非开挖定向钻工程施工工艺探讨

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【摘要】文章结合具体工程实践，对非开挖定向钻技术的施工工艺进行了探讨。

【关键词】管道工程；非开挖定向钻技术；施工

1 非开挖定向钻技术的定义与分类

按施工工艺，非开挖技术可分为导向钻进铺管技术、遁地穿梭矛铺管技术、顶管掘进机铺管技术与顶管铺管技术。

定向钻进铺管技术，具有钻孔方向易控制、施工场地要求简单等优点，适用于铺设电力、通信、煤气和自来水管线，而且铺管直径、长度和材料范围较宽。主要有 PE 管铺设和钢管铺设；遁地穿梭矛铺管技术具有冲击力大、穿透性强、速度快、工期短、可穿越流泥流沙和卵石带等特点；顶管掘进机铺管技术噪音小、无污染，采用泥水平衡掘进施工法，可进行大管径超长度施工。适用于隧道、涵洞和大口径管道的施工；顶管铺管技术具有造价低、定向准确、精度高、安全、无噪音污染、适应范围广等优点，适用于铺设 3000mm 以内钢管、混凝土管、铸铁管及其它材质管道，可采用套管法铺设。

2 工程概况

本工程位于南昌市新建县长棱大道昌樟高架桥施工工地（待建）。该工程为一 PE315×28的天然气中压管， 穿越长度 304 m， 最大深度为高速公路路面11m 以下。 钻机入钻点位于昌樟高速公路北侧，出钻点位于南侧（水塘，房屋）入土角为18°，出土角为 17°，钻进曲率半径300m， 穿越部位位于昌樟高速，水塘。

为确保燃气管道安全，根据规划部门设计要求，将管线确定在以高架桥路面中心点向西 32 m 处，穿越高速路面11 m 以下。同时，为便于与原有管道碰接，出入点深度在 1.5 m 左右。该工程主要难点在于，施工穿越地段须过高速公路、鱼塘。因此，施工单位有针对性制定了有缆控向定向钻技术的施工方案。

3 施工方法及主要参数设计

科韵北路煤气主干管穿越广园快速路定向钻穿越部分的工程设计，最后选定“泥水平衡定向钻式”工法作为本工程的施工方法。穿越施工的主要设计参数如下： 该工程为一 PE315×28的天然气中压管，穿越长度 304 m，最大深度为高速公路路面 11 m 以下。钻机入钻点位于昌樟高速公路北侧，出钻点位于南侧（水塘，房屋）入土角为 18°，出土角为 17°，钻进曲率半径为 300 m，穿越部位位于昌樟高速与水塘。

4 定向钻施工

4.1 机械性能和相关参数

沟神 7020型钻机具有优越的钻进性能，加上特制的辅助助力装置，使回拖力达45t，最大扭矩达12000NM。主机配备有先进的液压系统，动力源采用康明斯发动机，优良的设备加上高素质员工是顺利完成该工程的重要保证。

4.2 泥浆配比

孔的成功与否关键在于如何防止塌方。因此，在钻导向孔时，按照地质构造的不同详细制定出合理的泥浆配比方案，在不同的地质条件下选用不同的泥浆配方，并考虑到穿越距离长的实际需要，为防止融土包裹钻具，在化学聚合物中， 按比例配制专用的凯斯防糊钻液，可进一步降低孔道中的阻力。虽然表面地质为黏土，但昌樟高速、鱼塘下为沙下风化岩。为此，现场还预备凯斯专用的高效膨润土以及配合使用的凯斯其它辅助添加剂为土质变化准备了应急措施。

4.3定向钻施工方法

导向钻管法的施工工艺主要包括：地质勘探—穿越曲线设计—测量磁方位角—钻机就位—钻导向孔—扩孔—回拖—环境保护—地貌恢复。水平导向钻机在施工时，按照设计的钻孔轨迹（一般为弧形），采用可从地表钻进的钻机先钻一个近似水平的导向孔，然后在导向钻头后换上大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待铺设工作管线，然后进行反向扩孔，同时将待铺管线回拉入钻孔内。当全部钻杆被拖回时，铺管工作同时也就完成了。

（1）设备就位、安装与调试

钻机就位前，对钻机施工场地进行平整（20 mm×30 mm），保证设备通行及进出场。 设备及材料存放场地，需高出自然地面不小于 15 mm，推平、碾压，并设断面不小于 0.3 m×0.3 m 的边沟。打好轴线后，根据如入土点、入土角度，并结合现场实际情况使钻机准确就位。钻机设备和固控设备安装完成后，对设备进行调试、检查、测试，以确保设备安全运行。

控向设备仪器安装完成后，对其进行调试，确保导向孔的深度。预置入土端泥浆储运坑（2m×4m×2m）及出土端泥浆储运坑（2m×3m×2m）。多余泥浆由吸污车集中清运。

（2）钻导向孔

为保证预扩孔及回拖工作顺利进行，该公司采用沟神 7020 型导向钻机，钻导向孔时要求造斜段应严格按设计曲线钻进。 经过对轴线及钻机就位情况进行校准，再做了充分准备和检查无误后开始导向钻进施工。

（3）预扩孔及磨孔

①预扩孔采用沟神 7020 型向钻机进行预扩孔，边扩孔边打入泥浆，视旋压力及回拉压力逐渐加大扩孔级别。预扩孔采用导向钻机。

②扩孔次数需视钻机回转压力及回拖压力而定。扩孔级别如下：使用φ380 mm 螺旋扩孔钻头扩一遍；使用φ480 mm 螺旋扩孔钻头扩一遍。扩孔前，要做好泥浆循环系统的准备工作，沟神 7020 型导向钻机配套的专用泥浆搅拌系统工作性能，小时的正常工作流量为 15 m3，则泥浆泵每工作日的正常循环流量为 120 m3。 在入土点、 出土点旁各开挖一个泥浆坑，并配合有清运泥浆的专用设备。 保证施工现场的清洁，做到文明施工。

（4）拖管

包括：①拖管采用专门的回拖器，同时采用边打泥浆边旋转回拖的方法。从而保证成品管不被破坏。②旋转分动器采用特制的结构。③扶正器与工作管的连接要牢固，并要求工作管与拉管器的连接要牢固、安全、密封。④采用低密度高粘度的泥浆，并加入适合地质结构的泥浆处理剂和管孔剂等以减少回拖时的阻力，减小钻机工作负载。⑤在 φ315x28PE 管回拖前，验证扩孔后孔内是否有充足泥浆，以便回拖中起到护壁作用。⑥经确认煤气管焊接将气管拖人端与回拖器连接牢固，检查所有回拖系统（含设备、工艺保障措施）是否处于最佳状态。⑦回拖前，在待回拖煤气管下，每隔 10 m 摆放1个托辊，并用吊车配合，防止在回拖中擦伤煤气管外壁。⑧回拖启动后，要做到平稳、匀速（回拖中不能停留），速度控制在 0.08 m/s。 操作手，应时刻观察回拖压力变化，及时上报，以便采取必要措施，使管道顺利回拖成功。⑨拖管时，大部分泥浆循环使用， 需挖两个坑暂存，一个为泥浆倒坑，另一个为净化好的泥浆坑。

5 结束语

非开挖定向钻技术广泛应用于各种管道穿越河流、公路、铁路等障碍物，为管道铺设带来了极大的方便。应用过程中，要不断摸索总结经验，并与同行交流。只有这样，才能更好发挥该技术的优势。实践表明，该技术本工程中的应用非常成功，经试压确认，各方面技术参数都达到设计要求。

参考文献：

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[2]刘延智.钢制燃气管道非开挖穿越河流工程实例[J].煤气与热力，2006，26（8）：4-6.

[3]《给水排水工程管道结构设计规范》﹙GB50332- 2002）