非开挖定向钻在管道施工中的应用

梁锦秀

湛江新奥燃气有限公司广东湛江524000

摘要：是20世纪80年代在世界发达国家兴起，定向钻在非开挖技术行业中，一直处于领先地位，凭着不挖地面，不阻断交通，不影响环境。日渐广泛运用于管道施中。以下通过工程实例介绍了非开挖定向钻技术在管道施工中的应用情况。

关键词：非开挖定向钻；穿越施工方法；应用

1.非开挖定向钻的施工特点

1.1非开挖定向钻穿越技术不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管道寿命亦大于开挖法埋管。

1.2引入了管线轨迹的测量和控制，钻孔方向易控制，快速高效准确。

1.3施工场地要求简单，对城市地面、路面的占用和交通影响极小，减少征地拆迁费用，能满足城市地下施工的高环保要求。

1.4岩石钻具的引进增强了在复杂地层（如风化岩等）条件下施工能力，大大提高了铺管的应用范围。

2.适用范围

用于铺设电力、通信、燃气和自来水管线，铺管直径、长度和材料范围较宽，主要有PE管铺设和钢管铺设。

3.工艺原理

非开挖定向钻穿越技术是一种无须挖掘地面，就能快速铺装地下管道的一种施工技术。

此项技术是根据预先设计的地下铺管轨迹，由钻机驱动装有钻头的钻杆从地面钻入，按预定路线抵达目的地，形成一个小口径的导向孔。然后卸下钻头，换上适当尺寸的扩孔器对其进行逐级回扩。使之能够在拉回钻杆的同时将导向孔扩大至所需直径，最后将要铺装的新管牵引拖回至钻机入口处。

4.施工工艺流程及操作要点

4.1施工工艺流程

技术准备（测量放线、地探及物探）→施工场地准备（平整场地、工作坑开挖）→安装钻机、泥浆配置→钻导向孔→扩孔→管道回拖→泥浆处理及地貌恢复→编制竣工资料及验收。

4.2操作要点

4.2.1技术准备

1．地下现状管线勘查

根据工程所能提供的工程现场地下管网资料，对现场地下管网进行复查，准确掌握地下各种管线和其他基础设施的分布及埋深，为导向孔轨迹提供准确的设计依据。

2．地形地貌测量

根据市政管理部门审批的路由，按施工区域地形及路线定出钻孔轴线，沿轴线的地表走向标定地面有效标定点的距离和方位以及各个标定点的地面标高（或高差），为导向孔施工时地面跟踪监测提供准确依据。

3．现场地质勘查

掌握钻孔工作区地层特征，为成孔工艺提供钻探参数。

4．设计理论导向参数表

画出设计敷管路由图及设计敷管轨迹断面图，将以上勘测结果反映在图上，制订工艺方案。

4.2.2施工场地准备

1．施工场地

文明施工，施工区域要安装防护围栏，施工机械、机具和材料要按规范安装和堆放，需占用道路或人行道的区域应设置明显的施工安全标识，引导车辆和行人合理分流，夜间要设立反光标识和警示灯，施工区域分为机械作业区和下管作业区。

2．作业工作坑

根据施工工艺要求开挖入射作业坑及下管作业坑，同时做好作业坑的支护和降水工作。

3．机械进场及安装

施工机械进场就位需调用汽车和吊车，通常要临时占用道路；吊装现场须设好临时路障等安全设施；钻机、动力站和施工器具就位要充分利用现有场地空间，合理布局；安装钻机的地基必须坚实、平整，对松软地基必须进行加固后才能安装钻机，钻机安装在入射点处，调整钻机倾角为设计入射角后固定钻机；连接动力站，连接泵站。

4．导向仪器标定

将探头装入导向钻探头盒中，将导向钻头放置在无其他信号干扰的场地内，打开导航仪，检查导向仪工作情况并进行标定。一般情况下主要依据穿越工程的长度、深度和干扰性来决定用有线控向还是无线控向。

4.2.3施工步骤

1．导向孔施工

施工准备：将导向钻头安装连接，检查探头发射的各个参数是否正常，探头电池容量是否足够。根据地质情况，合理配置泥浆。

开孔：为保证入射角的准确和稳定，开孔时须保持连续钻进至少2.5m，同时宜采用低钻速、小泵量、慢进尺。

造斜钻进：调整钻头工具面向角至需要角度，钻机顶进形成造斜段，导向仪跟踪监控钻头仰角的变化，根据不同的土层，顶进结合钻进，勿使仰角的变化超过钻杆的最小曲率半径。

水平段钻进：钻机匀速回转钻进，给进速度尽量快，使导向孔直线段更平直。

2．回拉扩孔

孔径设计：根据敷设管道的直径和根数计算需要成孔的最小直径，既不能过大，也不可过小，成孔直径过大，敷设管道周围土层坍塌易造成路面下陷，成孔直径过小，会使拉管阻力增大，引起脱管或管道变形。

分级扩孔：根据设计的成孔直径，由小到大分级扩孔，直至扩到工艺要求的孔径，一般为所拖管道的1.2～1.5倍。

孔壁加固：扩孔的同时通过扩孔钻头向孔中注入泥浆，泥浆的浓度根据不同的土层条件来配制。泥浆渗透到孔壁中，通过扩孔钻头的挤压和磨擦，起到对孔壁的维护和稳定作用。

回拉敷管：拉管过程的回拉力要克服管道与孔壁摩擦力，成孔的质量与导向孔的曲线形状以及扩孔工艺有着密切关系，正常情况下敷设PE管的回拉力不应过大，拉力过大会造成管材断裂或变形；被拖钢管阻力不应超过钻机最大拉力。

5.材料

本工法主要的施工材料为膨润土和各种添加剂（如CMC、碱、钻液宝等），在施工中根据不同的地层配置泥浆，达到护壁、冷却和润滑的作用。

6.质量控制

6.1工程质量控制标准

定向钻穿越施工质量执行《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2007和《水平定向钻进管线铺设工程技术规范》CSTT。

6.2质量保证措施

6.2.1导向孔根据设计好的轨迹线路，做好实钻控制，一般钢管的曲线半径应≥1500D，PE管的曲率半径应满足钻杆的最小弯曲半径，充分确保穿越轨迹的平滑。

6.2.2根据地质报告、控向施工中的扭矩、拉力、水压、钻进速度等参数，判断孔内的情况是否正常，发现问题及时处理。

6.2.3拖管前要求一次焊接好管道，并用滚轮、吊车和沙袋等垫好管道，减少管道回拖的阻力。

6.2.4拖管时要安排专人进行巡视和补伤，保证管道防腐层的完好，同时根据拖管的各项参数，及时进行调整。对于特殊地段受场地限制，无法一次焊接穿越管道的工程，要做好各工序间的配置，尽量缩短焊接、探伤和防腐的时间。

6.2.5施工过程中，必须严密注意地层地质变化，及时调整钻杆速度、钻压和扭矩，严格控制护壁泥浆的比重、含砂率和PH值。

6.2.6穿越施工过程中必须做好各项记录。

结束语：综上所述，非开挖定向钻穿越技术在我国管道施工中得到广泛运用，并发挥着重要的作用，因此，在施工中应积极采取行之有效的措施。一方面提高工程质量，另一方面还能有效缩短工期，创造良好的经济效益，从而推动我国建筑业的发展。