定向钻在市政管线穿越河道施工中的应用

花志龙

摘要：水平定向钻技术是一种非开挖铺设、修复或更换各种地下管道和电缆的施工技术，与传统开挖施工穿越技术相比，水平定向钻技术在提高施工效率、缩短工期、降低综合成本和环境保护方面具有明显优势，本文结合实际案例，详细阐述了定向钻施工在市政电力通信管线穿越河道施工中的应用。通过详细分析定向钻施工工艺要求和研究设备工作性能，有机结合现场施工条件，达到充分发挥钻通设备性能及工艺技术的优势，实现项目的既定目标。

关键词：定向钻;管线;穿越;河道

1.概述

市政管道穿越繁忙交通路口时，为保证车辆通行，减少施工影响。设计多采用施工速度快、精度高、成本低、干扰小的定向钻施工技术。水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设地下管道的一种施工机械，被广泛应用于供水、电力、电讯、然气等管线铺设施工中，它适用于沙土、粘土、卵石等地况，我国大部分非硬岩地区都可施工。同时定向钻施工在南方雨季施工中，具有受雨水影响小，安全隐患少的优势。

2.工程概况

深圳市龙华区工业西路改造提升，设计将架空高压线路落地，在道路右侧敷设电力管道，管道孔数16～32孔，单孔孔径15～20cm。设计新建管线桥跨越市政河道，河道宽30米，汛期水位约1～1.5m。桥跨径组合为14.91+12+14.91m，下部结构为桩柱式墩。涉河施工手续办理繁杂，河道内施工环水保要求高，汛期水量大周期长，安全隐患多风险高，施工工期长成本高，不利于施工组织。为解决上述问题，结合桥位地质情况（粘土层）和改迁管道长度，现场定向钻机满电力、通信管道下穿河道的施工需求，经报请监理、业主同意，设计单位出具变更图纸，采用定向钻机施工改迁管道。

3.水平定向钻技术应用

3.1穿越河道方案比选

新建管线桥不利因素分析：一是城市河道内施工需办理涉河施工协议，且施工环水保要求高;二是该河道为常流河，南方汛期长，安全隐患大;三是桩基为嵌岩桩，受施工条件限制，需筑岛围堰后采用冲击钻机施工，施工周期长，并且泥浆护壁处理不善，易污染水体环境。四是結构工程量小，一次性材料投入多，施工成本高，工程造价约68万元，经测算亏损12万。五是管线桥由道路左侧新建，右侧电力管道需要重复横穿道路，施工过程中，需要频繁导改通行，容易造成交通拥堵，也给桥梁台背施工质量留下隐患。六是3#桥台处涉及一处污水泵站的迁改，制约施工。

提出解决问题方案：本项目地下管道穿越繁忙路口设计定向钻敷设管道方案，一次性敷设管道最大长度约200米，通过对跨越河处管道管径，孔数，埋深，地质情况及桥梁前后区域空间等因素综合分析，结合现有设备技术性能，采用大型号钻通设备可以实现定向钻施工管道替代原设计管线桥过河方案，实现既定目标。工程造价降低为34万，扭亏后盈利20%。由原计划工期4个月压缩为1个月，为电力迁改管道拉通节约了时间。

3.2先导孔轨迹设计

参考水平定向钻法管道穿越工程技术规程，本工程电力、通信管道均为PE管道，入土角度应在8～30°，出土角度应在4～20°，曲率半径不小于300倍管道直径，且下穿渠道至少保证3m埋深。

根据技术规程，结合道路现状施工区域，选取电力管道入土点为道路左侧K3+500处，出土点为K3+696处，平面长度196m;通信管道入土点为道路右侧K3+525，出土点为K3+715，平面长度190m。

3.3钻通设备选择

新建电力管道26Φ150+8Φ200，孔道集束直径1m;通信管道30Φ110，孔道集束直径0.6m。工程处地质主要为素填土层、砂质粘性土层及粉质黏土层。通过对钻通工程机械型号调查，ZT-100型水平定向钻机，最大扭矩28000N·m，最大推拉力500KN，入射角度0～20°，最大扩孔钻头1000mm，整机尺寸8500*2260*2550mm，能够满足跨河管道水平钻机要求。

3.4水平定向钻施工技术要点

3.4.1钻机就位和调试

按施工布置图及规范要求将钻机及附属配套设备固定在预定位置。钻机钻杆方向必须安装在入土点与出土点的连线上，误差不超30mm，钻机入土角调整到设计要求。钻机安装后，进行试运转，检测各部位运行情况。

3.4.2钻孔导向

导向孔钻孔是施工的关键，它决定管道铺设的位置准确性，其重要的施工环节是钻孔轨迹的检测和控制。导向孔钻进在理想状态下的轨迹为“斜直线段—曲线段—水平直线段—曲线段—斜直线段”组合。根据具体要求，确定出土角和入土角，确定管道埋深和各孔段的轨迹组成。

3.4.3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。

3.4.4扩孔

水平定向钻在施工过程中，必须注重扩孔环节的施工质量，扩孔质量的好坏决定了后续管道敷设情况。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。拖拉管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，充足的泥浆能够保护和润滑管壁。因此施工人员应在PE管回拖前做好相应检查，PE管熔接合格后将其与回拖器牢牢连接在一起。

3.5.5回拖阻力

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。在长距离大管群施工中，重点关注如何减少回拖阻力，这是完成管群敷设工作的前提。在扩孔施工阶段减少回拖阻力，要结合土质情况，配置更加细腻的泥浆，严格控制钻进速度，利用悬浮法、挤压法等，让成孔内壁更加光滑，没有过多的凹凸点，减少回拖摩擦力。

4.结语

水平定向钻技术具有应用范围广、穿越精度高、对环境干扰小、施工成本低等优点。在该项目施工图设计方案中未充分考虑现场施工条件、安全经济性的要求，以本案为例，通过对水平定向钻施工技术及设备性能的充分了解分析，对设计方案进行优化变更，实现了安全、经济、高效、优质的既定目标。

参考文献

[1]颜纯文，蒋国盛，叶建良等 非开挖铺设地下管线工程技术[M].上海科学技术出版社

[2]中国地址大学（武汉） 水平定向钻法管道穿越工程技术规程CECS382：2014 中国计划出版社2014

作者简介：身份证号：320924198908215732

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