浅谈HDD施工技术在引洮供水二期工程的应用

郭颜榛

(甘肃省水务投资有限责任公司，甘肃 兰州 730000)

引洮供水二期工程是国务院确定的全国172项节水供水重大水利工程项目之一，也是国家确定2015年开工的27项重大水利项目之一。工程供水范围为定西市、白银市、天水市和平凉市的安定区、陇西县、通渭县、会宁县、武山县、甘谷县、秦安县、静宁县等8个县区，惠及人口达348万人，新增灌溉面积29.2万亩。

引洮供水二期工程六干渠利用会宁县中川东渠、北川渠原渠线，自老鸦岔总干渠24#隧洞进口取水，经中川、高陵、高庙、古城、祖厉河至会宁县东山水厂，全长32 km，设计流量1.5 m3/s、加大流量1.65 m3/s，控制灌溉面积1.3万亩；建筑物设计采用上游隧洞、暗渠输水和下游压力管道(DN1 000 mm、壁厚14 mm涂塑复合压力钢管)有压输水相结合的方式，达到了全程自流；六干渠末端615.17 m(桩号31+065.05～31+760.79)管道工程设计采用顶管法和开挖埋管法施工，该段管道途径住宅区域、交通道路及东山森林公园等，对居民生活、城市交通和周围环境影响大，施工条件和地质条件都十分复杂，因此，经多方案比选采用了HDD非开挖施工技术。

1 HDD施工技术简介

1.1 施工技术原理

HDD施工技术的优点是不开挖地表建筑，完成一个先导孔，使其后序工作能稳步进行，在钻杆顶端部位换接上较大直径的扩孔钻头及直径大于扩孔钻头的待铺设管道，随后在回拉扩孔工序进行的同时，将待铺设的管道一起拉入到钻孔中，最终完成铺管作业。

1.2 施工技术的特点

HDD施工技术是利用固定在钻孔附近具有稳固基础水平面的水平定向钻机，根据现场的条件初步选定施工的入射角度，随后根据实际施工情况进行调整，最终确定一个适合施工的入射角度钻入地下，当入射钻头达到方案指定的目标方位，随后提出钻头完成先导孔，其后根据次序更换较大孔径尺寸规格的扩孔器械，目的是将事先形成的先导孔逐步增大至施工所需的孔径大小，随后将所需铺设孔径大小的管道一次性回拉到设计位置，保证管道顺利安全铺设。

1.3 施工技术优缺点

开挖埋管法在管线沿线对地面破坏大，破坏性强，占用交通资源，给本来不太富裕的交通造成更大的压力，但是HDD法施工占用工作面积小，施工便捷，基本不妨碍地面交通和地面建筑物，不影响人们的日常生活和工作秩序，大多数项目不需要开挖工作井和接收井，基本没有土方开挖和回填量。

开挖埋管法在遇到地下转弯施工麻烦，容易造成开挖工作量大，投资高、安全隐患较多；HDD施工过程中不仅可以在直线的管道轨迹中钻进和铺设，而且还可以沿着多种曲线和直线组合在一起的管道铺设轨迹中钻进，在遇见障碍物时通过相对比顶管法容易。

开挖埋管法需要投入大量的机械、设备、人力及财力，而且在有的小断面尺寸很慢保证满足设计要求，经常出现超挖现象，影响工期和增加投资。采用HDD法施工既实现了机械化、信息化又能节约时间、节约费用、保证工期。

开挖埋管法在遇到公路、铁路、村庄、沟渠等障碍物时造价大、施工工期长，采用HDD法施工可减少甚至避免搬迁，更加有效控制工期，从而得到更多的经济效益和社会效益。

采用HDD法施工对环境不造成影响，符合环保要求。

水平定向钻技术能够普遍用于很多施工作业的过程中，比如管道施工，抽气作业，防渗作业等等，并且水平定定向钻技术所用的水平定向钻机适用于各种性质的土质，无论水利供水管道在什么样的土质环境下施工，水平定向钻技术都可以满足条件。另外，水平定向钻技术不仅适用于加固公路与跑道的路基，而且也广泛应用于市政工程的管道铺设和燃气输送工程的管道安装，因此水平定向钻技术不仅仅是优点多而且较为突出，适用范围较广，在今后的各个领域的施工中都可以用到，在不久的将来HDD施工技术将普遍应用到各行各业中。

2 HDD施工保证措施

2.1 施工技术阶段划分

HDD施工技术钻孔施工中可以分为三个阶段，即形成先导孔、回拉扩孔和管道铺设，有时第二阶段和第三阶段也可合并为第二阶段，即回拉扩孔的同时进行管道铺设。形成先导孔过程中先导孔钻进是使用带斜坡面的、直径一般较小的钻头依照施工方案中预先设计的轨迹进行钻进，从而先完成较小直径的导引孔，继而能够为后续回拉扩孔和管道铺设提供有利引导作用。HDD施工技术钻进设施依据设计轨迹要求布设并提前调整好钻具(机架)在入口处的初始入射角度，开始导向/定向钻进，钻进过程中技术人员通过监测和可控的技术手段使钻孔按方案设计的轨迹延伸，且保证钻孔过程中的偏差值在可控范围内，并从另一端预先设定的区域内钻出地表，完成先导孔的施工。在钻进施工过程中，为避免钻杆被所在土层夹紧、抱死，根据实施考虑需要由泥浆泵通过钻杆、钻头打出膨化水泥泥浆量的多少，同时也在一定程度上起到固化通道、防止管道塌陷的作用。

施工程序：(1)现场踏勘、设计待铺管道的轨迹→(2)测量放线→(3)施工便道修筑及作业带清理、场地平整、施工围护→(4)设备搬迁、井场布置→(5)系统安装、调试→(6)控向系统调校→(7)试钻→(8)钻先导孔(先导孔对接)→(9)扩孔、清孔→(10)管道回拖→(11)设备转场→地貌恢复、泥浆处理。

2.2 夯管铺设偏差及精度控制

1)在施工过程中可能造成偏差的主要原因包括以下几个方面：

轨道安装偏差；

轨道设计用料与现场环境不相符或不融合，不能起到很好固定钢管的作用；

基础不稳定；

钢管本身刚性小，易弯曲；

钢管间焊接偏斜；

施工所遇的地质层软硬不均匀，管道斜交；

夯进管道时遇到障碍物；

管道直径与长度不匹配。

2)夯管精度控制：

严格控制流砂层中夯管的精度控制；

严格控制卵砾石地层中夯管的精度控制；

回拉管道时，应精心控制好回拉速度，密切关注回拉力、回拉扭矩、孔内回拉应力及泥浆压力、流量等；回拉管道应保持平顺，尽量避免停顿，回拉管道应一次性全部拉入孔内，并回拉至设计位置；如回拉过程出现停顿应立刻根据情况采于补救措施确保管道偏离轨迹在可控的范围内，否则要立刻停止回拉工序。

2.3 提高夯管效率的措施

(1)注浆润滑：泥浆在工程中使用很多，特别是在钻孔施工中，泥浆可谓是真个工序的“血液”，需要不断的注射；血液的质量决定了人身体状态的好坏，同样泥浆的质量的好坏对钻孔施工是否顺利和安全也起到决定性的作用，浆液可以起到润滑剂的作用，能够大大减少地层与钢管之间的摩擦，减小钢管进入的阻力，因此注浆润滑是提高夯管效率的最有效、最经济的辅助办法，材料一般分膨润土(使用于砂土层)和人工合成的高分子造浆材料(使用于黏土层)。

(2)管道外表涂蜡：石蜡对金属有较好的亲和力，起到减阻的作用。

(3)切削头：在钢管被夯入土层的一端焊上特制的切削头，不仅起到保护管头不变形的作用，而且还使管段阻力减到最小。

(4)其他措施：管内排土和更换管锤。

3 结语

水平定向钻施工技术相比传统管道开挖法技术有着很多的优势，在甘肃省引洮供水二期工程六干渠东山水厂管道工程施工中应用，成功穿越了会宁县祖厉河、居民住宅小区、城市交通道路及东山森林公园等，有效缩短了建设工期，减少了工程投资，避免了对居民生活、城市交通的影响，确保了引洮供水二期工程的通水目标，为水平定向钻施工技术在我省水利行业中的应用奠定了坚实的基础，也为广大水利施工人员提供了更大的便利和技术支撑。