摘要：近年来，随着我国国民经济的快速发展，政府不断加大对市政基础设施建设的投入，市政工程管网建设得到了前所未有的重视。文章参照相关技术规范，对定向钻进施工方法进行了详细介绍，供相关人员参考。

关键词：定向钻进；轨迹；导向孔施工；管道回拖施工；市政基础设施建设

中图分类号：TU990　文献标识码：A　文章编号：1009-2374-(2011)12-0042-03

传统的开槽支护埋设管道的施工方法在受到老管线埋深、交通影响及场地限制等因素的制约时，造价很高。本公司近年来采用定向钻进施工技术，彻底解决了由于开槽支护埋管施工所造成的各项弊端，取得了较好的社会和经济效益。

一、施工适用范围

本工法适用于管径为DN600mm及以下的自来水等压力管道、排水管道及电力管道的施工，对于穿越公路、铁路、建筑物、河流、湖泊、古迹保护区、闹市区、农作物及植被保护区管道施工，经济效益尤其显著。

二、施工工艺流程及操作要点

第一，施工工艺流程。

第二，操作要点。

1、牵引井、控制井。根据不同土质，定向钻进技术施工长度为15～1800米，管径25～600mm。两端设置牵引井，中间设控制井，井距不宜大于100m。牵引井可采用砖砌，为保证管道高程和轴线符合设计要求，中间控制井先实施，结构形式一般采用钢筋混凝土，井尺寸根据工艺方法不同而定，管道洞口处理要有密封措施。

2、水平定向钻轨迹设计。导向孔轨迹线设计是在设计管线剖面图基础上，设计出钻孔的最佳曲线。根据设计井位位置，按照设计管道坡度及标高来设计钻进轨迹线。

管道施工的轨迹线设计要满足设计要求，必须考虑入土点、出土点的斜直段、曲线段设计长度，并必须严格控制水平穿越段各点标高，轨迹设计图如下：

为保证水平直线段精度要求，造斜段水平距离L可按上图计算确定。

Ho=H-Do/2

L=2A+[Ho-A(Sinα+Sin2α+…+Sin(nα))]/tg(nα)+A(Cosα+Cos2α+…+Cos(nα))

n取值在3～5范围。

入土角不宜超过10°，出土角按导向钻杆及拖拉管材允许曲率半径较大值确定，一般不宜超过20°。相邻两节钻杆允许转向角根据土质条件，钻杆长度、材料等因素确定，土质越软弱，α角越小，仅角取值1.5°～3.0°。

3、测量放样。牵引井、控制井根椐设计图纸，用全站仪进行放样定位，水准仪进行高程控制；定向钻进时采用雷达探测仪探测轴线和高程，使用前应符合以下要求：全站仪、水准仪、雷达探测仪使用前需具有在有效期内经有资质的检测机构检验合格证书；操作人员必须经过培训并具有掌握仪器原理、性能、适用范围、操作方法的知识和技能。

4、定向钻机安装定位：(1)钻机应安装在管道中心线延伸的起始位置。(2)调整机架方位应符合设计的钻孔轴线。(3)按钻机倾角指示装置调整机架，应符合轨迹设计规定的入土角，施工前应用雷达探测仪复查或采用测量计算的方法复核。(4)钻机安装后，起钻前应用锚杆锚固，满足钻机回拉力支撑要求。土层坚硬和含水率低时，宜用直锚杆；土层较软时，宜采用螺旋锚杆。图4为钻机就位图。

5、试钻、钻进：(1)钻机开动后，必须先进行试运转，时间不少于15分钟，确定各部分运转正常后方可钻进；(2)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，符合设计入土倾角后方可开始钻进；(3)导向孔钻进时，造斜段探测控制点设置间距为一根钻杆的直线段，现场应记录，并应绘制出钻孔轨迹剖面图；(4)造斜段曲线钻进时，应按地层条件及时调定推进力，防止钻杆发生过度弯曲。图5为钻进施工图。

6、导向孔施工：(1)导向孔施工是成孔的关键，根据已设计的轨迹线入土、出土位置固定钻机，调整导向钻头的入射角度，使其与轨迹设计角度一致；(2)钻孔过程中以仪器控制与地面辅助控制穿越轴线，钻孔基本与设计轨迹一致，导向孔钻进过程中，密切注意井眼的返浆情况，并做好记录以便准确判断钻进过程中的地质情况，为预扩孔提供可靠记录；(3)导向孔施工中，除曲线偏移不能超越规定要求外，每根钻杆间角度变化也要得到严格控制，确保导向孔高质量完成。

7、成孔与泥浆护壁。(1)导向施工结束后，根据土质与所铺设管道口径设计需要成孔的直径，正常情况下扩孔的直径与所铺管直径相差10cm(管外壁预留5cm)，确定采用多级扩孔的级数，并视土层情况选择不同类型的钻头与泥浆配方。(2)一般情况下土层粘质成分较多，可直接用清水和刮刀钻头扩孔进行自然选浆，如果土层砂质成分含量高，必须选择优质泥浆，用优质膨润土特殊配方处理，使泥浆达到一定粘度，较低的失水量，同时能抑制地质土体分化，保持孔壁稳定，扩孔直径符合铺管要求时，扩孔即告完成。图6为成孔施工图。

8、铺管材料的选择。由于其特殊工艺和回拖力要求对管材质量要求极高。根据铺设管径设计的环刚度、拉伸度等技术指标决定其壁厚要求；一般对于不同口径的管道生产控制均为国家标准。

定向钻进施工技术一般选用高密度聚乙烯(HDPE)平壁管或钢管。高密度聚乙烯(HDPE)实壁管具有优异的化学稳定性、耐老化及耐环境应力开裂的性能，适用温度范围广、承压能力强、连接强度好(热熔对接承插)、柔韧性好，并有一定的挠曲度，使用寿命长；钢管多采用一定厚度的钢板先卷成圆筒，然后再焊接成型，最后再作圆。也可采用成品的有缝或无缝钢管。选择管材壁厚与其铺设深度和回拉长度有关。

9、拖管。当钻孔成孔结束后方可进行回拖管施工。回拖前必须进行管材复检，包括管材焊接是否符合要求、管头固定结实、分动器连接完好，检验完毕后，方能铺设。回拖时，技术人员应仔细观察机器仪表的变化，主要观察扭矩和回拖力变化(一般情况下，扭矩5～8MPa之间)，回拖力不能太大，以防损伤管材，并控制好速度，注意两边工作坑回浆情况，确保拖管成功。

(1)管道总回拖阻力计算。

P_t=P₁+P_F　PF=πD_k²R_a/4　P₁=πD₀Lf₁

式中P_t——总回拖阻力(kN)；

P₁——扩孔钻头迎面阻力(kN)；

P_F——管外壁周围摩擦阻力(kN)；

D_k——扩孔钻头外径(m)，一般取1.2～1.5倍D₀一管节外径(m)；

R_a——迎面土挤压力(kN/m²)：一般情况下，黏性可取500～600kN/m²，砂性土可取800～1000kN/m²；

L——回拖管段总长度(m)；

f₁——管节外壁单位面积的平均摩擦阻力(kN/m²)。黏性土f₁可取3.0～4.0kN/m²；粉土可取4.0～7.0kN/m²；粉、细纱土可取7.0～10.0kN/m²；中、粗砂土可取10.0～13.0 kN/m²

(2)HDPE实壁管管材连接要严格按电热熔施工要求施焊，回拖前应检查电热熔焊接质量及管材外围钢筋加固质量，待自然冷却后，检查合格后方能进行拖管，将连接好的管材沿接收坑坡道

安放好，依次连接接头、分动器、钻杆。图8为管材对接热焊图。

(3)在回拖管道过程中，密切注意孔内情况、钻机操作手应密切注意钻机回拖力、扭矩的变化。回拖应平稳、顺利，严禁蛮拖，管材要一次性拖入已成形的孔洞内，中途尽量避免停顿，减少回拖的阻力。

(4)在回拖作业时，为减少回拖阻力，可增加高润滑泥浆，使高润滑泥浆像薄膜一样附着于管道表面。图9为管道回拖施工图。

10、现场泥浆处理，施工过程中，出入土点泥浆用泥浆泵抽到泥浆沉淀池内，经沉淀后采用密封泥浆槽罐车排放至环保部门指定位置，施工完毕，将废浆清理干净，并尽可能的恢复施工前原貌，工作坑采用原土回填。图10为泥浆处理图。

三、结语

管道定向顶进施工在管道穿越公路、铁路、建筑物、河流、湖泊、古迹保护区、闹市区、农作物及植被保护区施工时可以带来显著的社会效益、经济效益。

(一)社会效益分析

1、施工不影响交通、不破坏周围环境，对城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低，是真正的无污染施工技术。

2、可在各种复杂条件下如江河底、楼房地基下、铁路下施工，而对江河、楼房、铁路不产生影响。

3、利用本施工方法，既能充分利用了地下空间的地理资源，又节约了地面上的空间面积，同时整洁、优化、美化了地面上的建筑环境，有利于城市建设的规划和环境的美化。

4、施工过程中不会产生噪音、粉尘等对环境的污染，有利于城市环境的保护和稳定。

(二)经济效益分析

1、施工周期短，综合造价低，是一种高效率的施工技术。

2、采用地下非开挖技术能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度，有很大经济效益。

3、高密度聚乙烯(HDPE)平壁管相对传统的混凝土管等管材成本低廉，同时相对于传统的混凝土管等管材生产工艺产生的污染小。