定向钻进施工在市政基础设施建设中的应用

龚路军

（重庆建工第九建设有限公司，重庆 400000）

在市政基础设施建设过程中，传统的施工技术通常会受到各种原因的影响，如交通路线和施工场地的地质因素等，进而导致工程在后期的使用过程中出现各种各样的问题以及在维修过程中耗资巨大。为解决这些问题，近些年，我国建筑行业纷纷采用定向钻进施工技术，该技术的应用可以解决因为开槽支护埋管施工所带来的种种后续问题，同时为企业和政府带来更多的社会效益。

1 定向钻进施工技术的适用范围

城市市政建设在城市发展过程中尤为重要，而其中最为重要的一项基础建设工程便是城市供水工程，因而在建筑建设过程中对城市各种管道的施工也就十分重视。传统市政建设过程中多采用开挖式埋线等技术，随着时代的发展及技术的不断更新，该技术逐渐被造价更低、对周边环境影响更小且施工速度更快的定向钻进技术所取代。在市政基础设施建设中对于DN600mm以下的管径施工以及各区域的自来水管道或者污水管道施工，通常都会应用到定向钻进施工技术。定向钻进施工技术，对城市建设过程中不同区域的不同管道施工工程都起到了非常重要的作用，如在城市标志建筑物、重点保护区、动植物保护地、农作物保护区及城市闹市区等区域建造地下水管时，使用定向钻进技术可为相关部门带来极大的经济收益。

2 定向施工技术的准备工作

正式施工前，施工人员必须熟悉和了解定向施工技术的具体准备工作。

（1）设计钻孔定向轨迹。施工前，施工人员需要根据施工单位所提供的相关工程资料，结合施工技术要求，认真做好施工场地的全面实地勘查，检测整个建筑物需要的所有地下管线所处位置并做好详细记录，进而采用人工探索与仪器探索两种探查方式准确了解管线所在位置。同时，在设计钻孔定向轨迹时，必须以实地勘查和详细的实地记录为设计基础，结合铺设时所需要的管道材料，绘制并制定出科学合理的钻孔定向轨迹。

（2）选取适合的定向钻孔钻具进行试钻，同时配置科学合理又适用的泥浆。在轨迹设计完成之后，需要进行管道轴线测量放样和挖出入土坑并钻机定位，接着便是试钻工作，其中还有较为重要的泥浆制备工作。在定向施工的过程中，科学制备的泥浆具有润滑和冷却的双重功效。总而言之，在施工过程中施工人员需要根据建筑区域的地质条件以及建筑材料等综合性条件，科学合理地配置泥浆，以此辅助定向施工技术得以更好地运用。

3 定向施工技术的施工流程以及操作要点

3.1 施工流程

控制井施工→钻孔定向轨迹设计→管道轴线测量放样→挖出入土坑、钻机定位→试钻→泥浆制备、控向钻导向孔→多级扩孔→回拉管材（前期一定要进行管材连接加固的检查和固定工作）→注浆填充→现场清理→撤场。

3.2 定向施工技术的操作要点

（1）牵引井和控制井。定向施工技术需要针对不同的地区地质条件，加以具体化。定向施工技术的进程范围一般在15～1800m，在这段施工距离中，控制井设置在中间位置，牵引井设置于两端尽头处。为了确保符合实际要求，在设置牵引井和控制井时需要注意先后顺序，先设置控制井，再设置牵引井，并确保井距不超过100m。设立之后进行密封工作，以保证整个管道满足设计及标准要求，并与当地区域的市政基础建设相契合。

（2）钻孔定向轨迹设计。管道孔的轨道设计是基于管道截面的最佳驱动曲线设计，根据管道的坡度和高度来进行。管道钻孔的设计需要满足施工建设中的设计要求，考虑倾斜直线段和挖掘点曲线段的相对应的设计长度，并严格把握水平穿越段的各点高度。

（3）管道轴线测量放样。根据市政基础建设的设计图纸定位牵引井和控制井两者的位置，并通过水准仪对牵引井和控制井进行精准高效的控制。由于在定向钻孔施工过程中，需要使用在有效期限内且具有合格证书的高程、雷达探测仪等专业性仪器，这就对技术人员提出了更高的要求，需要其具有较强的专业技术水平。这些专业技术人才需要经过统一培训，确保熟练掌握仪器的使用方法，在施工过程中能够应对各种突发状况，以保证工程的顺利建设。

（4）钻机定位。钻头必须安装在线路延伸的起点中心，然后调整机架使钻头对准钻孔中心位置。所使用的机架应根据钻机的倾斜指示装置进行调整，其倾斜度应与设计中规定的入土角相对应。除此之外，在施工之前，还需使用雷达探测器或计算措施再一次进行复核检查，以确保施工过程顺利、安全。在安装钻井设备时，脚螺栓必须满足设备后部支撑的要求。另外，根据设施建设的土质软硬程度以及含水量程度，所选用的锚杆也有所不同，因此在建设过程中钻机定位时需要选用的机械以及零件根据具体情况来选择。

（5）试钻以及导向孔钻进。在钻机启动之后，必须先进行不少于15min的试运转，通过试运转确认各部位都没有问题，能够保证正常工作后方可进行导向孔钻进。为稳定入井点位置，首根杆需要采用轻压慢转的方式入土钻进，达到设计钻入角后方可开始钻进。导向孔钻进时，以钻杆的直线段的距离作为造斜段的检测控制点在设置时的确定间距，同时还需要在导向孔钻进时根据现场的实际操作进行一对一的细致记录，然后根据记录绘制出建设时所需要的剖面图。在钻进过程中，应根据设计图以及施工区域的地质情况及时调整并确定符合施工进程的推进力，防止钻杆过弯影响施工最后导致整个市政基础设施的不完善。

（6）控向钻导向孔施工。根据设计的路径将钻机固定在地上，调整钻机的入射角，使其与轨道设计角对准；然后根据设计期间钻孔过程的导向装置，密切跟踪返浆回井的情况，记录钻探过程的地质条件，以提供可靠的开扩孔洞记录。钻井期间，钻导向孔施工的每个钻杆之间角变化的范围必须严格控制，曲率偏差不应超过设计标准，以确保导向孔的高质量。

（7）成孔与泥浆护壁。导向工程施工结束后，设计成孔的直径时需要依据两方面的条件，一是施工区域的土质，二是需要依据铺设的管道口径的大小进行合理设计。一般情况下，开口直径与建设所需的铺设管道直径之间的差别为10cm（保留5cm的管道的外壁距离），确定采用多级扩孔的级数，并根据其质量选择不同类型的钻头和泥浆制剂。一般情况下，土壤层含有更多的黏性成分的土壤，可直接用于从清水以及扩张孔和刮水钻头中提取天然浆料，如果砂层含有较高的砂含量，泥浆必须用特殊制剂选择和处理，使其达到相应的使用标准，以获得高标准的黏度和较低的水分损失率，同时抑制地质土壤的分散和保持孔壁的稳定性。

（8）回拉管材。由于其特殊的工艺和回拖力的要求，铺设管道时对于管材的质量有着极高的标准，导管壁厚要求由环刚度和L型拉伸涂层管等技术指标确定，所以为了确保管材的质量合乎使用标准，不同口径管材生产的标准都由国家确定。定向钻技术在使用过程中一般选用HDPE实壁管或钢管。HDPE实壁管具有良好的化学稳定性、耐老化以及较好的耐环境应力开裂的性能，因而在建设过程中适应范围极广并且连接度较好，能够帮助延长整个工程的寿命。钢管也可以由质量较好、符合对应标准的钢板通过焊接成圆筒来使用，或者使用成品的有缝或无缝钢管产品。但是不管最终所选的管材是实壁管还是钢管，都必须确保所选管材的壁厚与铺设过程中的深度以及回拖力密切相关。

（9）拖管。一旦钻孔完成，可以进行回拖管工程。在正式开始实施回拖管之前，必须进行详细的检查，检查内容包括管道的焊接是否一致、管头是否固定以及分离器是否连接，检查合格后才可以安装并铺设相应的管道。在整个回拖管道的过程中，技术人员必须仔细观察机械仪器的变化，特别是扭矩（通常为5～8MPa）和回拖力的变化，查看其是否在建设标准范围之内。在整个回拖过程中，必须控制好速度，且回拖力要适当，不可过强，以免损坏管道。

4 结束语

定向钻进施工技术在市政建设过程中对于整个地区的自然保护区、建筑物标志区、山川河流以及经济中心区域等，都会带来相当显著的经济利益并促进社会发展。

定向钻进施工技术的应用减少了在施工过程中的环境噪声污染，减少了城市粉尘污染，同时也降低了对城市交通的影响，是一种相对无污染的施工技术；定向钻进施工技术所选用的HDPE实壁管管材与传统混凝土管管材相比，其产生的污染更少，很大程度上保护了城市环境，十分有利于城市环境美化工程和城市交通建设规划工作的开展。而且，定向施工技术最大程度优化了地下空间，加强了资源的合理开发，对整个城市建设起到了推进作用。同时，由于定向钻进施工技术采用的是非开挖技术，有施工周期短、综合造价低的优点，因此不仅能够减少政府在工程建造上的投资，还可以在一定程度上减少大笔的房屋拆迁费用，对城市经济发展起到相对积极的促进作用。