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浅谈水平定向钻技术在市政管线施工中的应用

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摘要：水平定向钻施工是非开挖施工技术中的一种，该方法利用导向钻机安装管道，大大提高了施工速度，并对周围管道和环境减少了破坏性。拖管技术主要应用于城市天然气、电力、通信等管道铺设施工，城市雨污水管道的施工应用不是太常见。电力管道铺设采用水平定向钻拖管施工技术在我项目被使用尚属首次，对后续该技术的应用积累了一定的经验，还请各位前辈和同仁指教。

关键词：水平定向钻技术应用

1、工程概况

2013年太原市北中环街建设工程是太原市年度重点工程，要求工期短，质量高，这又将城市快速施工的硬指标提上新的高度。其中电力管线施工主要难点在于以下三种状况跨越城市主干道、跨越河道、跨越重大建筑结构物。为了不阻碍城市道路交通，不影响河道自然生态，不破坏已完成的结构物，经与业主等单位协商，通过专家论证，针对存在上述3点情况的施工范围采用水平定向钻施工技术。其中跨越西渠路地下通道段落内管道埋设深度最大处达18.0m，铺设MPP塑料管道最大直径达296mm，管道壁厚23mm，突破了太原市MPP塑料拖管以往施工的最大管径。

2、施工准备

2.1工程现场勘察及公用设施调查

定向钻拖管施工前应进行施工现场勘查及公用设施调查，应沿铺设管道路径周围一定范围内通过地质勘查取得详细的岩土底层资料，了解土层分布情况，土质类型。同时公用设施调查范围应不小于锁铺设管道中心线两侧5m，严格查明公用设施的性质、类型和空间位置，尤其是鲜为人知的废弃的公用设施。了解的更多有助于我们更好地设计拖管路径的最佳路线，从施工上来说，我们可以减少不必要的麻烦，快速完成施工任务；从造价上来说，我们要以最优化的方案来控制成本，提高盈利的空间。

2.2定向钻孔轨迹设计

定向钻孔轨迹线段由入土段直线段、入土段曲线段、水平直线段、出土段直线段组成，各控向点位置应按下列公式计算：

a2=R×sinθ入（1）

b2=R×（1-cosθ入）（2）

b1=h1-b2（3）

a1=b1/tanθ入（4）

c1=R×sinθ出（5）

d2=R×(1-cosθ出)（6）

d1=h2-d2（7）

c2=d1/tanθ出（8）

L1=L-a1-a2-c1-c2（9）

穿越施工时入土角、出土角的大小，根据地质、地形条件和穿越管道的性质、管径来确定。入土角宜为8°-10°，出土角宜为4°—12°。必要时，可适当调整入土角、出土角的大小（见图1）。

图1管道穿越示意图

2.3风险规避及故障处理

（1）如遇到循环泥浆漏失和地下障碍物两种情况，最好的处理办法就是通过调整位置、钻进轨迹来避开它们；

（2）要减轻定位和转向不准的问题，必须更换与土质相匹配的正确钻头；采用抗干扰能力更强的发射器或者更改发射器的频率；

（3）为了减轻钻孔坍塌带来的危害，应从坍塌区域缩回，恢复泥浆循环，然后慢慢的继续钻进。为减少管线破裂的几率，设计标准应保守一些，并应遵循材料供应商的建议；

（4）一定要采取正确的焊接和熔接程序，而且在入地前进行检测；

（5）在拖入管道之前，应对钻孔进行必要次数的扩孔；为了减少钻杆或钻具故障，应使用高质量的钻杆，并且钻杆尺寸要和钻机能力相匹配；切勿超过钻杆的容许弯曲半径；拖管前进行多次循环回扩以降低扭矩负荷；尽量降低钻杆中转向接头数量；如进孔速度突然降低，应从钻孔中抽出钻杆并对钻头或者回扩头进行检查，以免零件调入钻孔。

3、定向钻进施工

水平定向钻进施工流程如图2所示。

图2水平定向钻进拖管法施工流程图

图3水平定向钻铺设管线施工工艺流程

图5管线场地

3.1管道轴线测量

按设计图纸并结合现场实际情况测量定位，水准点引点并放出管道中心线，确定入土点和出土点位置，根据穿越入土点、出土点及管道中心线，确定钻机安装场地、管线侧施工场地、泥浆池以及穿越管段加工场地的边界线。沿穿越管道中心线地表设置探测控制点，出土点及入土点直线段和弯曲段探测控制点间距为1.5m-2.5m,底部直线段探测点控制点间距可按一根钻杆长度设置。

3.2钻机定位及挖出入土坑

钻机安装在管道中心线延伸的起始位置，按轨迹设计规定的入土角度调整机架，施工前用雷达探测仪复查或采用测量计算的方法复核。钻机安装后，起钻前用锚杆锚固，以满足钻机回拉力支撑要求。在入土点位置挖一个长×宽×深=5m×3m×2m的工作坑（工作坑的大小应根据所拖管或管束的直径而定），出土位置开挖成发射沟坡槽，深度约3m，长度10m。

3.3钻导向孔

钻机开动后，先进行发动机试运转，时间不少于20min，确定各部分设备运转正常后方可钻进。首根钻杆入土钻进时，应采用轻压慢转的方法，稳定入土点位置，符合设计入土角度后方可正常钻进。导向孔钻进时在相应探测控制点处采集控向数据，在“定向钻控向记录表”上填写数据，及时调整，使穿越曲线符合设计要求。

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