水平定向钻进技术在短距离跨道施工中的应用

水平定向钻进技术在短距离跨道施工中的应用

摘要：在管道工程、线路工程施工时，通常采用开挖埋设的方法施工，然而在交通发达的道路、路口、河道等复杂位置采用开挖的方法施工则十分勉强，影响环境并对周边生产生活造成不便，此时若采用非开挖水平定向钻进技术则能有效防止施工对地表干扰，施工速度快，精度高，大大缩短工期、节约工程成本、降低工程风险。

关键词：非开挖、钻导向孔、扩孔、钻头

Abstract: in the pipeline engineering, line project construction, usually adopt the method of embedding excavation construction, however, in the way of the traffic developed, crossing the river, such complex position of excavation method is very reluctantly construction, affect the environment and to the neighboring inconvenience of production and life, then if using an excavation directional drilling technology is level can effectively prevent the construction on the surface interference, construction speed, high precision, greatly shorten the construction period, save the project cost, reduce project risk.

Key words: the excavation, pilot hole drilling, reaming, the bit

1 前言

在管道工程、线路工程施工时，通常采用开挖埋设的方法施工，然而在交通发达的道路、路口、河道等复杂位置采用开挖的方法施工则十分勉强，影响环境并对周边生产生活造成不便，此时若采用非开挖水平定向钻进技术则能有效防止施工对地表干扰，施工速度快，精度高，大大缩短工期、节约工程成本、降低工程风险。

图1 钻导向孔

2 准备工作

非开挖水平定向钻进技术施工的三大基本工艺是：钻导向孔——扩孔施工——成品管道拉管。

本文重点论述水平定向钻技术在短距离过路施工中的应用。在钻导向孔之前需要勘察现场施工条件，比如水源条件、土层地质条件、地下管线分布状况

等，做好“三通一平”。场地平整后按照施工平面布置，钻机就位，泥浆系统摆放位置等。

自然因素中地层构造、地下水将直接影响钻进扭矩和钻速、顶进方向、泥浆要求、成孔程度等。根据土质选择适当的导向钻头前板：一般粘土选用普通钻板；砂土硬土选用尖型三角钻板；淤泥软土选择加大型钻板。若有其它地下管线影响施工应对其它管线采取暴露管线、移动管线位置、对管线进行加固处理等措施，之后根据现有条件设计穿越路线。

3 设计路线

短距离过路施工同样需要测量放线，应根据施工要求的入土点和出土点坐标放出中心轴线，确定钻机摆放位置，并根据出入点坐标挖好进出口工作坑以囤积泥浆保护环境。设计路线时宜尽可能使穿越距离更短，保证业主利益也符合环保要求。

图2 土质良好、无地下管线影响时设计穿越距离及深度设计

图2中落钻角25%≈15°以此角度落钻时钻机需与工作坑保持2米左右距离，角度过小或距离太远会造成钻杆弯曲变形以及钻机顶进力不足。另外，短距离施工时设计深度建议在2~3米左右，这是因为：1).路面下1米内路基压实度高,扩孔时钻头容易卡死且为地埋管线密集区（深度多为0.7~1米）危险性极大；

2).牵引管施工时的扩孔钻头最大孔径比管径大10~20CM以上，且扩孔钻头对周围地层稳定破坏性极大，为确保不发生路面沉陷及地层松驰，牵引管深度宜≥2米，对于短距离施工深度，越深则无法控制施工长度；过浅则事故率越高（破坏路面、危及地埋管线、钻头卡死、地面冒浆路面松驰等）。同时，短距离跨道施工应注意钻杆的使用寿命，应使用合格的锌基螺纹脂，涂耐磨、耐高温、耐腐蚀、润滑性能好的丝扣油，不可用普通黄油当丝扣油使用，钻杆使用期限则跟操机手技术水平，钻杆使用频率，地层土质息息相关，切不可为控制施工长度以超出钻杆弯曲率进行施工。

4 导向施工

设计好穿越路线方案后即可开始导向钻孔施工了，导向施工是以导向员手持导向仪器从地面接收地下钻头发出的信号后引导指挥钻机手操控钻孔方向从而实现先导孔穿越的工艺。将装好电池的信号探测棒装入导向钻头内，导向钻头在前，后面连接钻杆，钻机顶力通过钻杆传至导向钻头向前推进，导向钻头内的探测棒是一种信号发射器，通过地面手持导向仪可以接收到来自探测棒的信号显示出钻头的位置、深度、倾斜角、温度、电池状态等信息，导向操作员根据这些参数即可判断控制钻头的行进方向实现导向钻孔作业。先施工一个近似水平的

先导孔，待先导孔穿越到另一侧出露后，卸下导向钻头换上大直径的反向扩孔钻头，导向施工完毕即进行扩孔。若导向施工完成即说明整个水平定向钻进施工的成功率极高，下一步即可进行扩孔施工同时进行待铺设管道的连接作业了。

5 扩孔

扩孔施工是为了保障待铺设管道能顺利的穿越地层而将先导孔扩大至比管径更大的尺寸。导向施工完成后，扩孔是非常关键而且工作量最大的一道工序，此过程花费时间越短，孔道坍塌率越小，铺管效率越高，经济效益越好。扩孔的主要目的是混合钻屑和泥浆，以制成泥浆来排出孔外，使回拖的管道有进入的空间。根据土质条件选择适应的扩孔钻头直接关系到扩孔效率及护壁效果，选择不当，轻则影响施工效率，重则造成钻杆折断、塌孔等事故。对于碎石土回填土宜选用带切削片的钻头；对于砂土宜选用流道式挤压钻头；对于粉土选用粗径钻具形扩孔钻头；对于粘性土宜选用杆状或双向锤形扩孔钻头；对于软土选用环刀形扩孔钻头；对于硬土宜选用牙轮钻头。扩孔施工关键要根据实际选择高效的扩孔钻头。另外，扩孔过程对导向孔还有具有一定的修正作用，能修正导向过程中的弯曲路线成直线。

6 拉管

扩孔孔径应比管径大一到两级方可保证后续拉管施工顺利进行。拉管期间应注意：1）拉管施工中途不宜停顿，应一次完成，否则可能造成卡管、坍孔、断管等事故，且停留时间过长，由于钻头重量较大，钻头会因自重下沉；2）缓慢拉管或因土层原因拉管缓慢时泥浆压力应控制，过大压力对土层冲刷容易产生空洞，且容易软化土层。3）钻进产生钻屑和孔壁坍塌会加剧拉管的摩擦阻力，扩孔钻头应时刻保持转动。

图3 拉管施工

拉管铺设完成后应在孔道与管壁之间填充化学泥浆（或纯水泥浆）将原来的触变泥浆转换出来，防止土质松驰，地层位移，保持路面的稳定性。灌浆压力在0.05~0.2MPa之间，浆液比重约1.6~1.7。

7 泥浆作用

无论是导向施工、扩孔施工或是最后拉管阶段，泥浆在施工过程中都起了至关重要的作用。在不良工程地质土层，容易出现孔壁稳定性问题，若是长距离铺管施工，则容易孔壁失稳和冒浆，导致管线或钻具被埋，给工程造成不可弥