一、定向水平鉆管道非開挖技術(shù)及施工的目的及意義
目前,市政工程建設(shè)中,在城市繁華區(qū)和地下、水文地質(zhì)情況復(fù)雜或者臨近鄰街建筑的情況下,排水管道或者其他管線的施工,不能明開挖施工時(shí),需要采取非開挖技術(shù)解決問題。定向水平鉆在非開挖技術(shù)行業(yè)中,具有不開挖路面、不阻斷交通,不影響環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。本課題結(jié)合舊晉祠路改造工程項(xiàng)目研究定向水平鉆施工在實(shí)際施工中的應(yīng)用,為以后的管道施工提供非開挖參考資料和經(jīng)驗(yàn)。
二、舊晉祠路改造工程定向水平鉆工程概況
舊晉祠路改造工程,污水管線施工過程中發(fā)現(xiàn),①施工降水、鋼板樁支撐開挖后,溝槽兩側(cè)土體嚴(yán)重裂縫,對周邊建筑物產(chǎn)生不良影響,且存在安全隱患;②在局部段落因地下管線復(fù)雜、老舊,位置、走向、材質(zhì)不明;③化工排洪渠常年流水不可明開挖等情況;④在局部段落管線臨近建筑物;⑤工期要求緊。上述段落,明挖施工存在如下不利因素:①安全隱患和環(huán)境影響;②功效低下;③施工周期長;④存在經(jīng)濟(jì)賠償損失的可能�？紤]在K0+472~K0+670,長204m;1+280~1+975,長700.5m兩段采用水平定向鉆(非開挖)施工污水。
三、施工方案及過程控制
1、沉井定位井
2、沉井定位井作用
非開挖水平定向鉆施工首先要符合設(shè)計(jì)要求的高程控制,為保證設(shè)計(jì)高程,在定向鉆施工之前先要布設(shè)沉井定位井。定位井應(yīng)位于水平定向鉆的起始位置,并且最好在設(shè)計(jì)檢查井位置。沉井定位井的定位很關(guān)鍵,其作用如下:①將已完管道與拖管段在井位處準(zhǔn)確連通;②定位井的封底高程即為設(shè)計(jì)過水面高程;③沉井定位井同時(shí)也是污水管道檢查井。
3、沉井定位井施工
沉井現(xiàn)場預(yù)制C25鋼筋砼矩形沉井,為定位井,內(nèi)徑均為3.3m×1.5m,壁厚30cm。沉井與管道正交的每側(cè)壁預(yù)留D=1.2m的2個(gè)預(yù)留孔,作為管道穿越用。沉井封底時(shí)要符合設(shè)計(jì)高程。
沉井的定位要考慮如下因素:要將設(shè)計(jì)好的預(yù)留孔對準(zhǔn)已完管頭,待沉井下沉到已完管頂時(shí),將預(yù)留孔下混凝土鑿除,使管頭卡進(jìn)預(yù)留孔,實(shí)現(xiàn)已完管道和拖管段落的連通。
4、水平定向鉆施工
本次穿越從樁號0+472處至樁號0+670處,在過橋鋪設(shè)管道時(shí),采取繞橋基礎(chǔ)以外畫弧形穿越。采用管材為Φ800mmPE管,設(shè)計(jì)鋪管長度約204m,穿越長度約265m。
5、施工準(zhǔn)備
6、技術(shù)準(zhǔn)備
組織全體施工人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全交底,進(jìn)行施工方案要點(diǎn)交底,要求所有施工人員熟悉本工程特點(diǎn)及技術(shù)要求�，F(xiàn)場進(jìn)行管線交底和摸查。
7、施工機(jī)具準(zhǔn)備
要對鉆機(jī)、泥漿系統(tǒng)、控向系統(tǒng)、熱熔焊機(jī)等所有機(jī)具進(jìn)行檢測保養(yǎng)到位,配備易損件。
8、定向鉆穿越過程
現(xiàn)場三通一平—→開挖工作坑(3m*5m鉆機(jī)側(cè)深度按高程)開挖泥漿池(3m×4m×2m出土點(diǎn))—→鉆機(jī)調(diào)試安裝拖拉頭制作(φ800mm)—→泥漿調(diào)配—→鉆導(dǎo)向孔—→預(yù)擴(kuò)孔Ф450mm—→預(yù)擴(kuò)孔Ф600mm—→預(yù)擴(kuò)孔Ф750mm—→預(yù)擴(kuò)孔Ф900mm—→預(yù)擴(kuò)孔Ф1050mm—→預(yù)擴(kuò)孔Ф1200mm—→清孔Ф1050mm—→管材焊接—→拖管—→泥漿清運(yùn)—→鉆機(jī)撤場、地貌恢復(fù)
9、關(guān)鍵過程控制
10、測量放線
根據(jù)施工圖、設(shè)計(jì)控制樁進(jìn)行測量放線,放出線路軸線和施工作業(yè)帶邊界線。用經(jīng)緯儀放出各個(gè)井位并給出各井位及沿途重要控制點(diǎn)的高程,作好記錄供導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)使用,用經(jīng)緯儀放出鉆進(jìn)路線,每隔20m標(biāo)記樁供鉆進(jìn)時(shí)使用。
11、泥漿控制
12、泥漿是定向穿越中的關(guān)鍵因素
(1)按照事先確定好的泥漿配比用一級鈉基膨潤土加上泥漿添加劑,配出符合要求的泥漿。
(2)使用的泥漿添加劑有:降失水劑、固壁劑、黏土分散劑等。
(3)為確保泥漿的性能,保證膨潤土有足夠的水化時(shí)間,我們采取兩套加料配漿系統(tǒng),延長泥漿循環(huán)周期。
13、水源的采用
水源采用自來水,抽入水罐內(nèi)加堿軟化,降低Ca、Mg離子含量,改善水質(zhì),同時(shí)提高水的pH值,水的pH值為9~10時(shí)最適合膨潤土的水化。
14、強(qiáng)化各施工過程泥漿性能調(diào)整
(1)斜孔段:泥漿的流動(dòng)性能要好,結(jié)構(gòu)性要強(qiáng),保證鉆屑攜帶和孔眼清潔;控制泥漿的失水,防止塌孔。需增大固壁劑、降失水劑含量。
(2)水平孔段:要及時(shí)提高潤滑劑劑量,適當(dāng)降低粘度和切力,保證泥漿的流變性能良好,使鉆屑順利返出地面;增強(qiáng)泥漿的潤滑性,減小鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)及推進(jìn)阻力。
(3)擴(kuò)孔段:增強(qiáng)泥漿的造壁性能,防止孔壁塌陷,防止縮徑;需增大固壁劑、降水水劑劑量。
(4)回拖段:提高泥漿的潤滑性,降低摩擦阻力。增強(qiáng)攜屑效果,需提高潤滑劑劑量。
15、泥漿的黏度
根椐穿越段地層情況,在鉆導(dǎo)向孔階段,泥漿黏度控制在45s~
50s在預(yù)擴(kuò)孔和回拖階段泥漿粘度提高5s~10s即達(dá)到50s~55s。
16、定向鉆穿越
17、鉆導(dǎo)向孔
(1)鉆導(dǎo)向孔的鉆具組合為:鉆頭+造斜短接+鉆桿�？叵騻鞲衅餮b在鉆頭后艙內(nèi)并緊固。
(2)把好控向關(guān)。在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中使用無線控向系統(tǒng),在出入土兩側(cè)地面布置地面信標(biāo)系統(tǒng),鉆頭內(nèi)傳感器發(fā)射的信號將鉆具的位置反饋到控向室便于司鉆隨時(shí)掌握方向,利用地面信標(biāo)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確找出穿越中心線的方位角,同時(shí)可以記錄鉆頭與地平面的夾角值。
18、預(yù)擴(kuò)孔
(1)完成導(dǎo)向孔工作后,擴(kuò)孔分五級進(jìn)行,依次選用φ450mm、φ600mm、φ750mm、φ900mm、φ1050mm、φ1200mm的擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔,然后進(jìn)行清孔。導(dǎo)向孔鉆通后將鉆頭卸下,將鉆桿與Ф450mm擴(kuò)孔器相連進(jìn)行第一次預(yù)擴(kuò)孔,回?cái)U(kuò)完成后把Ф450mm擴(kuò)孔器斷開卸下,再將鉆桿推回至出土點(diǎn)后連接Ф600mm擴(kuò)孔器回?cái)U(kuò),循環(huán)操作直至預(yù)擴(kuò)孔和清孔工序完成。
(2)擴(kuò)孔過程應(yīng)平穩(wěn)緩慢,監(jiān)視鉆機(jī)各項(xiàng)參數(shù)并做好記錄。
(3)根據(jù)出土點(diǎn)返漿情況調(diào)整泥漿量,保證孔內(nèi)鉆屑能夠順利被泥漿帶到孔外。
(4)遇有地質(zhì)情況發(fā)生變化鉆機(jī)參數(shù)不穩(wěn)時(shí)應(yīng)分析情況,調(diào)整擴(kuò)孔速度。
(5)擴(kuò)孔過程中產(chǎn)生的泥漿要及時(shí)處理。
19、回拖管線
(1)擴(kuò)孔和清孔完成后將鉆桿推回至出土點(diǎn),安裝上Ф1050mm擴(kuò)孔器并與焊接好的管線連接,檢查擴(kuò)孔器水眼是否通暢,確認(rèn)無誤后開始回拖。
(2)管線回拖前,檢查管線沿線情況并設(shè)專人看護(hù),防止管線在前進(jìn)過程中出現(xiàn)意外。
(3)管線和鉆具的連接:鉆桿+Ф1050mm擴(kuò)孔器+80t旋轉(zhuǎn)接頭+25tU型環(huán)+回拖頭,總體連接完成一起回拖。


(4)準(zhǔn)備工作就緒后,回拖應(yīng)一氣呵成,中間不得停頓,直至成品管線在鉆機(jī)側(cè)出土為止。
20、沉井內(nèi)管頭預(yù)留孔封堵及造斜段處理
21、沉井內(nèi)管頭預(yù)留孔封堵
管線回拖到位后,由于管頭與沉井預(yù)留孔洞間有空隙,需要及時(shí)防水封堵,避免管道周圍的泥漿從該空隙間流出,造成地質(zhì)擾動(dòng),影響已完路面工程質(zhì)量。
22、造斜段處理
在水平定向鉆施工回拖管線到位后,沉井兩端造斜段形成空管段,且其中是泥漿,是路基重大質(zhì)量隱患,需要徹底換填處理。方案:對東側(cè)慢車道拖管擾動(dòng)土體的造斜段深度范圍內(nèi)進(jìn)行泥漿挖除外運(yùn),換填片石至穩(wěn)定后,再用水泥穩(wěn)定碎石逐層回填碾壓密實(shí)至土路基高程。
四、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與探討
1、技術(shù)總結(jié)
(1)定位井位置和高程的控制直接影響到水平定向鉆是否能達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。
(2)管材必須符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求,否則會(huì)出現(xiàn)焊口拖裂。
(3)設(shè)計(jì)好出入點(diǎn)和鉆桿鉆進(jìn)角度,保證高程和質(zhì)量。
(4)管線回拖完畢后,沉井內(nèi)管頭封堵要及時(shí)嚴(yán)密,否則泥漿的持續(xù)流出和清除會(huì)造成地質(zhì)擾動(dòng),影響到周圍結(jié)構(gòu)和建筑的質(zhì)量、安全。
(5)造斜段必須進(jìn)行專門換填壓實(shí)處理。
2、水平定向鉆施工總結(jié)
(1)水平定向鉆施工對于大管徑管道,因其預(yù)擴(kuò)孔直徑達(dá)到
1200mm,如果管道埋深淺或地質(zhì)易流沙時(shí),易造成塌孔而影響整個(gè)定向穿越施工。舊晉祠路水位高、土質(zhì)差,沉井定位井內(nèi)管頭周圍空隙的及時(shí)封堵直接影響到周邊建筑質(zhì)量安全。
(2)舊晉祠路改造工程,原方案為明開挖,深井降水,鋼板樁支護(hù),溝槽換填級配碎石,工序繁多,周期長,且因?yàn)榈叵滤�位�?地質(zhì)條件差易塌方,降水施工過程中,對周邊建筑和地面形成不同程度的拉裂、擾動(dòng),產(chǎn)生了額外的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償損失。相對而言,水平定向鉆施工具有不開挖路面、不阻斷交通,不影響環(huán)境,周期短等優(yōu)點(diǎn),具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
坤宇水平定向鉆施工技術(shù)在非開挖領(lǐng)域極具潛能,尤其在城市繁華區(qū)、穿越河道、路口和地下、水文地質(zhì)情況復(fù)雜或者臨近建筑的情況下,排水管道或者其他管線的施工,不能明開挖施工時(shí),可以采取非開挖方式——水平定向鉆施工技術(shù)。