供水管道施工中水平导向钻进技术的应用

供水管道施工中水平导向钻进技术的应用周保安（连云港市源通市政工程处，江苏连云港222001）摘要：随着城市规模的不断扩大，地下工程的建设也越来越多，其中很大一部分是各种供水管道的施工。水平导向钻进作为非开挖管道施工技术的一种，相对于传统施工技术有着很多优势。本文介绍了水平导向钻进技术的本质及优点，又阐述了这种技术的施工方法。关键字：供水管道；水平导向钻进；应用.WatersupplypipelineconstructionintheapplicationofhorizontaldirectiondrillingtechnologyZhouBaoan（YuanTongMunicipalengineeringofLianYungang,JiangsuLianYungang222001）Abstract:Withtheenlargementofcityscale，theconstructionofundergroundengineeringmoreandmore,Thereisabigpartofallkindsofwatersupplypipelineconstruction.Horizontaldirectiondrillingasaformoftrenchlesspipeconstructiontechnology,comparedwiththetraditionalconstructiontechnologyhasmanyadvantages.Thispaperintroducestheessenceandadvantagesofthetechnologyofhorizontaldirectiondrilling,andexpoundstheconstructionmethodofthistechnology.Keywords:Watersupplypipeline;Horizontalturninginto;application.前言当前，随着城市规模不断扩大以及人口的不断增加，很多地下管线等基础设施已经满意不了实际的生活须要，面临着整改或扩建的现实。传统的管道铺设方法须要挖开街道路面，会带来诸如交通拥堵、基础设施二次建设、污染环境（见图1）等问题。而水平导向钻进作为非开挖施工技术的一种，可以在不开挖或少开挖路面的前提下完成管线安装工作，经济效益和社会效益都是较为明显的。图1传统法安装管道施工现场2.工程实例该工程是连云港市区供水工程的一部分，主要施工目的是为解决供水管路穿过市区一条主干道这一问题。主要施工任务为在主干道下面打一条直径为750mm、长度为50m的孔。该主干道的车流量较大，路面为30cm厚的混凝土。混凝土垫层之下由粘性土组成。地下水含量较小，不会对施工造成太大的影响。3.水平导向钻进技术原理及优点水平导向钻进技术最早出现于上世纪八十年头的美国和德国，其工作原理（如下图2所示）可简述为：依据设计线路，把装有驱动装置的钻头依据线路方向钻进，这样就可以避开障碍物，直达目的地；接着用符合管道尺寸的扩孔器代替钻头往回钻进，最终将须要安装的管路牵入到钻孔中，整个钻孔过程都是在提前打算好的放射坑和接收坑进行的。设计的钻进线路可以是直的，也可以有肯定的弯曲弧度，钻头的方向也可以依据实际状况进行调整。水平导向钻孔技术的优点主要有这几个方面：1.以目前的技术条件，可以在不挖工作井的前提下安装直径在50mm—1000mm的管线设备；2.钻进设备先进，安装速度较传统方法大大提高；3.目前的导向系统限制范围可延长至地下超过30m，完全满意施工须要；4.导向钻进长度可超过500m，大大削减开挖工作量[1]。5.和传统施工方法比较，水平导向钻进技术可节约1/3的建设资金，所用工期也只有原来的2/3,施工质量也完全满意行业标准，对城市的环境和交通造成的影响也大大削减，取得了显著的社会和经济效益。图2水平导向钻进原理图4.水平导向钻进技术的设备及施工工序4.1机械设备导向钻机导向钻机主要由定位系统和钻井、泥浆混合系统组成，钻机的选择除了要保证有足够的扭矩之外，还要保证能为施工中最大的孔径回扩作业供应足够泥浆，这样才能增大作业效率。在本文的工程实例中，我们采纳的是美国生产的威猛D33×44型导向钻机，主要技术参数：1.主轴最大扭矩：6000kN；2.发动机功率为93kw；3.最小钻进孔径为85mm，最大扩孔直径为800mm；4.钻杆最小弯曲半径为33m。钻杆钻杆统一为无焊缝钻杆，因为它具有很强的牢靠度，钻杆的潜行角度可随着钻头方向的变更而作调整，可控性较强。此外，由于钻杆在工作中要承受钻机给的给进力及回拖力，所以要求钻杆具有足够的轴向强度、抗扭强度，又因为在钻进中可能变更钻进方向，所以还要求钻杆有肯定的柔韧性。自动装卸钻杆系统目前的钻机都配有钻杆自动装卸系统，它可以在钻机钻进和回扩工作中依据实际须要自动加减钻杆数量，这种系统大大加快了钻进速度、减小了工人的劳动量。扩孔器扩孔器（如下图3所示）的作用是将导向孔分步扩大到能安装管道的尺寸。我们从图中可以看到扩孔器上装有截齿和喷嘴，在工作时其后部的接头连接到钻杆上。假如管道直径较小，一般运用锥形扩孔器就能满意要求；假如管道直径较大，则适合运用气动锤扩孔器。在本文的工程实例中，采纳的是挤扩式扩孔器，型号为JK300~1000-89,芯轴直径为89mm，筒体的直径范围是300-1000mm，连接钻杆直径为73mm（加强），钻杆扣型为Nc26，接分动器30T-50T。图3桶式扩孔器4.2水平导向钻进技术施工工序导向孔施工首先连接好导向钻头和钻杆，接着钻杆进行试运转，检测收发信号是否正常，然后回转钻进2m左右时就起先依据设计线路钻进，直至导向孔最终完成。在本文的工程实例中，为了加快施工进度，采纳两台钻机同时施工。钻头的选择是非常重要的，其刚度肯定要满意钻进介质的要求，此外针对不同的土层，应采纳具有不同特性的钻头，例如：在粘土中钻进，为了适应变相的需求应选用尺寸较大的钻头；在硬度较大的岩层中钻进，则应选用耐磨性和硬度较大的合金钻头[2]。在本文的工程实例中，由于是在土层中钻进，所以我们采纳的是一般钻头。众所周知，线路设计、坡度限制对导向孔的施工至关重要，所以在设计线路之前应充分考虑原有管线的布局状况，力求做到避开已有地下管线系统且线路尽可能科学合理。扩孔施工当导向孔从放射坑胜利大道接收坑后，扩孔施工就要起先进行。依据实际的铺设管路直径选取合适的扩孔器，通常扩孔施工采纳分级法进行，最终孔径要比铺设的管道直径大15cm左右，这样可以有效削减铺管时的阻力值，同时不至于作很多无用功。目前市场上扩孔器的种类有很多，例如：螺旋扩孔器、桶式扩孔器以及牙轮式扩孔器等等，工程技术人员要依据实际的地质条件来选择合适的扩孔器，这样才会使得扩孔施工顺当进行。回拉铺管作业扩孔施工完成以后，须要铺设的管道经过电焊连接处理后下放到工作坑中，采纳前拉法进行施工。假如在施工中管道所受的阻力过大，则应借助助推装置来协同铺管施工，与回拉工作同步进行[3]。配套设施施工和清理供水管道的配套设施建设主要包括砌筑检查井和工作井等，在这些设施施工期间，应尽可能避开车流高峰期作业，完成后应刚好清理障碍物，做好填平工作坑和下管坑等路面复原工作。5.结束语本次工程中水平导向钻进技术的应用取得了胜利，在施工过程中对日常交通和四周居民区的环境影响较小，取得了明显的经济和社会效益，对以后市区管线施工具有很大的指导和借鉴的意义。非开挖技术虽然有很多优点，但其本身也有一些缺点，例如：在施工之前必须要对地下建筑物和管线进行仔细细致的探测；和传统开挖法相比，非开挖技术具有设备和施工工艺困难、技术要求高、风险性较大以及前期投资大等特点[4]。所以在应用非开挖施工方法时，技术人员应仔细负责，实时监测，使得这种先进的施工技术能充分呈现出其优势。参考文献[1]张伟，王鹏.现代非开挖地下管线施工技术简介[J].工程勘察与施工信息