非开挖铺设地下管线技术

序言

非开挖铺设地下管线十技术，国外称为TT技术，即Trenchless Technology,又称HDD,即Horizontal Directional Drilling,水平定向钻探。是近些年来发展起来的一项新技术，是钻探工程技术的一项重要延伸。在我国大规模进行交通、铁道、电力、地铁、水利以及城市规划和建设中，都是一项十分重要的，方兴未艾的非常有应用前景的，而且社会经济效益极为良好的技术。实践证明，在大多数情况下，尤其是在繁华市区或管线的埋深较深时，非开挖施工是明施工的很好的替代方法.

而在实际工作中要保证工程的顺利进行，确保成孔的质量，就必须对钻进参数进行控制，即注意泵量、泵压、钻速、泥浆配比等等的选择和调整。

关键词：非开挖管线钻进参数

第一章非开挖地下管线技术概况

第一节非开挖技术的定义

非开挖施工技术（Trenchless Technology或No-Dig）是指再不开挖地表的情况下探测、检查、修复、更换和铺设各种地下公用设施（管道和电缆）的任何一种技术和方法。始于二十世纪七十年代的水平定向钻进管道铺设技术（又称非开挖管道铺设技术），普遍用于穿越河流和水渠、街道、高速公路、铁路、机场跑道、河滩、岛屿、建筑群，来进行石油、天然气、自来水、污水及其他流体铺设和电力与电讯电缆的导管铺设。非开挖导向钻进铺设管线是在传统顶管法和不能定向水平钻进铺管法的基础上引进现代的导向技术而发展起来的铺管技术。它的施工顺序大体为：利用置于地面的铺管机钻机，沿待铺线的设计轨迹先钻成一个先导孔（导向孔），然后将导孔回扩，扩大至适合生产管道铺设的直径（根据经验，最终回扩直径按公式D/=K1D，式中D/为适合生产管道铺设的钻孔直径，D为生产管外经，K1为经验系数，一般为1.2~1.5），然后将待铺设的生产管拉入孔。非开挖铺设管道技术以其独特的优越性，已被人们逐渐接受，特别是在大中城市，商业繁华地区，普遍采用此项技术。

第二节非开挖技术的发展概况

对于大多数人来说，“非开挖”技术是一个十分陌生的词。据市水利工程基础总队总工程师、中国非开挖协会（CSTT）会员丛蔼森先生介绍，非开挖施工技术是指利用各种岩土钻掘的设备和技术手段，在地表不开沟槽的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的施工新技术。与传统的挖槽施工法相

比，非开挖技术具有巨大优点：不影响交通，不破坏周围环境；施工周期短，综合造价低；可在各种复杂条件下如江底、河底、楼房地基下、铁路下施工，并对江河、楼房、铁路不产生影响。

据了解，现代非开挖施工技术是本世纪七十年代末首先在西方发达国家逐渐推广应用的，尤以美国和德国发展最快。1986年，国际非开挖技术协会在伦敦成立，我国于1998年也成立了非开挖技术协会。到目前为止，我国已有许多采用非开挖技术施工的成功先例。穿越黄浦江底的1700米天然气输送工程、左安门－永定门4．7公里的水泥管铺设工程、跨越长江江底的天然气输气遂道工程等都是利用非开挖技术而使工程大放异彩。

日前，我国非开挖技术协会会员有30多家，施工单位有10多个，1998年铺管75公里，还不到全国铺管总长的0．2％，而管道修复技术几乎为零，全部投资不到10亿元人民币。但从发展速度看，1998年比1997年增长了56.3％，令人瞩目。

据有关专家介绍，2000年后我国需新铺自来水管道21．5万公里，排水管道18．5公里，天然气管道10万公里，还有大量电信、光缆、热力管线要铺设。此外，还有大量旧管道需要修复和更换。总之，非开挖技术施工的市场极大，前景令人乐观。

第三节非开挖的类型和应用领域

非开挖施工方法按其用途可分为管线铺设、管线更换和管线修复三大类每种非开挖施工方法的特点及使用围见表1-1

第二章非开挖技术地下管线的原理

第一节定向钻进和导向钻进

定向钻进和导向钻进之间并没有严格的界限。导向钻进技术的基本原理

大致和定向钻进相同，即先钻一个小口径的先导孔，随后边扩边回拉铺设地下管线。由于小类型定向钻进采用的钻孔轨迹量测、控制技术与大众型的不一样，因此，国际上通用的分类方法是将小型定向孔称之为“导向钻进”。“导向钻进”一般是指用于铺设小直径、长度较短的管线；而将大中型定向钻进称之为“定向钻进”。对于重型工程，直径较大（有些直径大于1米）的管线施工则属于“定向钻进”这一畴，如穿越较大的河流、运河和高速公路施工。

定向钻进和导向钻进其优点为：对于地表的干扰较小；施工速度快；可控制铺管方向，施工精度高。定向钻进的不足之处在于对施工场地要求较大，再非粘性土和砾石层中施工比较困难，一般适合于不含大卵砾石的各种地层，包括含水地层。导向钻进不适合于沙层和砾石层，一般适合于软土层；由于探测器的探测深度的限制，导向钻进的深度有限。

第二节导向钻进施工的原理

大多数时候的导向钻进使用一种射流式辅助切削钻头，钻头通常带有一个斜面，因此当钻杆不停的回转实则钻出一个直孔，而当钻头朝某个方向给进而不回转时，钻空发生偏斜。导向钻头带有一个探头或发生器，探头也可以固定在钻头后面当孔不断向前推进时，发生器发出的信号被地表接受器所接收和追踪，因此可以监视方向和其它参数。导向钻进施工示意图如图2-1

图2-1 导向钻进施工示意图

导向钻进的成孔方式有两种：干式和湿式。干式钻具有挤压钻头、探头室和冲击锤组成，靠冲击挤压成孔，不排土。湿蚀钻具由射流钻头和探头室组成，以高压射流切割土层，有时辅以顶驱式动力头以破碎大快卵石和硬土层，这是目前使用最多的成孔方式。两种成孔方式均以斜面钻头来控制钻孔方向。若同时给进和回转钻杆柱，斜面失去方向性，实现保直钻进；若只给进不回转钻杆柱，作用于斜面的反力使钻头改变方向，实现造斜钻进。钻头轨迹的监视，一般由手持式地表探测器和孔底探头来实现，地表探测器接收显示位于钻头后面探头发出的信号（深度、顶角、工具面向角等参数），供操作人员掌握孔情况，以便随时进行调整。

第三节定向钻进成孔的方式

在松软地层中，靠高压水射流来切割成孔。孔底钻具组合有一弯接头和一带喷嘴的钻头构成。钻柱回转时，钻出的孔是直孔。如果钻柱不回转，再