分析水平定向牵引在城市截污中的应用张锦香

分析水平定向牵引在城市截污中的应用张锦香

张锦香

江苏聚安建设工程有限公司江苏省淮安市211600

摘要：城市截污施工中，水平定向牵引在近年来得到广泛的应用。在很多地段由于场地条件的限制，无法采用开挖埋管，而采用非开挖水平定向牵引，不需要开挖管沟，就能穿越构筑物和公路、铁路、河道等，不仅缩短工期而且还可能节省投资，但是如何防止地面沉降、防止影响周边环境建筑物等是该项技术运用中要做好的关键，本文对此谈一些应用体会。

关键词：城市截污；水平定向牵引；地质条件

城市截污施工中，经常遇到河流、国道、高速公路、铁路、民房等障碍物，尤其是在南方地区内陆河流较多，交通发达，很多地段无法开挖埋管，如遇航道跨度较大时，普通钢制管桥无法满足设计要求，采用拱管过河又有工程造价高、施工工期长且维护管理不便等不利因素的存在。而水平定向牵引的广泛应用为我们提供了解决问题的技术手段，采用非开挖水平定向牵引，不需要开挖管沟，能穿越无地下基础的地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道等，不仅缩短工期而且还可以节省投资。

根据《淮安市给排水专项规划》内容，淮安市规划目标是城乡、城市截污一体化，即淮安市中心城区与各县城及各乡镇农村居民同网、同质、同价截污，其中城市截污管网的建设是不可或缺的重要组成部分。

根据淮安的交通特点：境内有京沪、宁宿徐、淮盐、淮宿、宁淮等五条高速公路在境内交汇，新长铁路、宿淮铁路纵贯全境。西有洪泽湖，东有盛产鱼虾鳖蟹的高邮湖、白马湖。

淮安有着便捷的水、陆运输条件，但同时也给城市截污管网的敷设增加了难度。传统的道路开挖施工会造成交通堵塞，道路路基沉降，容易造成安全隐患。而在河道地段围堰作坝，则工期长、造价高。通过引进和采用非开挖水平定向牵引，就能做到不影响交通及航运、不破坏周边环境，施工安全可靠、周期短、成本低，具有污染小、效率高等优点。

1、水平定向牵引的适用条件

水平定向钻法技术，在市政工程中也广泛运用，常常被称作“牵引管”技术，而对大直径的管道施工则采用顶推掘进技术，也就是“顶管”技术。在城市截污管网施工中，一般常用水平定向钻法技术施工，适用情况如下：

1.1适用于管道穿越湖泊、沼泽、河流、高等级公路、多股铁路及其它不宜进行开挖施工的地段。

1.2水平定向钻法施工长度一般为15～1800m，管径范围一般为DN250mm～DN1200mm。

1.3适合水平定向钻施工的地质条件主要为岩石、砂土、粉土、粘性土。对仅在出土点或入土点侧含有卵砾石等不适合水平定向钻施工的地质条件时，经采取措施后也可进行水平定向钻穿越施工。

1.4穿越点具备钻机安置场地和管线组装场地，穿越管段中线与地上或地下的高压动力线路、通讯电缆的距离按有关规范要求应大于50m。

2、水平定向牵引施工要点

定向钻穿越技术与传统的开挖方法不同，在铺设管道前先用钻头在公路或河流下面钻一条导向孔，然后再将管道回拖入导向孔内。钻导向孔时需借助专门配制的泥浆来保持孔壁的稳定。泥浆由水、膨润土和各种添加剂组成，先在泥浆罐内充分混合，然后通过泥浆泵、钻杆到达钻头。定向钻穿越时，在钻头附近装有信号发生装置，在地面可以通过手持的专用仪器接收信号，精确地测定管线的平面位置和埋深。水平定向牵引应分级扩孔、分级终孔，孔径控制在管道外径的1.2～1.5倍，尽可能控制在1.3倍左右，因为扩孔越大越容易造成地面沉降。

水平定向钻穿越施工需要两个分离的工作场地：钻机设备场地（钻进入土点工作区）和管线预制场地（钻孔出土点工作区）。每个场地的主要施工工序如下：

钻机设备场地施工工序：测量放线→平整场地→钻机设备进场→钻机组装调试→泥浆配置→钻导向孔→逐级扩孔→管线回拖→管口处理→拆卸钻机→通球、试压→废弃泥浆处理→地貌恢复。

管线预制场地施工工序：测量放线→平整场地→管材进场→检测→组装焊接等→试压检验→设备退场→地貌恢复。

城市截污管道水平定向牵引在管道焊接完成后需先进行一次管道水压试验，合格后进行拖拉施工；待拖拉施工完成后先进行管道椭圆度检查，合格后再进行一次管道水压试验，待水压试验合格后才能算真正完工。

3、管材的选择

目前城镇城市截污管网常用的水平定向牵引的管材，一般只有钢管和HDPE管两种。两种管材优缺点比较如下表：

根据两种管材的各自的优缺点，一般情况下，施工场地较宽阔，拖拉距离比较长且管道口径较大的场合钢管更适用；施工场地受条件限制，口径较小的场合HDPE管更适用。在实际工作中需进行更为全面的经济技术比较后再确定管道材质。

4、泥浆的组成和施工中作用

非开挖定向牵引中泥浆的使用尤为重要，泥浆的主要作用包括悬浮和携带钻屑净化钻孔、稳定孔壁和降低扭矩和推拉力、冷却钻具等。

泥浆的组成部分主要是膨润土、泥浆添加剂和水。

配浆用水尽量选用淡水，可取施工场地附近河流水，也可在施工场地内打井抽水。

膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿。它具有特殊的性质，如膨润性、粘结性、吸附性、催化性、触变性、悬浮性以及阳离子交换性。通常分为钠质膨润土和钙质膨润土，一般将钙质膨润土进行钠化处理后用于水平定向钻的泥浆配置。膨润土是泥浆的主要原料，其主要作用是改善泥浆系统的塑性粘度，动切力与静动力，来改善泥浆对钻屑的悬浮与携带力，而且降低过滤损掉量，构成致密泥饼，加强其造壁性。

泥浆添加剂主要有：无机处理剂、有机处理剂和丙烯酸类聚合物。

①无机处理剂

主要有纯碱（碳酸钠）、烧碱（氢氧化钠）、石灰、石膏和氯化钙。

水平定向牵引常用的无机处理剂主要是纯碱（碳酸钠）和烧碱（氢氧化钠）。纯碱能通过离子交换和沉淀作用使钙粘土变为纳粘土，适量使用可增加粘度和切力。烧碱主要用于调节泥浆的PH值。

②有机处理剂

主要有两种，一种是腐植酸类，另一种是纤维素类。

有机处理剂的主要作用是降滤失。

③丙烯酸类聚合物

丙烯酸类聚合物的主要作用是防止卡钻和减少摩擦力。

不同的地层对泥浆性质的要求也不一样，因此，在水平定向钻施工前，一定要先对地质勘探资料认真研究，制定出合理的泥浆配比方案。且一个工程中可能会穿越不同性质的土层，需及时调整泥浆的配置以适应施工要求。

泥浆的重要性不仅在于起到护壁、防止塌孔的作用。非开挖定向牵引中泥浆还起到包括悬浮和携带钻屑净化钻孔、降低扭矩和推拉力、冷却钻具等作用。好的泥浆在稳定土体方面是重要的关键因素，施工中，有很多情况是因为不重视泥浆的比重、泥浆的材料特性从而造成塌孔，然后再钻孔破坏了原有土体结构，造成地面沉陷等不良后果，这些都是在施工过程中值得事前控制的关键所在，因此施工中的管理水平和质量控制、技术交底相当重要。

5、结语

（1）水平定向牵引以工程造价低、施工工期短、施工场地灵活、工程影响范围小等优点被广泛用于给排水管道、煤气、天燃气、电力等管网等领域，在未来的城市地下管线工程中，定向牵引的运用将越来越多。目前给排水工程已经有关于水平定向牵引的施工验收规范，但是还缺少关于水平定向牵引的设计规范，只能参照其他管线的相关规范进行设计，这点值得有关部门注意，也要引起同行的重视。

（2）水平定向牵引铺设管线属于非开挖埋管技术，但由于钻孔比管道外径大，故仍可能会引起地面的沉降，如何利用泥浆的配比、施工过程中的泥浆压力等来减少路面沉降问题，是否考虑采用膨胀土或其他材料进行补偿土体等仍需探讨和研究。

（3）由于水平定向钻施工管道往往埋深比较大，且一般位于河底或道路底下，给管理、维护等带来许多的不便，如何避免管道漏损，如何采取应急措施，也是值得城市截污企业考虑的。

参考文献：

[]]林伟民.探讨某给水管道施工中的水平定向钻进技术及施工工艺.广东科技，2011.14

[2]苏琪.水平定向钻进技术在城镇燃气管道的应用.煤气与热力，2011.2