摘要：随着高铁建设速度的加快，对配套的给排水设备设施的要求也越来越高，为更好地满足高铁正常运行的需要，加快铁路给排水建设的速度和质量，迫切需要采用新技术，新工艺。近年来，水平定向钻中长距离顶管技术在给排水施工中应用较为广泛，但是这种技术要求施工人员前期对周边地质环境、地下设备设施要进行彻底了解、详细的规划，特别是在围绕高铁服务的给排水设备设施施工中，因铁路周边环境相当复杂，施工中更应提前做好各项会签确认手续，才能避免对其他设备设施的破坏，加快施工进度和质量，同时方便日后的维护保养。
关键词：中长距离水平定向钻穿越；技术研究
水平定向钻进技术又称HDD技术（Horizontal Directional Drilling），是近年发展起来的一项高新技术，是石油钻探技术的延伸。主要用于穿越道路、河流、建筑物等障碍物，它与传统大开挖埋管施工方式相比，具有施工速度快、精度高、成本低等优点。
一、中长距离水平定向钻施工的意义
概念意义：水平定向钻施工是拉管而非顶管；
中长距离水平定向钻施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地、数植，不会影响公共设施和居民的正常生活和工作秩序，尤其是铁路站场内穿跨越线路、穿跨越场区等，解决了传统开挖施工对铁路运输的干扰，对铁路交通、环境、周边建筑物基础的破坏和不良影响。现代化的穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，长距离水平定向钻施工现已广泛应用，管线弧形敷设距离长完全可以满足设计要求及埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。
二、施工工艺简介
水平定向钻机由钻机系统、动力系统、导向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成。长距离水平定向钻机进行管道穿越施工，首先按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔，然后将导向孔进行来回扩孔，扩孔完成后将待铺管材沿着扩大了的导向孔进行拖拉，最终完成管线穿越工作。水平定向钻穿越施工需要两个分离的工作场地：钻机设备场地（钻进入土点工作区）和管线预制场地（钻孔出土点工作区）。具体工艺见下图：
三、长距离水平定向钻施工的优、缺点及适用范围
（一）长距离水平定向钻施工的优点
1．采用定向钻穿越施工时，地上功能能够正常使用。例如穿越公路、铁路时，可不阻断交通；穿越河流时，可保证河流畅通，不阻断通航、排洪。
2．由于采用了非开挖施工，减少了大量工程土的开挖、运输和堆放，有利于铁路站区环境保护。同时，也相应的减少了基础埋设、地面恢复等的费用。
3．施工周期短、作业安全迅速、综合成本低。在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场地，可用定向钻从其下方穿越不破坏地上设施。
（二）中长距离水平定向钻施工的缺点
1．由于中长距离水平定向钻施工目前尚无统一的技术标准和施工验收规范，造成对工程设计、施工质量的把控没有官方依据。一旦发生质量事故，对责任方的认定也造成一定难度。
2．由于采用定向扩孔拖拉，施工结束时，管材与回扩孔之间的空隙处理，不能像开槽敷设施工那样进行回填夯实。因此，对管材沉降要求比较高的工程在实际使用中存在着一定的风险。
3.由于中长距离顶管施工前期对施工范围内地下设备设施在确认不明的情况下进行施工将会受到阻力，如拖拽管径较大的管道还可能出现钻杆、扩头的断裂（如下图）。
4. 地质情况直接影响施工的成败，水平定向钻施工过程中常见的问题是成孔难、控向难、而且容易出现孔壁塌方、卡钻、钻杆断裂甚至回拖管段和钻具滞留在孔内等状况。
（三）中长距离水平定向钻施工的适用范围
长距离水平定向钻适用于铁路线下、高铁桥下、铁路场区、铁路周边河流及其它不宜在大开挖施工地段的管道穿越工程。可敷设天然气、热力、自来水、雨污水、电力、电信、有线电视、网络等各类地下管线，管材主要可分为钢管、PE管、铝塑管、铜塑管、电缆、光缆等。
四、中长距离水平定向钻施工技术在铁路给排水工程中的应用
动车所给排水管路大修工程是哈尔滨铁路局批复实施的一项重点给排水大修工程，工程设计路径为动车段综合维修工区院内至新生村处、发展大道夏家物流园内至何家沟一侧中长距离水平定向钻穿越施工。新建给排水管路2800米，其中管线所经过的何家沟、新生村道路、覆土堆积过高处不具备开挖条件，经方案比较决定采用长距离定向钻进回拖方法施工。
本工程设计给排水管道采用给水用地埋聚乙烯PE100型管材，设计管道直径为dn315mm，采用热熔对接。
施工前期收集现场相关资料，与铁路通信、电力、电务、工务、哈西站、哈西站派出所、铁路公安处、新胜村、中石油、地方电信、电力、给排水、热力、天然气等相关部门核对地下管道，并用探测器确定钻进施工路线位置的其他管道种类、结构、位置走向及埋深，对所敷设管道位置地形进行测量；
按照图纸查找既有管路并进行防护，确定移设路径后进行水平定向钻施工，在动车所综合维修工区至新生村间长度1100米（施工范围内有所有哈西站检修各专业单位通行的道路、石油管道、电缆、房屋等）穿越施工时遇见两次障碍，经过应急处理后顺利穿越，经验所得所有中长距离水平定向钻施工前期对地下设备设施及土质情况一定要有详细的报告依据方可开工而且所用扩头一定要做加厚处理及扩头外的合金钢要做特殊处理方可进行中长距离水平定向钻施工。
穿越后进行与既有管路连接，分别设置阀门控制，连接时有砌筑阀门井处管路下方必须打垫层并做好支墩，防止管路下沉导致断裂，连接后进行管路冲洗消毒试验及水压试验。
动车所给排水管路大修中长距离水平定向钻穿越新胜村道路
五、铁路给排水施工中水平定向钻施工技术分析
在以往中长距离水平定向钻穿越导向孔施工中，控向线往往因长时间摩擦钻杆内壁而磨损，导致控向系统失去信号，不得不把钻杆全部拔出，重新接线，费时又费力。在动车所给排水管路大修工程中本人指导施工人员在导向孔施工时每隔10根钻杆左右在钻杆内部安装一个扶正器，使控向线在钻杆内固定住，避免摩擦钻杆内壁，保障控向系统安全运行。控向线扶正器的固定块设计成上面圆锥体，下面圆柱体的形状，有效减少了控向线磨损、拧劲儿、堆积等现象。
穿越地层为回填土及破碎混凝土时，不易于成孔、修孔，一旦导向孔曲线出现超出规范的偏差，将导致整个工程的失败。控向人员在判断倾角和方位角变化时要有预见性，当钻头和泥浆马达刚刚进入破碎的混凝土块后，试探性的把钻头工具面调到各个角度进行推进，观察钻头倾角变化多少，钻头工具面每钻进1M方位角变化了多少，总结出的数据对在整个回填层中的控向工作起到至关重要的参考作用。
长距离水平定向钻施工在遇见钻头推进速度变得缓慢时，应提高钻机推力，增加泥浆排量，推进速度仍不见起色时，应立即停止施工，避免钻头或扩头断裂。
六、中长距离水平定向钻施工技术在铁路未来给排水工程中的前景
中长距离水平定向钻施工技术是一项适用面广、实用性强、技术先进的施工技术，具有很好的实用性能，在给排水施工过程中将会应用的越来越广泛。随着高铁建设速度的加快，对配套的给排水设备设施的要求也越来越高，为更好地满足高铁正常运行的需要，加快铁路给排水建设的速度和质量，未来，中长距离水平定向施工技术在铁路给排水施工中将普遍被采用。这有利于最大限度的提高给排水工程的施工质量和效率，为日后的给水、排水设备设施的使用维修保养打下良好的基础。要想进一步提高长距离水平定向钻施工技术在给排水工程施工过程中的应用范围，充分发挥长距离水平定向钻施工技术的作用，还需要专业人士对这项技术进行更深层次的研究，加强对中长距离水平定向钻施工技术在给排水工程中应用的研究力度，从而促进施工质量和进度。
参考文献：
[1]汪东,王丽.市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析.黑龙江科技信息,2015.
[2]徐花.浅谈市政给排水施工中的长距离顶管施工技术的应用.江西建材，2014.
[3]李雨玲.探讨市政给排水施工中长距离顶管施工技术.城市地理，2015
论文作者:邱海滨
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/12
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