市政给排水工程定向钻施工技术及成本管理

（中交二公局东萌工程有限公司，陕西西安 710119）

1 工程概况

苏宁用地位于西安高新区纬三十二路以北、纬三十路以南、经四十四路以东、经四十路以西区域；平安用地位于纬三十二路以北、经四十路两侧的区域。根据地质资料可知，项目所在区域及其周边均未设置给排水管网，为满足企业的发展需求拟建设一座雨污水泵站。结合现场情况，雨污水泵站所在位置为纬三十二路北侧的市政绿化带内，提升雨污水后将其沿经四十路延伸，到达纬三十路南侧，将污水排入四十路下游给排水管道，从而解决企业建设及运营阶段的污水排放问题。

2 工作原理

近年来，市政工程建设规模不断扩大，给排水工程成为重点建设内容，由于行业技术的进步，定向钻技术在其中取得广泛应用，其具备环保效益高、施工扰动性小、成本低等多重特点，成为创造高品质市政工程项目的重要技术支持。

本项目引入了定向钻施工技术，其工作原理为：现场配备了定向钻机，以设计的钻孔轨迹为基准有序钻进施工；使用到GL600地下管线探测仪，利用该仪器完成施工中的探测工作，明确钻进作业面的实际状况；结束导向孔钻进后更换为扩孔钻头（要求该装置直径提升一级）执行反向扩孔操作，仪器依然实时探测，钻孔作业时兼并注浆，两道工序保持同步状态，最终形成孔道。本给排水工程共由两类管道构成，即污水管道与雨水管道，采取的是分级扩孔的方式并辅以回拖管线操作。

3 施工技术

（1）测量、放线、工作坑施工。参考建设方给出的建议确定合适的穿越位置，技术人员深入现场勘察并使用水准仪检测，明确各钻点的高差情况。以所得的测量结果为参考准确放样，确定合适的进、出钻点工作坑。开挖两个工作坑，规格为4 m×5 m×2.5 m，位置分别为Y4（W4）处和Y13（W13）处；开挖两个接收坑，规格均为4 m×4 m×4.5 m，所处位置分别为Y3（W3）及Y7（W7）处。

（2）生成钻进轨迹图。整理测量结果，依据相关数据确定各钻杆的工艺参数，即钻进深度与角度，并形成轨迹图作为导向钻进的基本依据。

（3）导向钻孔。选择射流辅助钻进法，工程人员主要有导向员、司钻员等，以上述绘制地钻进轨迹图为指导沿着特定路线钻进施工，持续至出钻点工作坑为止。由于市政工程施工干扰因素较多，为顺利完成扩孔与回拖必须控制好钻进高程，实现安全、高效钻进施工。探头要置于探头盒中，经过标定与校准后确保其位置精确性，再在钻杆上设置导向钻头，通过转动钻杆的方式检验探头工作状况，即是否可正常发射信号，回转钻进2 m后便可沿着设计的轨迹向前推进[1]。配备3 m长的钻杆及使用无线控向系统，在其作用下减小钻进误差，形成导向孔后对其全面检验，无误后再预扩孔。先导孔示意图如图1所示。

图1 先导孔示意图

（4）配制泥浆。钻进过程中泥浆是重要原材料，可作为冲洗液而使用，制备时选择优质的膨润土和添加剂，合理配比称量材料并充分搅拌，形成泥浆后注入洞内。性能良好的泥浆具备润滑钻机、减小回转扭矩、冷却钻头、缓解腐蚀等多重功能。

（5）扩孔。钻进并形成导孔后通过扩孔的方式可为后续拖拉PE管创造良好条件。选择Φ200 mm扩孔器，将该装置设置在导杆组尾端，在钻掘机组的牵引下令扩孔器发生旋转运动，回拉过程中将获得充足的钻掘液（由泵输出，并经过导管而流出），其具有润滑的效果，并在一定时间内支撑扩孔，产生的土块与钻掘液混合并共同进入泥浆坑中。

（6）拖拉管。施工人员根据设计要求拖动钢管到达指定位置。被拖动的钢管既需要提前焊接好，又要有拉头方便拖动。具体方法为：为了保证拖管按管道的设计要求有序进行，施工人员应采用回拖器拖管，同时完成打泥浆和旋转回拖两项操作。拖管过程中旋转分动器的结构是特制的。施工人员既要紧密连接扶正器和工作管，又要保证工作管和拉管器之间的连接密不可分。泥浆的选择要满足以下两个条件：第一，泥浆应具有较小的比重；第二，泥浆应具有较高的黏度。泥浆处理剂和管孔润滑剂能够降低回拖阻力，选择工作在一定程度上受地质结构的影响。充足的泥浆能够保护和润滑管壁。因此施工人员应在PE管回拖前做好相应的检查。PE管熔接合格后将其与回拖器牢牢连接在一起。回拖启动前施工人员全面检查所有回拖系统，以最好的状态启动回拖。回拖启动后施工人员应尽量保证回拖的稳定，无特殊情况一般不能停留。

（7）管道回拉力计算。

雨水拖管：PE管管径DN630 mm，长度246.57 m，埋深1.603～2.226 m；PE管管径DN630 mm，长度448.10 m，埋深1.681～2.226 m。

污水拖管：PE管管径DN250 mm，长度248.47 m，埋深1.455～2.093 m；经四十路东侧绿化带部分管径DN250 mm，长度458.11 m，埋深3.524～4.093 m。

计算选取纬四十路东管径DN630 mm，长度448.10 m，分两段进行拖管，长度取250 m进行拖力计算，其他拖力均大于此段拖力。

PE管道回拖力计算：

式中：T——穿越管段所受回拖力（kN）；L——穿越长度（m），250m；fh——穿越管段与钻孔孔壁之间的摩擦系数，0.1～0.3，取0.2；D1——管外径（m）；D2——管内径（m）；γ m——钻孔泥浆重度（kN/m3），取12 kN/m3；t——穿越管段回拖至入土点处的回拖力（kN）；γ P——管材的重度（kN/m3），取78.5 kN/m3；ww——浮力控制时单位长度管道的重量（kN/m3）；K——泥浆的黏滞系数（kN/m2），一般在0.15～0.35之间，取0.25。

经计算，管道的回拖力为435.06 kN，根据经验设计回拖力取计算值的1.5～3倍，回拖力取3倍，即为1 305.18 kN，计划选取拖力320 t钻机进行穿越可行。

4 定向钻穿越施工中的成本管理

4.1 成本过程的控制

（1）材料费。

材料费一般占工程直接费的60%左右，是项目目标成本管理的关键，必须加强材料的计划、采购、验收、领用、消耗、自然损耗等各个环节的管理[2]。具体操作如下：

①通过调研等方式了解市场行情，第一时间获取市场动态。采购人员需从质量、价格以及服务等多个方面对不同公司进行评估和分析。相关工作人员应根据施工计划合理制定采购方案，同时形成详细的文字资料。当某种物资需求量较大时可组织公司统一招标采购。

②砺砂、石料等材料的采购应由项目部控制价格和数量，并由机组在现场进行确认。除采购以外，施工人员还可充分利用施工环境，在现场进行资源的实地开采和加工生产，从而降低施工成本。

③材料的发放应限制额度、明确配比，规范分包工程材料的管理。不仅要合理采购，还要做好采购后材料的管理。对材料的使用进行严格监督，严禁材料倒买倒卖、以次充好等情况的出现。做好材料的成本核算，定时定点清查盘点，使材料采购到材料消耗的每一步都透明可查。

（2）机械使用费。

①多渠道解决设备不足问题。从某种程度上来说，机械化程度的高低往往是一个企业硬件实力的体现。企业不能为了彰显自己的实力而盲目购买机器。机器设备不足时购买机器并不是唯一的解决方法，企业可以进行机器的内部调剂，还可以从外部进行租赁，也可以分包自带。部分价格较高、使用次数不多的设备最好采用租赁的方式。

②公司应派专人对现有的设备进行检查和维护，减少设备不必要的损耗。为了减少油料费用和维修支出，公司可采用单机核算的方式。

③评估并监控中型和大型设备，最大限度缩减维修支出。尽量避免折旧费不计提或少提折旧情况的出现。

（3）间接费控制。

建立职能明确、做事高效的项目部，明确岗位及员工的分配，减少不必要的支出。针对差旅费、通信费等费用支出建立合理的控制指标。部分费用支出无法建立控制指标时，相关工作人员应明确审批流程和报销标准。

4.2 具体费用估算

对定向钻工程施工管道安装中的工程施工费用进行计算，具体估算对比如表1所示。

表1 定向钻和板桩井顶管施工费用估算对比

从表1可看出：（1）分别利用定向钻和顶管穿越100 m的长度，前者的施工费用远比后者低；（2）分别利用定向钻和顶管穿越100 m的长度，前者的每米单价远比后者低；（3）分别利用定向钻和顶管穿越100 m的长度，前者的工程费用仅占整个工程费用的1/4，后者大约占整个工程费用的1/2。

5 结语

定向钻技术在当前的市政给排水工程中取得较好的应用效果，也可成为其他管线工程的技术支持，可确保质量的同时降低对周边环境的扰动。市政给排水工程所涵盖的工程要素较多，施工中应做好各阶段的成本管理工作，提高项目的经济效益。