脑上显示。在钻进过程中根据实际钻进情况绘制穿越曲线和设计曲线进行对比，并根据实际钻进曲线和地堪资料判断当前钻头所在的地层，提前做好准备工作，按照设计曲线钻进，发现偏差及时纠正。钻进过程中司钻人员密切关注推力、扭矩及泥浆压力的变化，始终把握信号滞后的问题。

2.3 扩孔

2.3.1 扩孔孔径

本工程需将导向孔孔径扩大至所铺设的管径1.3倍，以满足穿越土层及拟拖管道的要求，扩孔计算公式如下：

Dˊ=K1D式中：

Dˊ——适合管道铺设的钻孔直径D——管道外径

K1——取1.2～1.5

2.3.2 扩孔技术措施

（1）从施工设备上，采用国产150吨ZT-150型水平定向钻机，该机自动化程度高，其各项性能参数好，具有足够的回拉力和较大的回转扭矩。该钻机所配置的泥浆泵组为3HS-250泥浆泵组，压力为25MPa。

（2）从钻具的选择上考虑，我们采用挤压式扩孔器，根据扩孔的实际情况，在扩孔的过程中进行多遍洗孔。或者在扩孔过程中每扩完50m后推出去，然后再继续往前扩孔。扩孔器前端加扶正器，严格控制扩孔速度。

（3）强化扩孔过程中泥浆性能。逐级扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁性和良好的流动性，提高泥浆携带能力。同时要有好的润滑能力，减少摩阻。其基本配方为：2%～3%预水化复合泥浆＋0.2%～0.4%提粘剂＋0.2%降滤失剂＋0.2%～0.3%泥浆流变剂。

2.4 管线回拖

2.4.1 导向孔钻进完成，进行扩孔工作同时完成回拖管道的开挖漂浮沟、摆管、垫管及沿线的防护工作。

2.4.2 当扩孔完成后，装上扩孔器、万向旋转接头、“U”型环，即将扩孔器与管道用分动器连接，然后管线检查合格后，用起重机将回拖管道角度与出土点角度顺直在钻机旋转牵引下，拖入已成形的轨迹孔洞。

2.4.3 管线回拖技术措施：

（ 1）确保导向孔平滑、顺畅，满足设计曲率半径的要求，并避免出现S弯。

（2）最后一次扩孔前对钻机等主要设备进行一次全面检查和维护保养，拖管前再进行系统检查，确保回拖过程中设备不出现问题。

（3）管线回拖采用部分开挖发送沟的方式进行。发送沟采用挖掘机作业加人工修整，其尺寸为上口宽2.5m、下口宽1.5m、深1.5m；在挖发送沟时，发送沟轴线必须与穿越轴线在同一条直线上，并计算好管线进入孔洞的这一段发送沟的坡度，确保发送沟与穿越孔洞的圆滑平缓。

（4）及早做好拖管的各项准备工作，在各项工作准备好后，再进行最后一次扩孔，尽量压缩扩孔完成后和回拖前的停工时间，减少风险，若停工时间超过24小时，需要再进行一次清孔后再回拖。

（5）调整好管道的入孔角度，与出土角保持一致，避免因管线弯曲造成应力过大而使回拖困难，根据施工实际情况，可将洞口沿轴线方向前挖20m左右，以达到降低支撑高度、管道入洞容易的目的。

（6）通过调整泥浆性能，提高泥浆悬浮、携带、润滑、固孔、堵漏等功效。适当增加聚合物含量，提高泥浆的悬浮和固孔能力；加入泥浆流变剂，使泥浆在较高的粘度下保持良好的流动性，提高携带能力，降低粘滞力；加入润滑剂减小摩阻，对上部土层起到良好的封闭作用。

（7）在回拖时进行连续作业，避免因停工造成卡钻。回拖前仔细检查旋转接头、连接头、扩孔器的连接，确定连接牢固方可回拖，回拖时要加强联系，协调配合将管线敷设到预定位置。

3 结束语

加强在定向钻拉管施工各个核心工艺的技术控制，是保证工程安全、质量和进度的重要前提，要做到系统、细致、准确、全面才能保证工程的顺利进行。

[1]给水排水管道工程施工及验收规范（GB50568-2008）[S].

[2]地下管线非开挖铺设工程施工及验收技术规程（DB11/T594.1-2008）[s].