非开挖定向钻进铺管技术及经济性分析

靳子良

（黄埔区财政投资评审中心）

0 前言

定向钻进铺管技术从上世纪90 年代初引入我国后得到了一定的发展，该技术利用水平定向钻机，通过预定的设计轨迹钻进后进行扩孔回拖铺管，从而达到铺设地下管线的施工方法。随着定向钻进施工工艺的成熟和不断发展，其施工造价进一步降低，而传统的开挖铺管工艺因受环保、交通等诸多因素影响而增加的多种措施费用，其相对定向钻进施工经济性有待于进一步分析。

1 定向钻进相关技术

1.1 导向孔施工

目前水平导向钻进大多采用切削钻头，通过钻杆的某个方向推进和钻头回转等方式达到钻孔轨迹按照原设定轨迹推进。在钻头钻进过程中，通过地表的接收器接收到钻头发出的信号后，操作人员利用监测到的信号来观察钻头的前进方向和深度，通过和设计管道轴线及标高来精确控制钻孔的轨迹。

1.2 钻进回扩

导向孔施工后，需要一个扩孔器来扩大钻孔，以便在减少阻力的情况下安装成品管线。一般将钻孔逐级扩孔至管道直径的1.3～1.5 倍，扩孔中较为重要的三个参数指标分别为回拖力、转速和钻进液用量。扩孔器的回拉力主要保证扩孔刀具有足够的压力来完成切削动作；扩孔器的转速受前进速度、地质状况以及设备相关条件等情况影响而只能在某个区间才能保证高效；钻进液用量是及时将钻渣清除出口的重要保证，三个指标的正确选用是扩孔顺利高效完成的保证。

1.3 回拖铺管

扩孔完成后，将扩孔器、钻杆和成品管线进行连接后，将管线回拉进入已完成的孔中。铺管过程尽量一次完成，避免过程中产生阻力。管线接头的抗拉强度是否满足拖管要求是拖管顺利进行以及满足后续闭水试验的重要保证。对于PE 管一般采用电热熔接口，回拖前应检查电热熔焊接质量，焊接自然冷却后即可拖管。

回拖铺管作为最后一个重要环节，铺管前应再次检查相关设备是否处于良好状态，拉管过程中应时刻关注拉力的变化，出现拉力过大应及时将管子退出孔外，以免管道被拉扁或者是拉断，同时应重新清孔或者再次扩孔，提高管道的可通过性。

1.4 泥浆配置及循环方式

泥浆配置主要目的为护壁和携渣能力，不同的地质情况应考虑采用不同的粘度，确保能达到护壁的效果；携渣清渣效果不仅要求泥浆有一定的粘度，还需要有一定的流速，若流速过大，将对孔壁产生较大扰动，甚至导致塌孔，所以特殊情况可以采用反循环排渣[1]。

2 定向钻进铺管优势

2.1 受天气影响较少

基坑开挖后若受雨水天气的持续影响，将很大程度上导致工期滞后，而定向钻施工受雨水影响较小，基本可以忽略，工期有保障。

2.2 对交通影响较小

对于采用开挖进行管道施工，常规情况均有占1～2 个车道，对于繁忙的路段尤其是上下班高峰期，影响是较为严重的。而采用非开挖方式进行施工，只需对井的位置进行相关围蔽，且施工速度较快，对交通的干扰较小。

2.3 对周边环境影响较少

常规的开挖方式施工，对街道两侧的店铺的经营带来一定的麻烦，施工现场若文明施工不规范，扬尘现象凸显，必将对周边居民生活带来诸多不便。而采用定向钻进铺管法，类似问题可以得到很大程度避免。同时非开挖方式无需回填中粗砂等材料，避免了材料的浪费。

3 施工定额的变化

市政工程综合定额（2010）定向钻进工作内容含设备就位、现场组装、测位钻孔、回拖扩孔、清理现场、整理资料等。

市政工程综合定额（2018）[2]定向钻进将其分为钻导向孔、扩孔、回拖布管等。随着水平定向钻进技术的成熟，定额根据市场情况进行了调整。下文以塑料管（一类地区，不考虑管材）为例。

表1

目前国内定向钻铺管技术多用于粘土、亚粘土、粉沙土等软土层中，极少用于岩石等硬质岩层中，在定额设置当中未考虑入岩增加费。

4 实例测算

本次截取一段新建污水管道作为对比分析的基础，污水管道采用d500，管道长度为84.1 米，设装配式污水井4 座，井径为φ1000mm，基础埋深约为4m。

4.1 放坡开挖

根据地质情况，对实施路段采用1:0.4 的比例放坡，管道基底采用碎石砂垫层150mm，基础采用180°C20 混凝土基础，其余部分回填石屑。

4.2 钢板桩支护，直槽开挖

拟采用9m 的拉森钢板桩进行支护，管道基底采用碎石砂垫层150mm，基础采用180°C20 混凝土基础。

4.3 定向钻进施工

定向钻进施工入土造斜段L1 和L2 设计值分别为8.070m 和20.950m，定向钻进总长度为146.983m，设计入土角度为20°，工作井长宽均设置为2m，深度为2m，如图3 所示。

4.4 分部分项费用对比分析

采用《广东省市政综合定额2018》对三种情况下的分部分项费用进行对比，主材执行《广州市建设工程造价管理站关于发布2019 年5 月份广州市建设工程价格信息及有关计价办法的通知》（穗建造价〔2019〕72 号），详见表2。

由表2 可知，直槽开挖因钢板桩支护原因，造价较高。管道所需长度为84.1 米，放坡开挖和水平定向钻造价分别为1702.91 元/米和1954.31 元/米。上表的对比是未考虑原状路面或绿化的破除或恢复，不考虑基层，仅常规的沥青混凝土面层（6cm 中粒式改性沥青AC-20C+7cm 粗粒式沥青混凝土AC-25C） 造价约为208.12 元/m2。而每米管道放坡开挖约5 个平方，另外随着绿色施工标准要求的提高，施工围蔽若采用相对便宜的PVC 板（约为400 元/米），全封闭费用会更高。所以水平定向钻在具体实施过程中有极大的经济优势。

5 结语

图1 放坡开挖示意图

图2 放坡开挖示意图

图3 牵引管设计示意图

表2

非开挖定向钻铺管技术导向孔钻进、钻进回扩、回拖铺管作为定向钻铺管技术的重点工序，其施工工艺和机械设备得到了一定的改进和完善，施工成本得到进一步降低，本文选取一段污水管道为测算对象，分别用放坡开挖、支护下的直槽开挖和定向钻铺管技术进行经济性对比，通过对比可以看出，采用定向钻铺管技术可以较好的节省投资。