城市定向钻施工后地面沉降测算及出入钻点防沉降处理方法

城市定向钻施工后地面沉降测算及出入钻点防沉降处理方法

发表时间：2010-09-30T14:25:33.280Z 来源：《魅力中国》2010年9月第3期供稿作者：时广旺、张志红、逯兵[导读] 随着我国城镇化建设步伐的加快，市政配套管线设施穿越已建成市政道路施工现象越来越多

时广旺、张志红、逯兵（郑州华润燃气有限公司河南郑州 450000）中图分类号：TU74文献标识码：A

关键词：定向钻沉降预测与预防

非开挖穿越主要用于穿越公路、铁路、建筑物、机场、河流，湖泊、山体等铺设石油管道、通信电力管道、天然气管道、自来水管道等各类管线。按预先设定的地下铺管轨迹靠钻头挤压形成一个小口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线，回拉铺设地下管线。适用于粘土、粉沙土、泥流层，一般风化岩，含少量砾石地层等，沙卵石层不能施工。具有：一、穿越精度高，易于调整铺设方向和深埋管线，弧形铺设距离长，完全可以满足设计要求深埋并且可以使管线绕过地下障碍物。二、与其他施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，施工占地少，施工速度快。

三、不损坏道路的基础结构，施工不受季节限制，具有施工周期短、使用人员少、成功率高，施工安全可靠的特点。四、可一次性穿越多孔管道。

随着我国城镇化建设步伐的加快，市政配套管线设施穿越已建成市政道路施工现象越来越多，尤其是通信电力管道、天然气管道、自来水管道等各类管线。但在采取非开挖施工工艺时，如何保证市政道路路面及穿越区域建筑物安全是施工时必须解决的问题。主要问题是如何防止穿越孔洞与管道间的环形间隙造成的沉降。

在非开挖施工时，钻进破坏了原有地层的状态，势必会造成地层产生一定隆起或下沉。在管道铺设完成后，由于扩孔直径与所铺管道直径之间留有一定的间隙，也可能会造成后续的地层变形，严重时甚至可能破坏路面及所有铺设的管道，因此对管道铺设完成后的地层变形问题进行分析是非常有必要的。

非开挖施工完成后所产生的地面沉降称之为工后沉降。影响地面工后变形的因素主要有以下几个方面（1）时间：从理论上可知随着时间的增加，地层变形累积，最后趋于稳定；（2）管道埋深；

（3）地层的性质；

（4）管道的直径；

（5）管道直径与扩孔直径的间隙；

（6）地面荷载；

（7）离管道轴线的距离：从理论上分析地面离管道轴线的距离越远越小。沉降预测：以郑州市西北绕城公路下天然气管道定向钻穿施工的工后沉降问题为例进行预测，查阅相关资料，再根据所需要考虑的影响因素，得到一个地面最大沉降变形的经验预测公式：

（1）

式中：Smax² 地表最大沉降量，m；

Vs：单位长度底层损失的体积，m³/m；

i：沉降槽半宽度，m；

Vs的计算公式为：

其中：D1：最后一级扩孔直径，这里取1.2m；

D2：管道直径，这里取0.813m；

k:底层随时折算系数，取0.6~0.7，这里取0.65。

i的取值与管道轴线埋深大致成线性关系，由于实际底层主要为砂性土，已有文献资料对该类底层的i值取值规定为：i=0.48z+1.55，式中z为管道轴线埋深，即离管道轴线正上方的距离，m。

（2）由公式（2）计算的结果如表1所示：

表1离管道轴线正上方不同距离时的沉降量

绘制的图形如图1所示。

图1管道轴线正上方不同距离时的沉降量预测

目前我国对于在公路路面以下施工的工后路面沉降的规定，一般采用北京、深圳等经验值30mm作为控制标准值。郑州市西北四环公路下天然气管道定向钻穿越施工水平段均在15米以下，施工后沉降预测最大值为<15mm，沉降量在允许范围以内；但是出入钻点管道轴线上方沉降量较大，尤其在埋深不足5m的地方，工后沉降会超过30mm，那么就需要采取一定措施来预防出入钻点处的沉降，经过反复研究我们找到了一种向扩孔洞与管道间隙注水泥砂浆的方法，很简单很实用的方法：就是拖管时或拖管后在出入钻点处与主管道并行敷设一根小管径管道（管径小于等于扩孔洞与管道间隙值），小管径管道预留分布均匀孔洞，底端封闭，长度至埋深5m以下，然后测算该段环形空间体积并向内注入所需体积的水泥砂浆，存在最大沉降可能的出入钻点因环形间隙的填充，沉降的可能也就消除了。

通过去年至今我们在郑州市西北四环施工的观察总结，该沉降预测公式可靠，出入钻点防沉降处理方法简单易行，消除了重大隐患解决了重大难题。

参考文献：

[1]乌效明 .中国地质大学. 《水平定向钻在燃气管道铺设中的应用》。