水平定向钻施工技术在工程中的应用价值

水平定向钻施工技术在工程中的应用价值

张亚维 ,李睿

陕西省水利电力勘测设计研究院   陕西西安  710001

摘要水平定向钻穿越施工技术是当前非开挖技术领域发展、应用最快的高新技术，在场地条件允许及全面掌握施工地段地质条件的前提下，采用水平定向钻进行管线施工，是穿越大中小型江河，湖泊以及不可拆迁建筑物的最佳选择。本文通过对水平定向钻施工工艺的介绍，以及对该施工技术的一些特性进行分析，希望充分发挥其在工程应用中的价值。

关键词水平定向钻施工技术优势局限性

近年来水平定向钻穿越施工技术在水利工程、市政建设工程、铁路工程等多个行业得到了广泛的应用，适用于穿越铁路、河流、高速公路处的埋管施工，具有工期短、安全可靠、对周边环境影响小，不受洪水季节影响的特点，尤其在大型管道穿越江河工程项目上更显出了其独特的优势；但是与其他穿越施工技术相比，该施工技术也存在一定的局限性。

1.水平定向钻施工工艺介绍：

水平定向钻施工法也称为往复式潜钻施工法，是指无法以传统开挖、推进及作业人员无法进入工作区，须用机械方法来操作钻掘、排土、清渣及方向控制，并同时在扩孔后将各种管材埋入地下的施工方法。适合穿越铁路、公路、高速公路、河流、等处的埋管施工。

水平定向钻施工法工作原理为:钻头先喷射高压水柱将泥土松开，钻杆再施转前进。同时采用高科技制造的钻头可击碎直径30cm以下的石块，钻杆在最大弯曲半径33m内可360度调整其行进方向。采用无污染的天然粘土细粉作为润滑剂，混合在水柱中喷入土壤，不但可稳固孔道壁且有润滑作用，将拉管时的摩擦力降至最低，日后泥浆形成一圈干燥的粘土裹覆管线。钻头内装置精确的导向及探测仪器(信号发射器)，当其在地下潜挖时，地面上的接受器可由其电磁波显示钻头所在的位置及深度，进而可转绘成精确的地下管线图表。

定向钻穿越河道示意图

2.定向钻施工技术的优势：

水平定向钻施工法对对地面环境产生的影响非常小，同时还可以为管道提供最有效的保护层，并相应减少了维护费用；同时不受洪水季节限制，不会影响河流运输并大幅缩短施工工期，被证明是目前效率最高，成本最低的穿越施工方法。

2.1施工工期短

同样的工程大开挖方式一般需2 -3个月时间，顶管或隧道时间则更长一些，但定向钻从开始正式施工至施工拖管完毕一般仅用10-15天时间，所以采用水平定向钻穿越施工技术是其他施工手段所无法相比的。

2.2工程安全可靠

采用定向钻穿越不需进行大量的土石开挖，施工人员仅在地表操作，安全系数较高，大开挖则形成高切坡，施工人员安全性较差。采用隧道穿越方式，有可能塌方或突水危及工程及施工人员安全，安全性差。随着国家、业主单位对安全的重视，采用更安全的施工手段成为工程优先考虑的施工方案。

2.3周边环境影响小、协调难度小

定向钻穿越在穿越位置需进行土石方开挖及爆破，不影响周边环境，不破坏河堤阻断交通以及对周边工程破坏小，因此同其他相关部门协调难度较小，便于实施。

2.4不受洪水季节限制

定向钻穿越设备均位于河床两岸边坡上，地势一般较高，大都位于常年洪水位以上洪水不致影响工程的正常施工。而大开挖方式只能在枯水期施工，受洪水季节限制。

2.5后期维护费用底

从埋置深度上定向钻穿越管线一般埋深较大(一般位于河床以下9~18m)，安全正常运营是有保证的，河流冲刷不致影响管线，不易遭人为破坏，其维护费用低。

3.定向钻施工技术的局限性：

定向钻穿越施工技术与其他穿越施工技术相比，对施工地形、场地及交通也有更高的要求，尤其一些恶劣的地质条件甚至对设备产生损坏，为此增加了施工风险。

3.1交通条件

水平定向钻机属高科技设备、科技含量高、自动化程度高、机械设备重(一般30~40T/台)、整体性好、不易撤散等，需施工场地交通方便，便于钻机设备运抵入土点施工现场附近。

3.2地形条件

定向钻穿轴线参数受管材材质、管径大小的制约。河流穿越时，当出入土点与河床高差过大、河床过窄，则穿越长度相对河宽过长，经济性较差。

3.3场地条件

定向钻出土点场地需有一定长度宽约3.0m的相对较平整的组焊场地，原则上需一次性组焊完成（略有起伏时可适当的堆填或开挖，视具体情况而定）。在穿越段围岩稳定的前提下可分二~三段组焊回拖。入土点处需平整约30×30m的场地用于钻机设备与泥浆搅拌系统的摆放。

3.4地质条件

定向钻穿越能否成功实施，除地形条件外，最关键的还是地质条件。定向钻施工前必须按定向钻方式进行相应的地质勘察工作，进一步查明穿越地带岩(土)分布、基岩层裂隙发育程度、岩石的物理力学特征等情况，以便有针对性地开展相应的准备工作。定向钻在砂卵石层中无法纠偏、控向，需尽量避开。砂岩、泥岩地层(岩石抗压强度小于60Mpa)均适用定向钻施工。对强度更高的岩层其控向较困难，加之施工成本过高，不宜采用定向钻。

定向钻宜采穿越地层汇总表

4.结论：

综上所述，随着社会的不断发展和环保意识的不断加强，地下管线施工使用大开挖的方法导致的社会、交通和环境污染问题不得不引起人们的重视；因此在条件允许的前提下，水平定向钻施工技术应用于水利、市政建设、铁路工程等的埋管施工中，是值得推广和使用的。