・１１２・ 第４０卷第２６期 ２ ０ １ ４年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．２６ Ｓｅｐ． ２０１４ 文章编号：１００９—６８２５（２０１４）２６—０ｌ１２－０２ 谈非开挖定向钻进拉管施工技术 任簧簧 （山西六建集团有限公司，山西太原０３００２４） 摘要：介绍了非开挖定向钻进拉管施工的工艺原理，详细阐述了其施工工艺流程及操作要点，包括现场勘测、拉管方案编制、钻 机安装、钻进液配制等工艺，并总结了施工过程中的质量及安全控制措施，为其推广应用奠定了基础。 关键词：定向钻进，拉管，施工，钻机 中图分类号：ＴＵ７２１ 铺设地下管线一般采用开槽挖沟的方法，但是随着经济的发 展、社会的进步、现代文明意识和环保意识的逐渐加强，开挖施工 方式显现出很大的局限性和不足之处。非开挖定向钻进拉管施 工技术不需在地面开挖沟槽，而只在管线路径的特定部位挖掘工 作坑，在工作坑之间利用水平定向钻机地下钻进挖掘管孔，铺设 管道，精度高、速度快、可以控向。适用于供水、煤气、电力、电讯、石 油、天然气等管线的铺设、更新和修复。管径为５０ ｍｍ一１ ５００ ｍｍ， 管线长度最大可达１ ５００ ｍ，管材为ＰＥ管、钢管。适用于各种地层。 １ 工艺原理 １）定向钻进是由导向钻头、扩孔钻头、钻机和导向仪器相互 配合完成的。 ２）采用定向钻进技术施工时，按照设计的钻孔轨迹，先施工 一个近似水平的先导孔，待先导孔导向钻头在被穿越障碍物的另 一侧露出后，卸下导向钻头换上大直径的扩孔钻头和直径小于扩 孔钻头的待铺设管线，然后进行反向扩孔，同时将待铺设的管线 拉入钻孔。钻进导向孔见图１，扩孔和回拉管线见图２。 图１钻进导向孔 ＮＮ—Ｉ／＼Ｉ＼Ｉ／Ｎ＼Ｉ＼Ｉ＼Ｉ／ 收稿日期：２０１４－０６－２３ 作者简介：任安安（１９８１一），女，工程师 文献标识码：Ａ １）现场勘测。现场勘察包括地下勘察和地表测量两部分。 地下勘察包括原有地下管线、设施的勘察和地层的勘察。地表测 量主要是对管线工程周围的地形进行测量。 ２）编制拉管方案及导向孔轨迹的设计。 ａ．拉管方案的内容应包括：工程概况、现场地质条件、地下管 线分布与埋深；施工机械、人员配置；施工材料及用量；施工进度 计划；施工平面图，包括：钻机位置、工作坑位置、钻进液存放位 置、施工用水和排水位置、临时用电位置等；施工工艺；与拉管相 关的计算书及图纸；质量保证和安全保证措施；文明施工措施。 ｂ．导向孔轨迹的设计。导向孔轨迹一般如图３所示，其中，Ｂ 为穿越起点，Ｃ为穿越终点。 ＼ 警 Ｒ２ ／ Ｂ ｃ 、＼～ ，入土造斜段。 直孔钻进段 出土造斜段。 图３钻孔轨迹示意图 管线人土角： 广— 一 －：２ａｒｃｔｇ√乏南 １） 其中， 。为管线入土角，（。）；Ｈ为铺管深度，ｍ；Ｒ。为入土造 斜段曲率半径，ｍ（一般取 ≥１ ２００ｄ，ｄ为钻杆直径）。 管线入土造斜段水平长度： Ｌｌ：ＪＨ（２Ｒ．一日） （２） 其中，厶为管线人土造斜段水平长度，ｍ。 管线出土角： 广— ｚ ａｒｃｔｇ√ （３） 其中， 为管线出土角，（。）。 管线出土造斜段水平长度： ＝ 日（２Ｒ 一Ｈ） （４） 其中， 为管线出土造斜段水平长度，ｍ；Ｒｚ为出土造斜段曲 率半径，ｍ（一般取Ｒｚ≥１ ２００Ｄ，Ｄ为铺设管线直径）。 ３）钻机安装。钻机进场后将钻机安装在待铺设管线的中心 线起始位置。钻机安装应牢固稳定，钻孔或回扩孔时不应出现钻 机移位和钻机沉降等现象，也可以用地基沉箱定位或用混凝土进 行加固处理。钻机锚护要牢固可靠，钻机轴线与穿越直线偏差不 大于０．１ ｍ。钻机安装完毕后，需进行试车运转。 ４）开挖起始工作坑、接收工作坑和钻进液储备坑、泥浆回收 第４０卷第２６期 ２ ０ １ ４年９月 任安安：谈非开挖定向钻进拉管施工技术 ・１１３・ 坑。起始工作坑和接收工作坑，应根据地形、施工场地大小、管线 ７）扩孔、清孔。导向孔施工完成后，应根据待铺设管线的管 材质、管线种类、管径大小、管线埋设深度和地质条件设置，应满 径计算出扩孔次数和每次回扩所使用的回扩器的规格，分一次或 足钻孔和拉管的要求，保证施工安全。工作坑位置应满足导向距 几次逐级扩孔。当先导孔钻进完成并抽回导向钻杆后，卸下导向 离的要求，须设在被铺设管线的中心线上。 钻头，接上反向扩孔钻头（扩孔器）和旋转接头，然后在旋转接头 在钻进液调制箱旁设置钻进液储备坑。回收泥浆坑设置在 后接上回拉钻杆，进行扩孑Ｌ钻进（见图６）。 便于回收泥浆的位置上，宜在定向钻进设备钻杆导轨一侧和泥浆 回收坑之间挖引沟以便回收泥浆。钻进液储备坑和回收泥浆坑 底及周边用塑料布围护，以保证钻进液的纯度和浓度，避免钻进 液水分流失。 钻杆Ｉ＋ｌ扩孔钻头ｌ＋Ｉ旋转接头ｌ＋ｌ回拉钻杆１＋ｌ探头室Ｈ图６扩孔时钻具组合 扩孔时钻具组合ｌ 管线铺设之前应作一次或多次清孔，清除扩孔后孑Ｌ内残留的 ５）钻进液配制。钻进液由水、膨润土和适量处理剂组成。膨 泥渣。８）管道连接、拉接头制作和涂层。根据管材选择适合的连接 润土通常采用一级钠基膨胀土。钻进液处理剂又称为钻进液添 钢管一般采用焊接。ＰＥ管采用电熔连接或热熔连接。 加剂，如降烧碱（或纯碱）、失水剂、固壁剂、粘土分散剂等。钻进 方法，铺设钢管时应根据被铺设管线的管径和长度，制作拉接头， 液的ｐＨ值、密度、粘度等性能参数应根据不同的地质条件、孔径、 钻孔长度、钻进工艺、孔内情况等因素调整和控制。实际施工过 拉接头与被铺设管线应焊接牢固。定向穿越往往会遇到不同的地层情况，使管道在回拉时遭受 程中，泥浆的性能参数随地层不同而随之变化，需选用不同的添 加剂随时调整。 腐蚀、磨蚀，所以需要在外层涂上保护层。 ９）回拉铺管。扩孔完成后，在回拉钻杆后接上扩孔钻头和旋 钻进液主要有以下五方面的作用：ａ．稳定孔壁，建立并维持 钻孔的完整性。ｂ．利用钻进液的悬浮性和流动性，将悬浮钻头产 转接头，在旋转接头后接上拉接头和待铺设的管线进行回拉铺管 生的钻屑带走，防止钻屑沉淀并堵塞钻杆和钻头。Ｃ．降低管壁和 （见图７）。孔壁之间的摩擦系数，从而降低钻进时所需的扭矩和回拉力。ｄ． 冷却钻头。ｅ．软化底层，易于钻进。 ６）钻进导向孔。当铺设小直径（Ｄ￣＜２５０ ｍｍ）、长度较短（￡≤ １８０ ｍ）的管线时，干式钻进靠冲击挤压成孔，不排土；湿式钻进以 Ｉ垫竺 ｌ＋Ｉ ｌ＋Ｉ ｌ＋圆—＿＿１ 垫塑篁堕笪墨丝全Ｉ 图７回拉铺管时钻具组合 １Ｏ）工作坑回填、清理现场。定向钻施工结束后，采用原生土 高压水射流切割土层，有时辅以顶驱式冲击动力头以破碎大块卵 或者其他填埋材料两侧分层对称回填并且压实，不得含砾石、垃 恢复到施工前的使用功能。 石和硬土层。当要钻进斜孔时，根据所钻孔的角度调整斜面钻头 圾等，的空间位置，停止回转，只提供给进力，由于斜面受到来自周围地 层的反作用力从而实现钻孔方向的改变（见图４）。 回收剩余钻进液及泥浆，清除地表的钻屑、垃圾。现场清理 工作应满足施工前的场地要求。 Ｉ墨 竺 Ｉ＋Ｉ堡 皇Ｈ塑 皇堡： 室茎堑篁丝堕 塞竺 堡垒ｌ 图４铺设小直径、长度较短管线时孔底钻具组合 ３质量、安全控制措施 １）路面建筑物及管道铺设区域无塌陷，平整度不得低于 ｍ，纵向垂直最大偏差±０．２５ ｍ。３） 当铺设大口径（２５０ ｍｍ＜Ｄ≤Ｉ ５００ ｍｍ）、长距离（Ｌ＞３００ ｍ） ９０％。２）水平最大偏差±０．３施工人员应认真勘察现场，了解施工现场地下各类设施、管 的管线时，钻机只提供给进力，回转扭矩由孔底的泥浆马达来提 施工前，明确安全技术要点并制定出有针对性的安全技 供。调整方向主要依靠弯接头来实现。在松软地层中，靠高压水 线分布和周边环境，射流来切割成孔。孔底钻具组合由一弯接头和一带喷嘴的钻头 术措施。４）施工人员进入施工现场前，应接受安全培训和安全教 电工、机械操作工等专业的作业人员必须持证上岗。 构成。钻柱回转时，钻出的孔是直孔。如果钻柱不回转，在给进 育，电焊工、力和水射流作用下，可产生定向的弧形孔（见图５）。 ４结语 儆ｌ＋圈＋ ｌ＋ 距 合ｌ 非开挖定向钻进拉管施工技术避免了开挖施工中存在的安 全隐患，安全性较好；避免了对居民正常生活的干扰，以及对交 通、环境、周边建筑基础的破坏和不良影响；缩短工期，具有广阔 图５当铺设大口径、长距离管线孔底钻具组合 导向系统采用走过式定位仪器，在钻头后部空腔内装有探 的推广应用前景。 头，探头发出的无线电信号由地面接收器接收，地面接收器具有 参考文献：显示与发射功能，将接收到的孔底信息无线传送至钻机的接收器 ［１］ 牛松山，章寅国，王 飞．水平定向钻在管道施工中的应用 ［Ｊ］．建筑机械，２００３（６）：２３－２５． 并显示，传输的信号包括钻头的位置、深度、倾角、斜面面向角和 中国非开挖技术协会．定向钻进管线穿越铺设技术规范 探头温度等。根据测量数据得到的信息与设计轨迹进行比较，以 ［２］便及时纠偏保证精度，确定下一段将要钻进的方向。 ［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２． Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ ＲＥＮ Ａｎ－ａｎ （Ｓｈａｎｘｉ Ｓｉｘｔｈ Ｃｏ￣ｔｒｕｃｔｗｎ Ｇｒｏｕｐ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｉｔｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｓｕｒｖｅｙ，ｓｌｉｄｅ ｔｒｏｍｂｏｎｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｃｏｍｐｉｌａｔｉｏｎ，ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｄｒｉｌｉｎｇ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｌａｉｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｔｓ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ印ｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｒｉｌｉｎｇ，ｓｌｉｄｅ ｔｏｍｂｒｏｎｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｒｉｇ
