污水管水平导向钻进法牵引施工技术应用研究

万 明 栋

(中国水利水电第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

万松东路延伸工程二期位于浙江省安市丁山围垦区域内，西起滨海大道、东至东海大道，全长约4.74 km，污水管道采用HDPE管，主干管管径为500、600 mm，布置在回填路基以下，一般埋深3～4 m，采用水平导向钻进法牵引施工，主要使用国产ZT-25牵引钻机，月石(美国)导向仪，另外配备功率为45 kW的不停钻射流循环泥浆搅拌系统、操纵台全功能数字仪表显示、独立的液压锚桩系统。介绍了其实施过程。

2 牵引施工

2.1 施工准备

利用地下管线探测仪对地下管线的分布、位置、走向、管径进行调查探测并描绘地下管线和地下障碍物的布置图。

2.2 钻杆轨迹设计

污水管必须按设计流水标高埋设，根据地下管线布置图设计钻杆的钻进轨迹。轨迹包括两个部分：造斜段和铺设段。

(1)造斜段距离L：

L=[h(2R1-h)]0.5

式中h为埋深；R1为造斜段曲率半径，取1 200d,代入数据即可计算出L值。

(2)钻杆入射角a：

a=0.5tg-1{[h(2R1-h)]0.5/h}

(3)主要施工技术参数：

泥浆压力为1～5 MPa，流量为50～90 L/min ,泥浆比重为1.8～2 g/cm3，钻机转速为160 r/min，扭矩为8 000～10 000 N·m，推拉力为18～20 t[1]。

2.3 基坑开挖

每段牵引采用反铲挖掘2个工作坑，根据需要采用密扣钢板桩支护。工作坑开挖的平面尺寸为3 m×10 m、3 m×5 m，坑的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,在工作坑一侧设(宽4 m×长1.5 m×深1.5 m)泥浆沉淀池,并在池底设泥浆泵，随时将多余的泥浆抽出坑外。

2.4 钻机就位

钻机运到现场后必须先锚固稳定。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(HDPE管在孔内拉动的过程中受重力的作用会发生管道下沉现象)，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、钻头温度和电状况等参数，将测得的参数与钻孔轨迹进行对比，及时纠偏。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给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，随时调整并将调整数值记录在“钻进位置”相应的表格中。

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设中线与高程控制点，用木桩做出明显标志。控制人员严格按照点位操纵仪器[2]。

2.5 钻液的配置

钻液的好坏对于拉管施工的成败起到极为关键的作用。钻液具有冷却钻头、润滑钻具的作用，更重要的是其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，既可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。为改善泥浆性能，有时需加入适量的化学处理剂。

2.6 导向钻进

该工程采用精度为0.1%的导向雷达控制钻进标高，导向标高控制在管中心线位置。钻杆轨迹的第一段是造斜段，控制钻杆的入射角度和钻头斜面的方向，缓慢给进而不旋转钻头，使钻头按设计的造斜段钻进。钻头到达造斜段完成处，接下来是排水管流水段的钻进。旋转钻头并提供给进力，钻头即能沿水平直线钻进。由于在钻头位置安装了探测仪器，在钻进过程中通过地面精密接收仪器数据调整钻头的角度，使钻进按照流水线标高路线前进。到达出口工作坑，完成钻孔工序。

钻机随机配有一手提式地表导航仪，用以确定钻头在地下的位置，监测钻头是否偏离设计轨迹。在造斜段，钻头每钻进10 cm测一次钻头的位置；在平铺段，每隔3 m监测一次。如果发现偏离轨道，通过调整钻头斜面的方向缓慢纠偏[3]。

2.7 回拉扩孔

回拉扩孔牵引时，泥浆作用特别重要。孔中缺少泥浆会造成塌孔等意外事故的发生，使导向钻进失去作用并为再次钻进埋下隐患。考虑到地层中的泥浆较易漏失，故需保持整个钻进过程中有“返浆”，并根据地质情况的变化及时调整钻液配比以产生不同的泥浆。

钻头到达出口工作坑，钻进工作完成，若孔径没有达到铺设要求，需要进行多次扩径。该工程第一次扩孔孔径为300 mm，第二次扩孔孔径为500 mm，直到扩孔孔径为管径的1.5倍。

2.8 管道焊接

管道的连接采用电熔焊接，电熔连接冷却时不得移动连接件，不得在连接件上施加任何外力。焊接完毕，检查观测孔内的物料是否顶起，焊缝处是否有物料挤出。

管道连接前，对应的连接件必须在同一轴线上。干管连接部位下端应采用支架固定吻合。电熔承插连接管材的连接端应切割垂直，连接面保持清洁并刮去表面的氧化层。

2.9 回拉敷设管道

拉管施工前，先用现场制作的封套将管头密封。准备好后，将管道与扩孔器相连，回拉将管道牵引进孔洞内。施工时，拉管机操作人员需根据设备数据均匀平稳地牵引管道，切不可生拉硬拽。注意：所选用的拉管机应能承受该污水管道的拉力。

2.10 闭水试验

污水管的安装及检查井砌筑完成后进行闭水试验。干管每6个井段进行一次闭水试验。闭水试验如未能通过，应立即将管内的水抽干，仔细检查渗漏原因并进行修补。

3 施工质量控制

(1)钻机就位必须严格对中，保证钻机平稳、水平钻进。开钻前，要认真检查钻杆，发现弯曲时需及时调直或更换。钻杆的上、下接头应对正，边缓慢给进动力、边慢转上扣，不得拧得过紧。钻杆内不得进脏物，以免堵塞钻头喷嘴。

(2)钻进速度不宜过快。应根据地层条件合理调定给进力，一般而言，对于松砂层，不宜超过3 m/min；在硬土层中，钻进速度以钻机不发生跳动为宜。经常检查钻头的磨损程度，发现磨损严重时应及时进行补焊修复。造斜顶进时，将每次顶进的进尺控制在0.5 m左右为好，曲线要缓[4]。

(3)HDPE管的铺设须满足排气要求，无向上的折点。水平最大偏差为0.3 m，纵向垂直最大偏差为0.1 m。

4 结 语

万松东路延伸工程二期污水管成功应用水平导向钻进法进行牵引施工，打破了传统的明挖法敷设，减少了对相邻建筑物的影响，更好地保护了环境，取得了良好的社会效益和经济效益，值得类似工程推广应用。