摘要：随着城市化进程的不断加快，近年来我国各地城镇的道路网络日益复杂化，城镇燃气管道施工因此面临着多方面挑战。基于此，本文简单介绍了导向钻进技术在城镇燃气管道施工中的应用，并结合实例深入探讨了导向钻进技术的应用要点，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
关键词：导向钻进技术；燃气管道；PE管
前言：受城镇道路、建筑物等因素影响，当前城镇燃气管道施工大多无法采用直接开挖的方式，这使得基于道路走向的非开挖地下管道铺设方案成为了行业主流，而为了保证方案的高质量落实，导向钻进技术的应用必须得到重点关注。
1.导向钻进技术
作为最为业界常用的非开挖铺设地下管道施工技术，导向钻进技术可较好满足粘土、砂土等各种土层的城镇燃气管道施工需要。但在导向钻进技术的应用中，土层条件和地形地貌会直接影响燃气管道的铺设直径，但直径一般处于DN40mm~DN4000mm区间。在具体的施工过程中，导向钻进技术采用的施工材料主要为无缝钢管、法兰焊接管，法兰与螺母连接的铁管较为适用于压力较低的燃气管道，燃气管道的连接直径一般控制在DN15mm~DN1500mm区间。在应用导向钻进技术的城镇燃气管道施工中，导向钻进、扩孔、HDPE实壁拉管属于主要施工内容，施工过程需针对性选择钻机、随钻测量仪、管线与导向探测仪器等设备。在具体的城镇燃气管道施工中，导向钻进技术的应用面临着多方面挑战，主要包括外部环境复杂、地下管线及构筑物密集、地层及地址情况不详、连续施工难以实现、技术要求严格等，这类挑战能否得到较好应对直接影响管道施工的整体质量[1]。
2.实例分析
2.1工程概况
为提升研究的实践价值，本文选择了某地区S燃气管道工程作为研究对象，该工程属于当地燃气管道工程的咽喉部位，需穿越城市内河，穿越的管道为PE燃气管道（SDR11、
355mm），管道水平长度为189m，穿越内河的河面宽度为81m。S燃气管道工程的施工现场属于城市主干道，这使得施工场地较为狭小、人行道宽度仅为4m，且现场敷设有有线电视、雨水、排水、供电、电信等管道。
2.2施工设备
工程采用了GBS-25型号的非开挖导向孔钻机，回转速度、动力头扭矩、最大输出拉力分别为0r~80r/min、15kN/m、250kN。为满足施工需要，施工单位还选用了KLS2000型号的泥浆搅拌机、650mm的撸孔钻头、TRAKⅢ型导航仪、BW-2500/50型号的高压泥浆泵，导向钻头、钻杆分别选择了斜拉式高压喷射钻头与高弹性摩擦钻杆，规格分别为155mm、73mm×3000mm，施工用挤压式扩孔器的规格分别为
110mm、
210mm、
310mm、
410mm、
610m。
2.3导向孔设计
图1为燃气管道导向钻进工程导向孔轨迹剖面示意图，图中的单位为m，结合工程地质勘探资料可以发现，穿越内河处的河道下方存在少量流沙层，因此施工过程需设法减小河床段导向孔的坡度，由此开展的设计如下所示：（1）基本设计。计划穿越河道的河底存在厚度为0.5~1.0m的淤泥层，且2年前的城市美化改造使得该内河的河床东移了43.6m，这就使得河道的西侧存在较深的淤泥层。以图1中M桥作为基准面（±0.000），由此可确定河西侧属于导向钻进工程施工的最低点，同时需保证标高控制在-17.000~-18.000区间。（2）降低施工阻力。考虑到河床地层属于淤泥质粘沙层，燃气管道导向钻进工程施工可能因此受到一定影响，因此采用较大的弯曲半径和较小的入射角度进行钻孔施工，其入射角度需控制在0~+5°范围内，钻孔孔壁承受能力较弱的问题可由此解决，导向孔施工的顺利开展、回扩孔铺管阻力的减小均可由此获得有力支持。（3）接近直线设计。由于穿越施工现场属于当地的主要景观道路，为速断施工作业时间，采用接近直线的河床段导向孔设计，因此进入河水面以前，需保证导向钻头处于最低埋深状态，且能够保持接近水平状态，由河西侧直线向河东侧延伸，水面下的施工距离和时间可由此实现大幅减少。（4）参数设计。结合《城镇燃气设计规范》及工程实际，可确定导向孔设计水平长度、入口段长度、河床缓坡段长度、出口段长度分别为189m、45m、81m、63m，最低点相对标高为-17.600m，位于河道西侧[2]。
图 1 燃气管道导向钻进工程导向孔轨迹剖面示意图
2.4导向孔施工
导向孔施工直接关系着管道敷设质量，拉管的难易程度、工程的成败也会受到直接影响，因此工程针对性选择了斜掌面大的钻头用于定向控制，并适当加大了喷嘴口径，泥浆的射流压力、流量均得到了较好保障，配合优质泥浆，施工的高质量开展获得了有力支持，具体施工路径如下：（1）入口段施工。采用-18°入射角进行标高-1.200mm的点A施工，在水平方向前进9m后，钻头上翘角需逐步缓慢增加，且与设计轨迹保持一致。在到达45m水平距离的B点后，相对标高为-17.600m，此时导向转头的入射角为0°、处于水平状态，入口段导向孔由此通过较为圆滑的曲线完成施工。（2）缓坡段施工。为应对淤泥质粘沙层对施工造成的影响，施工过程重点控制了泥浆射流的大流量和高压力，为保证较小的入射角度状态下砖头能够快速前进，钻头的顶进压力输出需建立在60r~70r/min转速的钻杆支持下。为快速跟踪读出数据，在水面木船上设置导航仪，以此保证钻进处于水平状态，入射角主要控制为3°（0~4°区间）。在到达126m的水平距离C点后，相对标高为-13.100m，偏差为0.23m，满足设计预期要求。（3）出口段施工。开始施工5m后遇到了坚硬的岩石层阻拦，调查后发现为废弃防空洞顶部，为避免防空洞，施工单位将钻头退回至C点，并基于13~15°入射角度进行施工，在绕开岩石层后需调整入射角度，调整后入射角度为8~10°。采用缓慢顶进的施工方法，为满足钻头施工需要，适当提高泥浆射流的流量与压力。在到达189m水平距离的出口工作坑时，相对标高为-1.300m。出口点D入射角度为9.4°。
2.5扩孔、撸孔
完成导向孔施工后，即可进行扩孔施工，施工分四级展开，即
210mm、
310mm、
410mm、
610m，为保证钻孔孔径均匀和孔壁稳定，扩孔施工过程需通过泥浆的不断补充保持泥浆的压力，由此即可满足回拉铺管的施工需要。工程使用了
610m的撸孔钻头，这是为了避免部分土压向孔壁导致穿入管道空间不足的问题出现，回拉铺管的拉力也能够由此得到较好控制[3]。
2.6回拉铺管
作为城镇燃气管道施工中导向钻进技术应用的最后一道工序，整个工程很容易因此该环节的施工不当而报废，因此施工前必须开展严格的焊口抗拉强度、燃气管道抗拉强度试验，并保证试验结果大于理论值的2倍。在燃气管道回拉铺管施工过程中，为带上撸孔钻头，以此保证铺管前方钻孔畅通，在边回拉边回转钻头的支持下，摩擦阻力也能够得到较好控制。为保证回拉铺管施工的安全顺利开展，需通过适当的拉力保持控制拉管速度，同时需保证钻机输出拉力不超过最大理论值的2/3。
3.施工技术要点
3.1泥浆作用发挥
在应用导向钻进技术的城镇燃气管道施工过程中，需基于钻杆中心孔通过泥浆泵向导向孔内注入泥浆，泥浆一般由水和膨润土混合组成，其主要发挥稳定孔壁、调整钻进方向、辅助破碎地层、润滑钻头、软化地层、冷却、润滑管道、填充空隙等作用，并能够有效防止地面塌陷，因此施工过程中泥浆的合理配比、有效应用必须得到重视。
3.2塌孔的针对性处理
工程在内河西侧扩孔阶段施工中出现塌孔，塌孔部位原为河床最低点，较差的土质使得成孔难度较大，因此施工单位采用了重新扩孔、加大泥浆用量和压力的施工方式，通过始终保持较高泥浆压力并无缝衔接拖管施工，塌孔对工程施工造成的影响得以降到最低。
3.3燃气管道保护
为避免燃气管道表面划伤超过允许范围，回拖管道环节施工需采用针对性较高的应对措施，但考虑到业界常用的外加套管方式存在施工难度较高、延长工期、增加施工造成等不足，因此施工单位采用了管道外径1.5倍以上直径的导向孔，且保证了回拖管道环节施工的泥浆充满，由此保证了管道划伤小于壁厚的10%；考虑到工程所在地未来可能出现其他管线施工或大规模道路景观改造，因此需保证后续施工能够准确判断燃气管道实际位置，因此工程采用了每2m在竣工图上标注燃气管道埋深和水平定位尺寸的方式，配合详细的原始数据标示、4根8mm2铜示踪线的敷设，即可满足后续施工的管道位置精确定位需要。
结论：综上所述，导向钻进技术可较好服务于城镇燃气管道施工，在此基础上，本文涉及的导向孔设计与施工、塌孔的针对性处理等内容，则提供了可行性较高的导向钻进技术应用路径，而为了更好发挥技术优势，针对性的施工人员培训、突发事故应急处理预案的设计同样需要得到重视。
参考文献：
[1]龚欢，陈一乔，何嘉伟.微型桩侧向约束导向钻进施工技术研究[J].广东土木与建筑，2017，24（03）：43-45.
[2]周保安.供水管道施工中水平导向钻进技术的应用[J].福建建设科技，2014（06）：72-73.
[3]符海安.导向钻进技术在排污管道敷设中的应用研究[D].西安建筑科技大学，2013.
论文作者:郭长江
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：导向论文; 管道论文; 燃气论文; 泥浆论文; 钻头论文; 城镇论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第12期论文;