水平定向钻技术在市政工程中的应用

水平定向钻技术在市政工程中的应用

王宏保

西安市建总工程集团有限公司 710065

摘要：随着城市化进程加快，市政工程建设也越来越重要，如何提高市政工程施工效率和质量是一个亟待解决的问题。本文以水平定向钻技术在市政工程中的应用为研究对象，对其原理、特点及应用情况进行了综述，分析了水平定向钻技术在市政工程中的优势和不足之处，并探讨了如何进一步完善和推广该技术。水平定向钻技术在市政工程中具有灵活性强、施工周期短、环保节能等优点。但在实际应用过程中，还需要进一步加强技术研究、提高专业人员素质、完善管理体系等方面的措施，以确保水平定向钻技术在市政工程中的可持续发展。

关键词：水平定向钻技术；市政工程；优势和不足

一、引言

作为城市化进程的产物，市政工程建设对于城市发展和民生福祉有着至关重要的作用。然而，市政工程建设的复杂性和规模日益增加，如何提高市政工程施工效率和质量，成为摆在人们面前亟待解决的问题。水平定向钻技术是一种新型的钻孔方法，其具有灵活性强、施工周期短、环保节能等优点，在市政工程中有着广泛的应用前景。因此，本文将探讨水平定向钻技术在市政工程中的应用现状及其存在的问题，并提出相应的解决方案，以期为该技术在市政工程中的推广和应用提供参考和借鉴。

二、水平定向钻进技术优点

水平定向钻进技术作为一种新型的施工方法，在市政工程中具有诸多优点。该技术可以在地下障碍物区域进行无损开挖，避免对周围环境和建筑物造成不必要的破坏。该技术可以实现精确的位置导向和孔道控制，提高了施工精度和质量稳定性。同时，水平定向钻进技术还可通过调整钻头的方向和深度来适应不同地质条件，实现灵活的施工方案和节约施工时间的效果。水平定向钻进技术还具有施工周期短、安全环保等特点。相比传统钻进方法，水平定向钻进技术缩短了施工周期，并减少了施工过程中的噪声和扬尘，降低了环境污染和安全风险。这些优点使得水平定向钻进技术在市政工程中得到广泛应用，如排水管道、地下输电线路、通信光缆等领域都有着成功的应用案例。

三、水平定向钻技术工艺流程

水平定向钻技术是一种新型的地下工程施工方法，其具有高精度、低噪音、无振动等优点。在实践中通常采用“三位一体”的工作方式，即钻进设备、管道组件和推进设备的组合来完成施工任务。通过基础勘察确定钻孔起始点和结束点，并根据需要设计出合适的方案。然后，将钻机安装在起始点附近，进行钻井前准备，包括对环境进行清理、安装导向系统、选择合适的钻头等等。启动钻机进行钻孔施工，利用转子带动钻头在地下向目标方向钻进，同时通过传感器获取地下信息进行导向。当达到目标点后，可以进行取样、安装管道等操作。因为这种方法避免了地表露出，也就不容易受到环境干扰，所以在取样时能够更具代表性。根据具体情况选择合适的推进设备，将管道或电缆通过钻孔推入地下，在推进过程中还需实时监控推力、方向和深度等参数，确保施工质量。随着技术的不断发展，水平定向钻技术的施工流程也在不断地优化和改进。未来随着更加高效、节能的新型设备的出现，水平定向钻技术将会得到更广泛的应用。下面是水平定向钻管径与跨越距离对应关系表

四、水平定向钻进技术施工要点

（一）对地层和地下已有管线的探测

在水平定向钻进技术的施工过程中，对地层和地下已有管线的探测是非常重要的一环。这是因为，在施工过程中如果遇到了地下已有管线或者土层质量不均匀等问题，就可能导致施工困难、质量下降甚至事故发生。地层探测主要是指通过地质勘探手段，获取地下地质构造、土层厚度、土壤稳定性等信息，并根据这些信息制定合理的钻孔方案。地下管线探测则是指通过地下探测仪器进行地下管线探测，确定地下管线的位置、深度和材质等信息。在施工前，需要对施工区域进行全面的勘察和探测，包括地下管线、土层情况、地质构造、环保指标等等，以确保钻井路径安全无碰撞，同时也为后续的工作提供依据。根据勘探结果，确定钻孔起点和终点，并设计合理的钻孔方案。在施工过程中，需要不断监测钻孔位置和姿态、推进方向和深度等参数，及时调整钻孔方向和深度，确保施工质量和安全。地层和地下已有管线的探测对水平定向钻进技术的施工来说是至关重要的环节。通过科学合理的探测和监测手段，可以及时发现问题并进行调整，从而提高施工效率和质量，同时也能够保障环境和人员安全[1]。

（二）钻进轨迹设计与控制

钻进轨迹设计和控制是水平定向钻技术施工的关键环节之一。在施工前，需要根据地质条件、施工需求等因素，对钻进轨迹进行合理地设计，并通过导向系统、传感器等设备实现精确控制。在进行钻孔方案设计时，需要考虑到地下地质结构、已有管线、施工深度等因素，选择合适的钻头和导向系统，并确定起点和目标点的位置和深度。其次，通过传感器对钻头位置、角度、倾斜度等参数进行实时监测，使用导向系统调整钻头方向，以保证钻孔轨迹准确无误。同时，为了提高施工效率和质量，钻孔轨迹的控制也非常重要。在施工过程中，需要及时根据监测数据调整钻头方向和深度，保证钻孔轨迹符合设计要求。此外，还需要对钻进轨迹进行实时监测和记录，及时发现问题并进行处理。在钻进轨迹设计和控制方面，水平定向钻技术已经具有较为成熟的应用体系。通过高精度的导向系统和传感器等设备，可以实现对钻孔轨迹的精确控制和监测，提高施工效率和质量。未来，随着技术的不断发展和完善，水平定向钻技术在钻进轨迹设计和控制方面也将会得到更大的提升和突破。

（三）钻进液的配制及施工过程中的控制与应用

钻进液是指在水平定向钻技术中用于冷却和润滑钻头、清洗孔道、控制地层等作用的特殊液体。钻进液的配制和施工过程中的控制对水平定向钻技术的施工效果和质量具有重要影响。钻进液需要根据地质条件、环保要求等因素进行合理的配置。一般来说，钻进液主要由水、黏土、聚合物等物质组成，不同条件下配比也会有所不同。在施工过程中，需要对钻进液进行实时监测和控制，以确保其符合要求。例如，当地下地层出现漏水或者泥浆流失的情况，需要根据情况及时调整钻进液中的物质和混合比例，补充足够的液体，避免因液体不足而导致工程断裂或损坏。钻进液的施工控制和应用已经成为水平定向钻技术的重要环节之一。通过科学合理的配置和监测，可以有效提高钻头的使用寿命、保障工程的安全稳定性和质量，同时也减少了工程对地下环境的影响。未来随着新型钻进液技术和新型液体材料的出现，水平定向钻技术在高效、环保方面的优势也会更加明显。

（四）导向孔施工

导向孔是指在进行水平定向钻技术施工时，通过一定的方法和设备形成的用于引导和控制钻头方向的孔道。导向孔的施工对水平定向钻技术的施工效果和质量有着重要的影响。在进行导向孔施工前需要确定合适的孔径和位置，并根据地质条件和附近管线的情况进行设计。同时，还需选择合适的钻头和导向系统，在保证施工质量和安全的前提下，实现最大化的施工效率。在导向孔施工过程中需要对钻进轨迹进行实时监测和调整，确保导向孔的精准性和稳定性。在施工后，还需对导向孔进行清理和维护，以确保其正常使用和长期稳定性。导向孔的施工对水平定向钻技术的施工质量和效率至关重要。通过科学合理的孔径和位置设计、合适的钻头和导向系统的选择，以及实时监测和调整，可以有效提高导向孔的精度和稳定性，达到更好的施工效果。未来，随着新型导向孔技术的出现，水平定向钻技术的施工效率和质量也将会得到进一步提升。

（五）扩孔施工

扩孔是指在进行水平定向钻技术施工时，通过一定的方法和设备对已有的导向孔进行加大或修整的操作。扩孔施工对水平定向钻技术的施工效果和质量也具有重要的影响。在进行扩孔施工前需要根据实际情况确定孔径和位置，并选择合适的加大钻头和导向系统进行施工。在施工过程中，需要注意避免因加大过度而导致钻头损坏或者导向孔位移等问题。在扩孔施工过程中需要对孔径、深度、角度等参数进行实时监测和调整。通过高精度的导向系统和传感器等设备，可以精确控制加大钻头的扩孔轨迹，保证孔径和位置符合设计要求，同时还能最大化地提高施工效率和质量。扩孔施工对水平定向钻技术的施工效果和质量有着至关重要的影响[2]。通过科学合理的孔径和位置设计、合适的加大钻头和导向系统的选择以及实时监测和调整，可以有效提高扩孔施工的准确性和稳定性，达到更好的施工效果。

（六）回拖管材

回拖管材是水平定向钻进技术中用于保证孔道稳定性和保护环境的一种重要设备。在施工过程中，通过将管材从钻头位置穿过孔道，最终完成管线布置。在进行回拖管材施工前，需要选择合适的管材和连接器，并根据地质条件和管道布局进行设计。在实际操作中，需要控制管材的长度、直径和位置等参数，以确保其符合设计要求并且不会对地质环境造成损害。在回拖管材施工过程中，需要注意操作的安全性和准确性。例如，钻头进入管道后要及时调整方向，保证其与管道保持垂直状态，避免产生偏移或卡滞现象。同时，还需对管道内部进行清洗和维护，提高管道的通畅度和使用寿命。回拖管材对水平定向钻进技术的施工效果和质量具有至关重要的影响。通过科学合理的管材和连接器设计、精准的管材调整和安装，以及管道清洗和维护等措施，可以有效提高回拖管材施工的准确性和稳定性，达到更好的施工效果。

管道回拖力按如下公式计算：

Pt = Py +Pf； Py =π Dk 2Ra ／ 4； Pf = π DLf；

式中： Pt――回拖力（kN）； Py――扩孔钻头迎面阻力（kN）；

Pf――管周摩阻力（kN）； Dk――扩孔钻头外径（m）， 一般为管道

外径 1. 2～1. 5 倍；

D――管道外径（m）； Ra――迎面土挤压力（KPa）； 粘性土 Ra 在 50～60KPa； 砂性土在 80～100KPa； 本例取 60KPa。 L――管道长度（m）；

f――管道与管周土体间的单位摩擦力（KPa）。 粘性土 f 在 0. 3～0. 4KPa； 砂性土在 0. 5～0. 7KPa； 本例取 0. 4KPa。

根据以上公式计算出的回拖力为 121. 15KN。

（七）竣工收尾工作

竣工收尾工作是水平定向钻进技术施工的最后一道工序，在管线布置完成后对施工现场进行清理、检查和维护，确保整个工程达到设计要求和安全标准。在施工结束后需要对现场进行彻底地清理和整理。例如，把施工过程中产生的泥浆、杂物等垃圾全部清除干净，并对设备和管道进行清洗和维护。还需要对管道进行检查和测试，以确保其符合设计要求和运行安全标准。例如，通过对管道的压力测试、漏水检测等方法进行检查，及时发现并处理问题，避免在投入使用过程中出现意外事故。在竣工收尾工作中，还需对施工人员进行技能培训和安全教育，增强他们的安全意识和实际操作能力，为下一步的施工提供更好的保障。竣工收尾工作是水平定向钻进技术施工的最后一个环节，也是对整个工程质量和效果的最后检验。通过科学合理的清理、检查和维护措施，可以有效提高工程的安全性和稳定性，避免意外事故的发生。未来，随着技术的不断发展和完善，水平定向钻进技术在竣工收尾工作方面也将会得到更大的提升和突破。

（八）施工安全保护注意事项

水平定向钻进技术的施工过程中，安全保护是至关重要的。以下是水平定向钻进技术施工中需要注意的安全保护事项：需要对施工区域进行严格的划分和管理。例如，在施工现场周围设置警示标志，设立防护栏杆等，严格限制非施工人员的进入，避免人员受到伤害或者对施工造成影响。在施工过程中需要严格遵守安全操作规程。例如，使用合适的个人防护装备、确保设备和工具的正常使用、避免使用未经验证的新技术和新设备等，以最大限度地降低施工风险。在使用化学药剂和液体时，需要遵循相关法规和标准，确保化学物质的安全性和环保性。同时，还需建立应急预案和应对措施，以便在突发事件发生时能够及时应对和解决问题。在施工前需要进行全面的风险评估和安全检查，并建立健全的安全管理体系，加强施工人员的安全教育和培训，增强他们的安全意识和应对能力。

五、市政工程中水平定向钻技术的应用

市政工程中，水平定向钻技术是一种高效、经济、安全的管线布置方案。在城市道路、广场、公园等地区进行新建或改造工程时，常常需要完成各类管线的布置任务。工程质量提升：据统计，采用水平定向钻进技术建设的城市排水管道，其漏失率明显低于传统开挖方法建设的管道。例如，某市区采用了水平定向钻进技术建设的排水管道漏失率为0.4%，而使用传统开挖方法建设的管道漏失率可以达到2%以上。这说明水平定向钻进技术能够更好地保证管道的密封性和稳定性，从而提高了工程质量。费用节约：采用水平定向钻进技术建设管道可以大幅度降低人力、物料和机械的投入。以某市区电缆维护为例，使用传统开挖方法需动用多台重型机械和大量人员进行挖掘、铺设等工作，造成大面积的道路交通拥堵和环境污染，并且费用也比较高。而采用水平定向钻进技术则可以避免这些问题，减少了机械设备和人力成本，大幅降低了工程建设费用。时间节约：水平定向钻进技术具有施工时间短、效率高等特点。以一项实际项目为例，在给水管道建设中采用水平定向钻进技术，一个长度达到2000m的管道仅需20个工作日即可完成，而传统开挖方式则需要近4个月的时间。因此，该技术能够大幅度缩短工程建设周期，满足市政工程建设的紧迫性和迫切需求。

水平定向钻施工费用与传统开挖施工费用比较

六、结语

总之，水平定向钻进技术作为一种高效、精准的管线布置方案，在市政工程中具有广泛的应用前景。通过对该技术的原理、设备及施工要点等方面进行探讨，我们可以更好地了解该技术，并在实际工程中运用其中的优势，提高施工效率和质量。未来，随着技术的不断更新和完善，水平定向钻进技术将能够更加精准、高效地满足市政工程的需求，并为城市的发展和建设做出更大的贡献。

参考文献

[1]张磊，向阳，魏建科.水平定向钻进技术在城市供水管道施工中的应用[J]. 自然资源利用与环境保护， 2020(01): 20-22+31.

[2]范志坚，李俊清.水平定向钻进技术在城市排水工程中的应用[J].城市建设理论研究， 2019(06): 92-94.