采用国产DDW-350水平钻机钻孔牵引管道下穿既有线路施工技术

■ 张建国

1 工程概况

合蚌高铁北连京沪高速铁路，南接合肥枢纽，与合宁、合武铁路相衔接，是京沪高速铁路与沪汉蓉快速客运通道间快速连通线。

合蚌高铁引入合肥站接触网过轨管线设计采用8根高强度P V C管（Ф1 0 0 mm），位于D K 1 2 7+2 8 0.7 3 9处，下穿淮南绕行下行线、合蚌上行线、合蚌下行线和合武绕行下行线4股有砟轨道。过轨管线下穿4股道，其中淮南绕行下行线和合武绕行下行线为繁忙干线铁路，采用施工封锁或慢行条件下，扣轨梁施工和开挖基床对行车影响大且过轨管束埋深在路基基床表层内，难以满足客运专线要求的路基强度和沉降变形要求。经多次技术方案比较过轨管线在邻近营业线施工安全监督计划内，采取非开挖施工方案即水平钻机钻孔牵引管道的施工方法。采用高强度P V C管（Ф1 0 0 mm），单根管道长度约7 7.5 m，合计长6 2 0 m，管道平均埋深在既有线轨面下≮5 m。

2 施工准备

2.1 进场前的准备

地层勘探主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配制钻液提供依据。其内容包括：土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等。

地下管线探测了解有关地下已有管线和其他埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。

2.2 技术准备

（1）根据敷设管道的管径尺寸，计算出管道孔的扩孔次数和每次回扩所使用的回扩器的规格。

（2）根据钻机操纵和导向仪的控制、精度要求，制定出详细的技术交底。

（3）组织设计、监理、施工和设备管理单位，进行施工技术交底，掌握施工特点和技术要求，与钻机操作手共同制定出管道中线和高程的控制数据和纠偏措施，熟悉施工操作规程。

2.3 主要设施设备

采用国产DDW-3 5 0水平钻机，马克3导向仪。另配功率为4 5 k W的不停钻射流循环泥浆搅拌系统，可快速制备钻进用泥浆；操纵台全功能数字仪表显示，独立的液压锚桩系统。

（1）钻机的主要技术参数。发动机功率：2 0 0 k W ；最大推力/拉力：3 8 0 k N；最大回转扭矩：1 8 0 0 0 （N·m）；输出轴转速：0～1 1 0 r/m in。泥浆系统功率：4 5 k W；泥浆泵流量：3 2 0 L/m i n。泥浆泵压力：1 0 MP a ；角度范围：8°～2 0°。钻杆规格：Φ8 9 mm × 7 mm/5 0 0 0；配套钻杆：3 0 0 m。钻头级配：6个—Φ7 5 0 mm。

（2） 马克3导向仪。在水平导向钻机钻进的过程中，跟踪定位钻头位置的设备。此仪器可以提供钻机过程中每跟钻杆的斜度、旋转方位、深度等信息。

2.4 施工平面布置

根据管道穿越的实际情况，在管道的起点设置一个工作井，在管道的终点设置一个接收井。在D K 1 2 7+2 8 0.7 3 9，淮南绕行下行线路基左侧开拉管工作坑，在该里程点合武绕行下行线路基右侧做接收坑及焊接管的入点。

2.5 材料准备

管道产品做严格的出厂试验，产品应附质量保证书。运输管时，应用带挡板的平台车辆，车辆应配备平坦无锐棱的档杆，运输时管材要固定，使管材和挡杆间尽量减少移动。

3 施工技术措施

3.1 施工工艺流程

主要施工工艺流程为：施工准备→反拉扩孔、成孔牵引管道→清场。

3.2 施工测量

（1）平面控制放线。依据现有接触网过轨位置，通过勘测方提供的控制点引测本工程的定位点，为保证坐标及高程的准确，首先对施工现场内各控制桩加以保护，并把各控制点引测至现场外加以保护，以便竖向引测放线。同时要做闭合校核。

施工前通过全站仪沿地面上拉管的中心线每3 m设置一桩（有障碍物的除外），并沿拉管的中心线撒好白灰线且测出桩高程，算好桩高程与设计拉管流水面的关系。

（2）高程控制。采用两次仪器高程前后视等距测法，保持精度。为保证设计方向、位置的正确性，控制线的传递用经纬仪进行引测，保证平面位置的准确。

3.3 基坑开挖

管道过轨在DK 1 2 7+2 8 0、淮南绕行下行线左侧设挖拉管工作坑，在合武绕行下行线右侧设置挖拉管接收坑。工作坑开挖尺寸为长1 2 m、宽5 m，接收坑尺寸为正方形边长3 m。工作坑深度根据拉管流水面高程确定。为保证工作坑内干燥和扩孔施工，在工作坑南侧设（长4 m、宽1.5 m、深1.5 m）泥浆沉淀，并在池底设泥浆泵随时将多余泥浆抽出坑外。

3.4 钻进轨迹设计

导向孔轨迹设计是否合理对管线施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头变向能力、导向监控能力和被铺设管线的性能等进行设计。

3.5 钻机就位

根据东高西低的管道设计坡度方向和现场实际情况，在左侧接收坑中安置钻机。接收坑必须进行夯实处理，以防拉管机械下沉。

3.6 钻液的配置

钻液的质量对于拉管施工的成败起到了极关键的作用。钻液可冷却钻头、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。

钻液由水、膨润土和聚合物组成。为改善泥浆性能，加入适量化学处理剂。钻液配合比确定为：膨润土2 0％，转液宝1％，水7 5％，2％膨润土重量的烧碱。

3.7 导向钻进

钻机就位后，调整钻机导向杆到略高于设计管位中心高程的位置，水平钻入土中。在导向钻头中安装发射器，通过地面接收器，测得钻头的深度、鸭嘴板的面向角、钻孔顶角、钻头温度和电池状况等参数，将测得参数与钻孔轨迹进行对比，以便及时纠正。地面接收器具有显示与发射功能，将接收到的孔底信息无线传送至钻机的接收器并显示，操作手根据信号反馈操纵钻机按正确的轨迹钻进。在导向钻孔过程中技术人员根据探测器所发回的信号，判断导向头位置与钻进路线图的偏差，随时调整，并把调整数值记录在“钻进位置”相应的表格。

为了保证导向头能严格按照操作人员发出的指令前进，需要在管道线路初步布点后对控制点进行加密加细。间隔3 m设中线、高程控制点，用木桩做出明显标志，并在桩点周围用混凝土砌出护墩加以保护。控制人员严格按照点位，操纵仪器。

3.8 扩孔

根据现场地质情况，采用刮刀式扩孔器。扩孔器尺寸为铺设管径的1.2～1.5倍，即5 0 cm×1.5 =7 5 cm。这样既能够保持泥浆流动畅通又能保证管线的安全、顺利的拖入孔中。

回拉扩孔铺管的距离比较长，泥浆作用特别重要，孔中缺少泥浆会造成塌孔等意外事故，使导向钻进失去作用并为再次钻进埋下隐患。考虑到地层泥浆较易漏失，泥浆漏失后，孔中缺少泥浆，钻杆及管线与孔壁间的摩擦力增大，导致拉力增大。因此要保持在整个钻进过程中有“返浆”，并根据地质情况的变化及时调整钻液配比以产生的不同泥浆。

选用的DDW-3 5 0型水平钻机有混合搅拌、泵送系统。施工中将水、膨润土、聚合物等加入混合仓，进行充分搅拌形成钻液。然后由钻液泵将钻液通过中空钻杆输送至孔底钻头，并与孔中钻屑混合形成泥浆在孔底流动。实验人员需要随时检测泥浆内各组成材料的配比并及时调整，反复循环使用。

3.9 管道焊接

管道接口质量的好坏直接影响到拉管施工的成功进行，因此要严格按规范执行。

3.10 拉管

P V C管焊缝和管道强度检验合格后，即可进入拉管施工。首先用现场制作的P V C管封套将管头密封，然后在管头后端接上回扩头，管后接上分动器进行接管，将管子回接到工作井后，卸下回扩头、分动器、取出剩余钻杆，堵上封堵头，进行水压试验。

施工时，拉管机操作人员要根据设备数据均匀平稳的牵引管道，切不可生拉硬拽。

3.11 注浆加固

P V C管道拉通后，为了避免地面沉降，需要进行注浆加固。由于受场地条件限制，采用孔内注浆的加固措施。

（1）拉管施工前在P V C管前端连接两根与P V C管同长度的Φ2 5 mm钢管，与P V C管一同拉入土中并一同到达拉管设计终点桩号。到达终点后，解除Φ2 5 mm钢管与P V C管的连接，在两根钢管前面各加一根6 m长同直径的注浆花管。

（2）移动拉管机到接收坑，与Φ2 5 m m钢管连接并回拽。每拽入6 m，把钢管和拉管机的连接取消，换成和高压注浆泵连接。注入1∶1水泥、粉煤灰浆液（0.4 M P a），从而置换触变泥浆，补充P V C管周围的空隙。然后再换再拉，再拉再注，反复进行。直到把钢管全部拉出接收坑，注浆过程也就全部结束。

在注浆施工时，应根据实际情况每3～6 m注浆1次，根据计算注浆量一定大于泥浆量，注浆时尽量保持不要间断；当花钢管拖入地面时一定要用堵头堵死，防止浆液从花管前端流出。

3.12 安全保护系统

由于施工中的地质情况复杂、距离较远等特点，在施工中必须设置必要的安全保护措施，主要有：

（1）防触电报警系统。一旦地下钻头触及电缆等带电体后，钻机发出触电报警，此时操作手必须坐在座椅上不得离开，以免触电。报警解除后，操作人员方可离开钻机。

（2）远距离遥控紧急停机装置。随钻跟踪测量者应时刻保持与钻机操作手的联系，一旦发生意外应及时处置。目前一般采用无线通信联络方式，有时由于受到当时当地环境的影响这种方式己不能应付紧急突发事件。所以在施工中应由随钻跟踪者采用紧急措施停止钻机工作，待处理完后，由后者解除对钻机的限制后，方可启动钻机。

3.13 管件安装

管道穿越完成后，立即按设计图纸进行电缆安装。

3.14 工作坑土方回填

工作坑土方回填，不得含砾石、垃圾，回填应两侧分层对称回填，回填管顶以上0.5 m处，并应注意保护绝缘。

4 拉管的质量控制方法及要求

（1）路面建筑物及管道铺设区域无塌陷，施工后进行雷达扫描检测，检测1 0 0％。在施工范围内设置的测量点，每通过一趟列车测量一次轨道水平、高低和几何尺寸，发现超限及时处理。

（2）拉管过程中，操作手严格按照地面预布控制桩的平面位置和高程控制钻头走向，每隔水平距离3 m校核一次。

（3）管道内底高程的复测。管道拉通后，应对管道内底高程进行复合测量。用钻机将装有探测器的钻头在管道内拉动，试验人员根据探测器发出的信号来确定钻头的深度，经过换算后即计算出管内底高程。得出的结果和原始控制轨迹高程进行比较，得到各桩位高程偏差数值。

5 结束语

采用国产D D W-3 5 0水平钻机钻孔牵引管道下穿既有线施工技术，经济效益显著、技术可行；具有施工定位精确、施工进度快、对行车干扰小的特点，适用于邻近营业线施工安全监督计划内既有线过轨管线施工。