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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。
3.4多级扩孔
钻头在出土点伸出地面后，把钻头卸下，在钻杆上装上回扩头，然后对钻杆加压以确保泥浆喷射通道无阻塞再转动回扩头并在导向孔中回拖以扩大孔径，扩孔需要重复的次数取决于需铺管道口径与导向孔口径之间的差别、地质条件、穿越长度和钻机能力等因素，扩次数一般为0次-3次。
3.5回拖管道
扩孔完成后，将管材一次连接成需要的长度后即可进行回拖。回拖时将管材两端封闭（一般采用木塞封堵），一端在管线上固定一个拖拉头，回扩头与拖拉头之间装有一个分动器以免管线扭转。进入钻孔前必须将管线定位和支撑好，可采用托管器支撑管线，也可采用发送沟方式发送。回拖应该一次完成，中间不能中断，这样可以避免管线在扩孔中卡住。回拖后，管材需要一定时间恢复回拖时产生的轴向应变，通常需等待24小时恢复后再切断管道。
3.6注浆填筑
将管道外壁空隙注浆填充密实，以控制土体沉降。
图6 定向钻穿越施工过程图
4、工程质量验收
表1 允许偏差
外观质量全数检查；热熔焊缝焊接力学性能试验每200个接头不少于1组。管道应进行闭水试验，管道水力学坡度应符合设计要求。管道平面位置、管内底标高允许偏差符合表1规定。
5、经济性分析
结合项目实际施工情况，跨和平路交叉口电力管线长度约50m，综合比较以下两种施工方法：
5.1明挖沟槽施工
普通16孔明挖电力管线施工成本2877元/m（包含机械设备进出场费、材料费、施工费、管理费、利润及税金等全部费用），封路2处费用约210000元（封路约15天，产生交管设施安拆及运输费用、交警协调费用等）。施工10天，完成50m，综合单价约为7077元/m。
表2 明挖沟槽施工成本分析表
5.2水平定向钻施工
水平定向钻16孔电力拖管施工成本7200元/m（包含机械设备进出场费、材料费、施工费、管理费、利润及税金等全部费用，单孔约450元/m）。
5.3经济性分析
结合市政工程的施工特点：（1）交通状况复杂，容易发生交通事故；（2）与市民纠纷较多，极容易干扰或阻碍施工；（3）涉及的政府单位较多，审批各类手续复杂；（4）各类专业管线交叉施工，一旦滞后，将严重影响工程进度；综合考虑上述特点，并综合考虑施工成本，封路明挖施工比较水平定向钻拖管施工虽然在施工费用方面节约了一部分成本，但各类手续审批、各部门协调的时间较长，严重影响项目总体工期，严重影响交通安全，给市民出行带来不变。综合以上因素，最终决定考虑使用水平定向钻拖管施工。
作为国企施工单位，良好的社会效益和广大人民群众的口碑仍然非常重要。在不损害企业经济效益的情况下，通过改变施工方式、方法来赢得业主的好评同样至关重要。
6、小结
实践证明，采用拖管施工技术在很大程度上满足了城市快速化施工的要求，这种技术尽可能地减少施工场地，尽可能地压缩施工工期，尽可能地不干扰城市正常生活，这在今后的城市施工生产中有较好的推广价值和应用意义。
拖管施工技术在不得不跨越的管道施工应用中，提供了一种非常确实可行的解决方法，是应用现代科学技术进行城市管道和地下交通工程建设的必由之路，其经济社会效益十分显著。
参考文献
（1）李 冉、《非开挖定向钻牵引技术在市政工程中的应用》、青岛理工大学学报、2010；
（2）韩旭辉、《浅谈管道施工拖管技术的应用》、太原理工大学、山西太原030024；
（3）《水平定向钻进管线铺设工程技术规范》中国非开挖技术协会、2011。
作者简介：
贾永春，男，198806，大学本科，工程师
向 乐，男，198509，大学本科，工程师
论文作者:贾永春,向乐
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/14
标签：管道论文; 钻杆论文; 管线论文; 钻机论文; 水平论文; 钻孔论文; 线段论文; 《基层建设》2019年第5期论文;